鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金及其制備方法與流程

本發明涉及合金技術，尤其涉及一種鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金及其制備方法。

背景技術：

鋁硅合金由于優良的綜合力學性能而廣泛的應用在汽車、航天等領域。隨著科學技術的發展，對材料的性能的提出了更高的要求。鑄造鋁硅合金的力學性能無法通過塑性加工來提高，因而合金鑄態的組織決定了其最終的力學性能。亞共晶鋁硅合金的組織由α-al和共晶si組成，其中α-al決定了合金的整體力學性能，共晶si在鑄件處于拉伸應力狀態下容易成為裂紋源。

工業上一般采取晶粒細化和化學變質的方法來改善鋁硅合金的微觀組織，其中晶粒細化一般采用含b元素的中間合金細化劑，共晶變質一般采用sr變質劑，它們一般都是單獨對鋁硅合金進行處理，而當它們同時處理鋁硅合金時，由于sr和b之間的二元反應生成srb6，從而產生中毒反應，使得細化、變質效果都被抑制。

技術實現要素：

本發明的目的在于，針對上述現有中間合金易生中毒反應，使得鋁硅合金細化、變質效果都被抑制問題，提出一種鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金的制備方法，采用該方法制備得到的中間合金用來處理鋁硅合金，能夠在鋁硅合金中同時實現優良的α-al的晶粒細化和共晶si變質效果，而且晶粒細化和共晶si變質效果互不干擾；不僅大大的簡化了細化、變質一體化處理的工藝流程，而且能夠極大程度的提高鋁硅合金的力學性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種硅合金細化變質一體化處理中間合金的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、稱取kbf4，并將其研磨后置于干燥箱中200-250℃烘干1-3h；

步驟二、稱取純鋁和純銻(sb)，將純銻和純銻置于干燥箱中110-200℃烘干0.5-1h；

步驟三、將純鋁在電阻爐中升溫熔化，使鋁液溫度升高至850～860℃；

步驟四、去除鋁液表面氧化皮，將稱量并干燥好的kbf4均勻的撒到鋁液表面；

步驟五、保溫5～10min后，去除熔體表面的熔渣及k-al-f余鹽；

步驟六、待熔體溫度升高至880～900℃，將純銻用鋁箔包裹加入到熔體中；

步驟七、待純銻熔化后保溫15～20min，去除熔體表面的熔渣及氧化皮并充分攪拌，將熔體澆到金屬型鑄模中，制備得到硅合金細化變質一體化處理中間合金(al-10sb-1b中間合金細化變質劑)。

進一步地，所述kbf4、純鋁和純銻的質量比為1.3～1.6：9.5～10：1。

進一步地，所述kbf4研磨至細小均勻。

進一步地，步驟二中純鋁在干燥前，用去脂劑去除表面油污及氧化皮。

進一步地，所述去脂劑為鋁材脫脂清洗劑，所述鋁材脫脂清洗劑為酸性脫脂劑，華維科技生產，編號hw-010。

本發明的另一個目的還公開了一種鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金，由上述硅合金細化變質一體化處理中間合金的制備方法制備而成。

本發明鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金及其制備方法，與現有技術相比較具有以下優點：

1)應用本發明所制備的硅合金細化變質一體化處理中間合金處理al-si合金，能夠實現優良晶粒細化和共晶si變質一體化處理效果，同時細元素b與變質元素sb之間互不作用，不產生“毒化反應”，從而解決了細化劑和變質共同作用時的產生“毒化”作用的難題。

2)本發明所制備的硅合金細化變質一體化處理中間合金不僅能大大的簡化了細化、變質一體化處理的工藝流程，而且能夠極大程度的提高鋁硅合金的力學性能。

本發明鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金(al-10sb-1b)的試驗結果如下：

由圖1可見al-10sb-1b中間合金的組織純凈，含有大量的alsb相及alb2顆粒，它們是作為變質和形核的有效粒子，alb2顆粒部分呈團聚狀。

有圖2可見未處理時中間合金的晶粒十分粗大，宏觀下可以清晰的分辨單個晶粒大小，晶粒尺寸達到1400μm，采用al-10sb-1b中間合金處理后，α-al的晶粒尺寸顯著減小，宏觀下已經難以分辨單個晶粒大小，此時晶粒尺寸減小到190μm，晶粒尺寸已經完全符合工業應用要求，這表明al-10sb-1b中間合金具有優異的晶粒細化效果。

有圖3可見未處理時al-7si合金中共晶si呈粗大的板片狀，因而容易在拉伸載荷下成為裂紋萌生和擴展的地方，經al-10sb-1b中間合金處理后，共晶si實現完全變質，此時共晶si由粗大的板片狀變為細小的纖維狀，這表明al-10sb-1b中間合金不僅具有優異的晶粒細化效果，還具有優異的共晶si變質作用。

al-si合金經過al-10sb-1b中間合金處理后不僅能夠得到良好的晶粒細化效果，還能夠實現共晶si的完全變質。表1則為al-10sb-1b中間合金處理后a356合金的拉伸性能，并與未處理以及sb單獨變質處理a356合金的拉伸性能進行比較。可以看到未處理時a356合金的抗拉強度和延伸率最低，進行sb變質處理時，合金的抗拉強度和延伸率都有了較大幅度的提升，而經過al-10sb-1b中間合金處理后，合金的抗拉強和延伸率與sb單獨變質處理得到了進一步的提高，此時鑄態下合金的抗拉強度達到了194mpa，而延伸率則高達12.1％，表明所制備的al-10sb-1b由于其優異的晶粒細化和共晶變質作用能夠極大的提高合金的拉伸性能。

表1不同處理條件下a356合金的拉伸性能

附圖說明

圖1為本發明鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金的微觀組織示意圖，其中(a)為al-10sb-1b中間合金的微觀組織；(b)為鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金的xrd衍射分析；(c)為中間合金中團聚狀alb2顆粒的分布；

圖2為本發明鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金的細化處理效果，其中：(a)為未經處理的al-7si合金宏觀晶粒組織；(b)為經鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金(al-10sb-1b中間合金)處理的al-7si合金宏觀晶粒組織；

圖3為本發明鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金的變質處理效果，其中：(a)為未經處理的al-7si合金的微觀組織；(b)為經鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金(al-10sb-1b中間合金)處理的al-7si合金的微觀組織。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明進一步說明：

實施例1

本實施例公開了一種鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金(al-10sb-1b)，其采用下述方法制備而成：

(1)配制500gal-10sb-1b中間合金，按照90％的收成率配比稱取64.8g的kbf4，將kbf4用研杵沿磨成細小均勻的粉末并置于干燥皿中，用干燥箱在250℃對kbf4烘干2h，去除水分；

(2)按照10％的燒損稱量好純鋁490g，并切成小塊，用脫脂劑去除鋁錠表面的油污和氧化皮，并在110℃烘干30min；按配比稱量好50g純銻；

(3)將純鋁置于石墨坩堝中在電阻爐中熔化，升溫使得鋁液溫度達到850℃；

(4)去除鋁液表面熔渣及氧化皮，將干燥好的kbf4均勻的撒到熔體表面；

(5)保溫5min后，去除表面的k-al-f鹽；

(6)在電阻爐中保溫5min使得熔體溫度達到880℃，將純銻用鋁箔包裹加入到熔體中；

(7)待純銻熔化后保溫15min，去除熔體表面熔渣和氧化皮并用石墨棒充分攪拌20s，將熔體澆注到金屬型鑄模中，得到鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金。

本實施例制備得到的鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金能夠實現優良晶粒細化和共晶si變質一體化處理效果，同時細元素b與變質元素sb之間互不作用，不產生“毒化反應”，從而解決了細化劑和變質共同作用時的產生“毒化”作用的難題。

實施例2

本實施例公開了一種鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金，其采用下述方法制備而成：

(1)配制1000gal-10sb-1b中間合金，按照90％的收成率配比稱取130g的kbf4，將kbf4用研杵沿磨成細小均勻的粉末并置于干燥皿中，用干燥箱在200～250℃對kbf4烘干1～3h，去除水分；

(2)按照10％的燒損稱量好純鋁980g，并切成小塊，用脫脂劑去除鋁錠表面的油污和氧化皮，并在110～200℃烘干30min～1h；按配比稱量好100g純銻；

(3)將純鋁置于石墨坩堝中在電阻爐中熔化，升溫使得鋁液溫度達到850℃；

(4)去除鋁液表面熔渣及氧化皮，將干燥好的kbf4均勻的撒到熔體表面；

(5)保溫5min后，去除表面的k-al-f鹽；

(6)在電阻爐中保溫5min使得熔體溫度達到880℃，將純銻用鋁箔包裹加入到熔體中；

(7)待純銻熔化后保溫15min，去除熔體表面熔渣和氧化皮并用石墨棒充分攪拌20s，將熔體澆注到金屬型鑄模中，得到鋁硅合金細化變質一體化處理中間合金。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。