CN109881055B

CN109881055B - 一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法

Info

Publication number: CN109881055B
Application number: CN201910225843.4A
Authority: CN
Inventors: 王建华; 王硕; 彭浩平; 吴长军; 苏旭平
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: CN109881055A

Abstract

本发明属于有色合金制备领域，涉及一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法。本发明将共晶铝硅合金熔炼和除气精炼后，使用Al‑1.5B‑3P中间合金对共晶铝硅合金进行一步变质处理，可使共晶铝硅合金的力学性能得到明显提高。本发明采用一步法直接向共晶铝硅合金熔体中加入Al‑B‑P中间合金，不仅简化了生产工艺，成本低廉，而且变质效果更佳，可适用于大规模地工业化生产，应用前景广阔。

Description

一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法

技术领域

本发明属于有色合金制备领域，涉及一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法。

背景技术

对铸造Al-Si合金而言，工业上常采用Al-Ti-B系、Al-Ti-C系中间合金来细化合金中的Al相，由于相关化合物TiAl₃，AlB₂，TiB₂，TiC和Al具有相似晶体结构和相近的晶格常数，可以作为Al的异质形核核心。P是作为合金中Si相的有效变质元素，由于AlP的异质形核作用，可以细化变质初晶Si，同时能够间接抑制共晶Si的生长。

专利(CN201710484856.4，一种共晶铝硅合金的磷钛双重变质方法)采用两步法依次向共晶铝硅合金熔体中加入一定量的Al-3P中间合金和Al-5Ti中间合金，变质后共晶铝硅合金的显微组织和力学性能显著改善。采用该方法可以同时细化变质Al相和Si相，起双重变质作用，但变质工艺繁琐，需要分两次加入变质剂，且需要改变炉温，存在较多不可控因素干扰，影响变质结果。为克服此缺点，本发明采用一步法直接向共晶铝硅合金熔体中加入Al-B-P中间合金，不仅简化了生产工艺，而且变质效果更佳。

发明内容

本发明的目的在于简化生产工艺，提供一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法，明显提高共晶铝硅合金的力学性能。

本发明是采用Al-B-P变质剂同时对共晶铝硅合金中的铝相和硅相进行一次性变质处理。

Al-1.5B-3P中间合金变质剂成分，即为按质量百分比，成分为1.5％硼，3％磷，其余为铝。

其具体操作步骤包括：

(1)采用电炉在坩埚中熔炼Al-12.6wt.％Si共晶铝硅合金，将共晶铝硅合金熔体加热至700～750℃；

(2)加入六氯乙烷除气精炼；

(3)将共晶铝硅合金质量0.05～0.6％的Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中，搅拌均匀后保温1～3分钟；

(4)将熔体浇注到预热的金属型，制得磷硼双重变质的共晶铝硅合金。

作为优选，步骤(3)中Al-1.5B-3P中间合金的加入量为共晶铝硅合金质量的0.4％。

本发明的原理如下：

在Al-1.5B-3P中间合金组织中存在大量的AlB₂质点，该相与铝相具有相似晶体结构和相近的晶格常数，可以作为铝相的异质形核核心；同时，在Al-1.5B-3P中间合金组织中存在大量的AlP质点，由于AlP与硅相具有相似晶体结构和相近的晶格常数，可以作为硅相的异质形核核心。当采用Al-1.5B-3P中间合金对共晶铝硅合金进行变质处理时，不仅引入AlP、AlB₂来细化共晶组织，而且新引入了初生α-Al和初晶Si，使合金组织转变为共晶组织+初生α-Al+初晶Si的复合组织，而初生α-Al相和初晶Si相可以用来调控合金显微组织。所以可达到同时实现对铝相和硅相的复合变质处理，通过改善共晶铝硅合金显微组织实现提高其力学性能的目的。

本发明的有益效果是：

本发明使用Al-1.5B-3P中间合金对共晶铝硅进行双重变质，其合金显微组织和力学性能均得到了显著改善：①观察共晶铝硅合金的显微组织发现，本发明在共晶铝硅合金中引入大量细小圆匀的初晶Si和尺寸细小的枝晶初生α-Al，使原来的共晶铝硅组织转变为初生α-Al、初晶Si和共晶铝硅组织的混合组织，共晶Si由层片状状变为颗粒状或短杆状；②检测共晶铝硅合金的力学性能发现，本发明制备的共晶铝硅合金的强度和塑性得到大幅度地提高，综合力学性能改善明显。③本发明仅需向共晶铝硅合金熔体中加入一次变质剂，大大简化生产工艺，缩短处理时间，提高效率，而且无需改变炉温，减少不可控因素干扰，使最终变质效果更佳，本发明的生产工艺方法简单，成本低廉，可适用于大规模地工业化生产，应用前景广阔。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

图1是实施例1制备的未变质共晶铝硅合金的显微组织。

图2是实施例2制备的0.1％Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金的显微组织。

图3是实施例3制备的0.2％Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金的显微组织。

图4是实施例4制备的0.3％Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金的显微组织。

图5是实施例5制备的0.4％Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金的显微组织。

具体实施方式

本发明将通过实施例进行更详细地描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。

实施例1

未变质的共晶铝硅合金：

(2)加入六氯乙烷除气精炼；

(3)将熔体浇注到预热的金属型，制得未变质的共晶铝硅合金。

实施例2

采用0.1％Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金：

(2)加入六氯乙烷除气精炼；

(3)将0.1％Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中，搅拌均匀后保温1～3分钟。

实施例3

采用0.2％Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金：

(2)加入六氯乙烷除气精炼；

(3)将0.2％Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中，搅拌均匀后保温1～3分钟。

实施例4

采用0.3％Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金：

(2)加入六氯乙烷除气精炼；

(3)将0.3％Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中，搅拌均匀后保温1～3分钟。

实施例5

采用0.4％Al-1.5B-3P中间合金变质处理共晶铝硅合金：

(2)加入六氯乙烷除气精炼；

(3)将0.4％Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中，搅拌均匀后保温1～3分钟。

对比例1

将实施例5的步骤(3)修改为，采用Al-3P和Al-1.5B分开加入的方式对共晶铝硅合金进行复合变质，其余步骤与实施例5相同：

(1)采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-12.6wt.％Si共晶铝硅合金，将共晶铝硅合金熔体加热至700～750℃；

(2)加入六氯乙烷除气精炼；

(3)将0.4％的Al-3P中间合金迅速压入熔体中，搅拌均匀后保温5min；

(4)将0.4％的Al-1.5B中间合金迅速压入熔体中，搅拌均匀后保温5min；

(5)将熔体浇注到预热的金属型，制得磷硼复合变质的共晶铝硅合金。

对比例2

将实施例5的步骤(3)修改为，采用Al-3P或Al-1.5B中间合金对共晶铝硅合金进行单独变质，其余步骤与实施例5相同：

(2)加入六氯乙烷除气精炼；

(3)将0.4％的Al-3P或0.4％的Al-1.5B中间合金迅速压入熔体中，搅拌均匀后保温5min；

(4)将熔体浇注到预热的金属型，制得磷单变质的共晶铝硅合金。

性能测试：

一、观察共晶铝硅合金的显微组织：

将实施例1-5制得的共晶铝硅合金，预磨光滑后，用光学显微镜进行观察，结果如图1-5所示。

实施例1：未变质共晶铝硅合金，其显微组织如图1所示，合金中有大量的层片状共晶硅，部分形状不规则的α-Al和极少量的初晶Si；

实施例2：Al-1.5B-3P加入量为0.1wt.％时，共晶铝硅合金的显微组织如图2所示，组织中出现大量的初晶Si，部分共晶硅开始转变为颗粒状或短杆状，α-Al变得圆整规则；

实施例3：Al-1.5B-3P加入量为0.2wt.％时，共晶铝硅合金的显微组织如图3所示，共晶硅有所细化，α-Al面积分数增大；

实施例4：Al-1.5B-3P加入量为0.3wt.％时，共晶铝硅合金的显微组织如图4所示，此时α-Al面积分数进一步增大且尺寸减小，大部分共晶Si转变为颗粒状或短杆状；

实施例5：Al-1.5B-3P加入量为0.4wt.％时，共晶铝硅合金的显微组织如图5所示，α-Al面积分数最大且枝晶尺寸最小，细小的初晶Si均匀分布于基体中，大部分共晶硅都已经转变为颗粒状。上述现象表明，实施例5制备的共晶铝硅显微结构处于最佳水平。

二、检测共晶铝硅合金的力学性能：

用WDW-300型微机控制电子万能试验机按GB/T 228-2002测试上述制得相同尺寸标准合金样品的拉伸性能(拉伸性能包括抗拉强度和伸长率)，拉伸速率为2mm/min。合金的拉伸试验结果如表1所示，数据表明：

①向共晶铝硅合金中单独添加0.4wt.％Al-3P或0.4wt.％Al-1.5B中间合金，可以大大提高合金的伸长率，但抗拉强度无改善。加入0.1％的Al-1.5B-3P中间合金后，合金的抗拉强度显著提高，但伸长率下降。随着Al-1.5B-3P中间合金加入量的提高，共晶铝硅合金的抗拉强度和延伸率也随之不断提高；

②实施例5中向共晶铝硅合金加入0.4wt.％Al-1.5B-3P中间合金后，合金抗拉强度最高，伸长率虽低于0.4wt.％Al-3P中间合金变质共晶铝硅合金，但综合力学性能表现最好。相对于分开先后添加0.4wt.％Al-3P和0.4wt.％Al-1.5B变质共晶铝硅合金，加入0.4wt.％Al-1.5B-3P中间合金变质共晶铝硅合金的抗拉强度和伸长率都有明显提高，相对于未变质的共晶铝硅合金来说，其综合力学性能改善明显。

表1共晶铝硅合金的力学性能

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法，其特征在于，具体制备步骤为：

（1）采用电炉在坩埚中熔炼Al-12.6wt.%Si共晶铝硅合金，将共晶铝硅合金熔体加热至700~750℃；

（2）加入六氯乙烷除气精炼；

（3）将Al-1.5B-3P中间合金迅速压入熔体中，Al-1.5B-3P加入量为共晶铝硅合金质量的0.05~0.6%，搅拌均匀后保温；

（4）将熔体浇注到预热的金属型，制得磷硼双重变质的共晶铝硅合金。

2.如权利要求1所述的共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法，其特征在于，Al-1.5B-3P变质剂的加入量为共晶铝硅合金质量的0.4%。

3.如权利要求1所述的共晶铝硅合金一步法磷硼双重变质方法，其特征在于，步骤（3）中的保温时间为1~3min。