CN109112366B - 一种铝硅合金变质剂的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铝硅合金变质剂的加工方法，属于细化铝硅合金变质剂的加工方法领域。该方法是将铝与锶加入到熔炼炉中熔化，然后铸造成锭，冷却后得到铸件；将得到的铸件加热至450～600℃进行轧制，轧制过程保持温度为450℃～600℃，单道次变形量10％～20％，直至得到铸件变形量为80％～95％的板材，将其使用铜模具水冷至常温，得到铝硅合金变质剂。本发明的铝硅合金变质剂中第二相的尺寸成梯度变化，且呈正态分布，短时间内不仅可以达到良好的变质效果，且长时间也可以继续保持良好的变质效果，保证了变质剂的长效性，本发明的加工工艺方法简单、方便，具有良好的通用性。

Description

一种铝硅合金变质剂的加工方法
技术领域
本发明属于铝硅合金变质剂的加工方法领域，具体涉及一种铝硅合金变质剂的加工方法。
背景技术
铝硅合金具有良好的铸造性能和较小的线膨胀系数、良好的耐磨性等力学与物理性能，用于在汽车、造船、航空、航天等方面制造形状复杂的铸件，是当前工业上应用最为广泛的铸造铝合金。
随着现代工业的发展，对于铝硅合金的铸造性能与强度也提出了更高的要求。因此，为了提高铝硅合金的铸造性能，铝硅合金中的硅含量会随之增加。但随硅含量的提高，虽然铸造性能得到改善，但会使组织中出现较多的粗大硅相，显著降低力学性能特别是塑性。因此目前常采用添加变质剂来变质细化硅相，而目前以锶与铝按比例混合制备的变质剂的变质效果较好，技术较成熟。在变质过程中由于是锶原子对细化起作用，因此在铝锶中间合金中的第二相的稳定性对变质效果起很大影响，又因为第二相的稳定性与其形态、尺寸大小等因素有关,因此我们通过控制铝硅变质剂的制备或加工工艺来细化铝硅变质剂中的第二相的组织形态，以提高锶在熔体中的扩散速度，来改善其变质效果。
现在使用较多的变质剂是Sr与Al按一定比例混合熔炼浇铸制备出的铝锶中间合金，虽然生产工艺简单，但是其第二相的晶粒尺寸过大，其变质效果难以满足生产要求。
近年报道，介绍采用连续铸挤方法制备铝锶中间合金，该方法虽有工艺流程短、节能、生产效率高等优点，但该法生产线建设周期长，所需厂房面积大，并且制备的变质剂细化程度相对不高等问题。
在专利号为CN200410064803.X中，介绍了较新的铝锶中间合金的制备工艺。主要是对掺+热挤压的方法，虽然其制备的铝锶合金的第二相尺寸较小，但工艺复杂，生产成本高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的变质剂制备工艺复杂且制备的变质剂中第二相的尺寸较大的问题，而提供一种铝硅合金变质剂的加工方法。
本发明提供一种铝硅合金变质剂的加工方法，包括：
步骤一；将铝与锶加入到熔炼炉中熔化，然后铸造成锭，冷却后得到铸件；
步骤二：将步骤一得到的铸件加热至450～600℃进行轧制，轧制过程保持温度为450℃～600℃，单道次变形量10％～20％，直至得到铸件变形量为80％～95％的板材，将其使用铜模具水冷至常温，得到铝硅合金变质剂。
优选的是，所述的步骤一中铝与锶的质量比为8.9:1.1～9.1:0.9。
优选的是，所述的步骤一熔化过程中采用氩气保护。
优选的是，所述的步骤一的熔化温度为780℃～850℃，时间为40～80min。
优选的是，所述的步骤一的熔化温度为800℃，时间为60min。
优选的是，所述的步骤二的轧制温度为500℃。
优选的是，所述的步骤二的单道次变形量为10％，直至得到铸件变形量为 90％的板材。
本发明的有益效果
本发明提供一种铝硅合金变质剂的加工方法，该方法利用熔炼后水冷再轧制的方法，使铝硅合金变质剂中第二相的尺寸成梯度变化，且呈正态分布，从纳米级到18μm细化效果良好；短时间内不仅可以达到良好的变质效果，且长时间(可超过8小时)也可以继续保持良好的变质效果，保证了变质剂的长效性，本发明的加工工艺方法简单、方便，具有良好的通用性。
附图说明
图1是用传统方法制备的铝硅合金变质剂的显微组织图片；
图2为本发明实施例2在金属铜模水冷铸造后的铸件的显微组织图片；
图3为本发明实施例2制备的铝硅合金变质剂的显微组织图片；
图4是未加铝硅合金变质剂的铝硅合金的显微组织图片；
图5为加入实施例2的铝硅合金变质剂保温10min的铝硅合金显微组织图片；
图6为加入实施例2的铝硅合金变质剂保温4h的铝硅合金显微组织图片；
图7为加入实施例2的铝硅合金变质剂保温10h的铝硅合金显微组织图片；
图8为本发明实施例2的铝硅合金变质剂的晶粒大小统计图。
具体实施方式
本发明提供一种铝硅合金变质剂的加工方法，包括：
步骤一；将铝与锶加入到熔炼炉中熔化，然后倒入铜质结晶器中铸造成锭，冷却后得到铸件；所述的铝与锶的质量比优选为8.9:1.1～9.1:0.9，优选为9：1，该熔化过程优选是采用氩气保护，所述的熔化温度优选为780℃～850℃，更优选为800℃，时间优选为40～80min，更优选为60min；所述的冷却温度优选为50℃以下；
步骤二：将步骤一得到的铸件加热至450～600℃进行轧制，轧制过程保持温度为450℃～600℃，优选为500℃，单道次变形量10％～20％，优选为10％，直至得到铸件变形量为80％～95％的板材，优选变形量为为90％，将其使用铜模具水冷至常温，得到铝硅合金变质剂。
按照本发明，将上述工艺方法得到变质剂投入铝硅合金溶液中，在 800～850℃，优选在830℃下保温10min～10h，快速冷却至常温，用扫描电子显微镜观察其组织形态并进行比较，所述的变质剂的加入量优选为铝硅合金溶液 0.5％～0.8％。
按照本发明，本发明的变质剂的变质机理为：铝锶变质剂吸附在硅的生长台阶上，阻碍硅以台阶生长机制长成片状，而且铝锶变质剂的原子在硅表面的吸附改变了硅原子的堆积次序，从而在硅晶体中造成大量孪晶的产生，共晶硅相转而以孪晶凹谷机制生长。当第二相尺寸大小在纳米级时，整体表面积较大，更易扩散，有利于形核，起到短时间良好的变质效果；当第二相尺寸达到微米级时，晶粒尺寸较大，能延缓其变质效果且具有良好的重熔性。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，实施例中涉及到的原料均为商购。
实施例1
将铝与锶按质量比9.0:1.0(wt％)加入到石墨坩埚中，在将其放入到加热炉中熔化，采用氩气保护，熔炼温度为750℃，保温60min。然后，倒入通水冷的铜质铸模中铸造成锭，铸件冷却至50℃取出；
将铸件加热至500℃进行轧制，轧制过程保持温度为500℃，单道次变形量 10％，直至铸件变形量为90％的板材时，将其快冷至常温，得到铝硅合金变质剂。
实施例1制备得到的产品的第二相的晶粒尺寸明显减小，由统计得晶粒平均尺寸小于10μm。
实施例2
将铝与锶按质量比9.0:1.0(wt％)加入到石墨坩埚中，在将其放入到加热炉中熔化，采用氩气保护，熔炼温度为800℃，保温60min。然后，倒入通水冷的铜质铸模中铸造成锭，铸件冷却至50℃取出；
将铸件加热至500℃进行轧制，轧制过程保持温度为500℃，单道次变形量 10％，直至铸件变形量为90％的板材时，将其快冷至常温，得到铝硅合金变质剂。
实施例2制备得到的产品的第二相的晶粒尺寸明显减小，由统计得晶粒平均尺寸小于10μm。
图1是用传统方法制备的铝硅合金变质剂的显微组织图片，图1可以看出，晶粒尺寸较大，单方向晶粒长度可达到500μm，且分布不够均匀。
图2为本发明实施例1在金属铜模水冷铸造后的铸件的显微组织图片，图2 可以看出，晶粒尺寸明显减小，呈细针状，晶粒分布较为均匀，但晶粒尺寸依旧较大，达到了200μm。
图3为本发明实施例2的铝硅合金变质剂的显微组织图片，图3可以看出，晶粒细化程度明显，晶粒尺寸减小，较大的晶粒尺寸达到20μm，较小的晶粒尺寸达到了微米级，分布更为均匀。
图8为本发明实施例2的铝硅合金变质剂的晶粒大小统计图，由统计图可得第二相尺寸呈正态分布。
实施例3
将铝与锶按质量比9.0:1.0(wt％)加入到石墨坩埚中，在将其放入到加热炉中熔化，采用氩气保护，熔炼温度为850℃，保温60min。然后，倒入通水冷的铜质铸模中铸造成锭，铸件冷却至50℃取出；
将铸件加热至500℃进行轧制，轧制过程保持温度为500℃，单道次变形量10％，直至铸件变形量为90％的板材时，将其快冷至常温，得到铝硅合金变质剂。
实施例3制备得到的产品的第二相的晶粒尺寸明显减小，由统计得晶粒平均尺寸小于10μm。
实施例4
将铝与锶按质量比9.0:1.0(wt％)加入到石墨坩埚中，在将其放入到加热炉中熔化，采用氩气保护，熔炼温度为800℃，保温60min。然后，倒入通水冷的铜质铸模中铸造成锭，铸件冷却至50℃取出；
将铸件加热至450℃进行轧制，轧制过程保持温度为450℃，单道次变形量20％，直至铸件变形量为80％的板材时，将其快冷至常温，得到铝硅合金变质剂。
实施例4制备得到的产品的第二相的晶粒尺寸明显减小，由统计得晶粒平均尺寸小于10μm。
实施例5
将铝与锶按质量比9.0:1.0(wt％)加入到石墨坩埚中，在将其放入到加热炉中熔化，采用氩气保护，熔炼温度为800℃，保温60min。然后，倒入通水冷的铜质铸模中铸造成锭，铸件冷却至50℃取出；
将铸件加热至450℃进行轧制，轧制过程保持温度为450℃，单道次变形量10％，直至铸件变形量为90％的板材时，将其快冷至常温，得到铝硅合金变质剂。
实施例5制备得到的产品的第二相的晶粒尺寸明显减小，由统计得晶粒平均尺寸小于10μm。
实施例6
将铝与锶按质量比9.0:1.0(wt％)加入到石墨坩埚中，在将其放入到加热炉中熔化，采用氩气保护，熔炼温度为800℃，保温60min。然后，倒入通水冷的铜质铸模中铸造成锭，铸件冷却至50℃取出；
将铸件加热至600℃进行轧制，轧制过程保持温度为600℃，单道次变形量10％，直至铸件变形量为90％的板材时，将其快冷至常温，得到铝硅合金变质剂。
实施例6制备得到的产品的第二相的晶粒尺寸明显减小，由统计得晶粒平均尺寸小于10μm。
实施例7变质剂的应用
将实施例2得到变质剂(加入量为铝硅合金溶液0.6％。)投入铝硅合金溶液中，在830℃分别保温10min、4h和10h，在铜模具中快速冷却至常温，用扫描电子显微镜观察其组织形态并进行比较。
图4是未加铝硅合金变质剂的铝硅合金的显微组织图片，图4可以看出，共晶硅尺寸呈粗大针状或板片状，平均晶粒尺寸达到50μm。
图5-7分别是加入本发明的实施例2铝硅合金变质剂保温10min、4h和10h 的铝硅合金显微组织图片，从图5-7可以看出，保温10min～10h均可以达到良好的变质效果，且晶粒尺寸明显减小，平均达到20μm。

Claims (7)

1.一种铝硅合金变质剂的加工方法，其特征在于，包括：
步骤一；将铝与锶加入到熔炼炉中熔化，然后倒入铜质结晶器中铸造成锭，冷却后得到铸件；
步骤二：将步骤一得到的铸件加热至450～600℃进行轧制，轧制过程保持温度为450℃～600℃，单道次变形量10％～20％，直至得到铸件变形量为80％～95％的板材，将其使用铜模具水冷至常温，得到铝硅合金变质剂。
2.根据权利要求1所述的一种铝硅合金变质剂的加工方法，其特征在于，所述的步骤一中铝与锶的质量比为8.9:1.1～9.1:0.9。
3.根据权利要求1所述的一种铝硅合金变质剂的加工方法，其特征在于，所述的步骤一熔化过程中采用氩气保护。
4.根据权利要求1所述的一种铝硅合金变质剂的加工方法，其特征在于，所述的步骤一的熔化温度为780℃～850℃，时间为40～80min。
5.根据权利要求4所述的一种铝硅合金变质剂的加工方法，其特征在于，所述的步骤一的熔化温度为800℃，时间为60min。
6.根据权利要求1所述的一种铝硅合金变质剂的加工方法，其特征在于，所述的步骤二的轧制温度为500℃。
7.根据权利要求1所述的一种铝硅合金变质剂的加工方法，其特征在于，所述的步骤二的单道次变形量为10％，直至得到铸件变形量为90％的板材。
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