一种铝硅合金的热速处理低温浇注方法.pdf

一种铝硅合金的热速处理低温浇注方法，它涉及一种铝硅合金的浇注方法。本发明解决了现有技术浇注铝硅合金的会导致铝硅合金组织粗大，力学性能不高，成本增高，浪费能源及操作复杂的问题。方法：一、制备铝硅合金激冷料；二、称取原料后放入电阻炉坩埚中加热至完全熔化，再加入铝硅合金激冷料，搅拌激冷、扒渣后浇注到预热的金属型中，即完成。本发明降低了成本，节约能源，操作简单，铝硅合金组织细小，树枝晶转变为细小等轴晶，本发明中铝硅合金的铸态力学性能好，抗拉强度和延伸率达到210～213MPa和4.3％～4.7％；本发

1.  一种铝硅合金的热速处理低温浇注方法，其特征在于铝硅合金的热速处理低温浇注方法按以下步骤实现：一、制备铝硅合金激冷料：按质量百分比称取32.3％～43.2％纯度为99.99wt％的铝、54.2％～62.5％的Al-12Si、0.4％～0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.2％～0.6％的Al-10Sr和2％～4％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在720～730℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后扒渣，然后在720℃的条件下将合金液浇注成金属型铸锭，得铝硅合金激冷料；二、按质量百分比称取32.3％～43.2％纯度为99.99wt％的铝、54.2％～62.5％的Al-12Si、0.4％～0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.2％～0.6％的Al-10Sr和2％～4％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在720～730℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后在720℃的条件下加入铝硅合金激冷料，搅拌激冷至温度为640～650℃停止加入铝硅合金激冷料，扒渣后浇注到预热到250℃的金属型中，即完成铝硅合金的热速处理低温浇注；其中步骤一制备的铝硅合金激冷料尺寸为φ20×10mm；步骤一和步骤二中氩气的纯度均为99.99wt％。

2.  根据权利要求1所述的一种铝硅合金的热速处理低温浇注方法，其特征在于步骤一中熔体温度控制在730℃。

3.  根据权利要求1或2所述的一种铝硅合金的热速处理低温浇注方法，其特征在于步骤一中按质量百分比称取34％纯度为99.99wt％的铝、62.2％的Al-12Si、0.5％纯度为99.99wt％的镁、0.3％的Al-10Sr和3％的Al-5Ti-1B。

4.  根据权利要求3所述的一种铝硅合金的热速处理低温浇注方法，其特征在于步骤一中按质量百分比称取38.5％纯度为99.99wt％的铝、56.7％的Al-12Si、0.4％纯度为99.99wt％的镁、0.4％的Al-10Sr和4％的Al-5Ti-1B。

5.  根据权利要求3所述的一种铝硅合金的热速处理低温浇注方法，其特征在于步骤一中按质量百分比称取42％纯度为99.99wt％的铝、54.9％的Al-12Si、0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.5％的Al-10Sr和2％的Al-5Ti-1B。

6.  根据权利要求4或5所述的一种铝硅合金的热速处理低温浇注方法，其特征在于步骤二中搅拌激冷至温度为645℃。

一种铝硅合金的热速处理低温浇注方法
技术领域
本发明涉及一种铝硅合金的浇注方法。
背景技术
在铝合金中，铝硅系合金具有优良的铸造性能，如流动性好、气密性好、收缩率小及热裂倾向小等，而且具有较高的综合力学性能。铝硅合金经过熔体处理、合金化和热处理后，力学性能可以得到明显提高。
铝硅合金一般都需要在较高温度进行熔体处理和合金化，正常的浇注由于浇注温度较高(720℃)，导致合金组织粗大，力学性能不高(铸态力学性能：抗拉强度和延伸率分别是188～192MPa和3.3％～3.5％；热处理态力学性能：抗拉强度和延伸率分别是340～344MPa和6.8％～7.4％)。降低浇注温度可以改善合金的组织和性能，目前熔体降至低温的冷却方式主要是空冷，但是也会导致铝硅合金组织粗大，且力学性能不高(铸态力学性能：抗拉强度和延伸率分别是194～196MPa和3.6％～3.8％；热处理态力学性能：抗拉强度和延伸率分别是346～348MPa和10.3％～12.5％)。近几年的研究表明，合金熔体经过过热处理和其后的热速处理激冷到浇注温度进行浇注，可以在很大程度上改善合金组织，从而提高材料的力学性能，但是这种熔体处理方式需要过热处理，导致成本增高，浪费能源，且高温和低温熔体的混合操作也比较复杂。
发明内容
本发明为了解决现有技术浇注铝硅合金的会导致铝硅合金组织粗大，力学性能不高，成本增高，浪费能源及操作复杂的问题，而提供一种铝硅合金的热速处理低温浇注方法。
铝硅合金的热速处理低温浇注方法按以下步骤实现：一、制备铝硅合金激冷料：按质量百分比称取32.3％～43.2％纯度为99.99wt％的铝、54.2％～62.5％的Al-12Si、0.4％～0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.2％～0.6％的Al-10Sr和2％～4％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在720～730℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后扒渣，然后在720℃的条件下将合金液浇注成金属型铸锭，得铝硅合金激冷料；二、按质量百分比称取32.3％～43.2％纯度为99.99wt％的铝、54.2％～62.5％的Al-12Si、0.4％～0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.2％～0.6％的Al-10Sr和2％～4％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在720～730℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后在720℃的条件下加入铝硅合金激冷料，搅拌激冷至温度为640～650℃停止加入铝硅合金激冷料，扒渣后浇注到预热到250℃的金属型中，即完成铝硅合金的热速处理低温浇注；其中步骤一制备的铝硅合金激冷料尺寸为φ20×10mm；步骤一和步骤二中氩气的纯度均为99.99wt％。
本发明铝硅合金的热速处理低温浇注方法，将热速处理工艺与低温浇注工艺较好的结合起来，合金熔体不经过过热处理(降低成本，节约能源)，精炼后直接用预制的同成分激冷料对熔体进行热速处理(操作简单)，熔体激冷至低温浇注，热速处理熔体中活性的形核质点增多，熔体过冷度增大，从而结晶过程中的驱动力增加，有利于熔体的结晶形核，合金凝固组织得到细化，提高了合金性能；本发明无需专用设备，成本较低，该工艺能明显细化铝硅合金组织，树枝晶转变为细小等轴晶；本发明中铝硅合金的铸态力学性能好，抗拉强度和延伸率达到210～213MPa和4.3％～4.7％；本发明中铝硅合金的热处理态力学性能好，抗拉强度和延伸率达到355～359MPa和13.5％～15.2％。
附图说明
图1是具体实施方式十一中720℃正常高温浇注的铝硅合金组织的扫描电子图；图2是具体实施方式十一中采用空冷至650℃浇注的铝硅合金组织的扫描电子图；图3是具体实施方式十一中所得热速处理低温浇注的铝硅合金组织的扫描电子图；图4是具体实施方式十二中的铸态力学性能对比图；其中A为720℃正常高温浇注的铝硅合金的抗拉强度，B为采用空冷至650℃浇注的铝硅合金的抗拉强度，C为具体实施方式十二中所得热速处理低温浇注的铝硅合金的抗拉强度，a为720℃正常高温浇注的铝硅合金的延伸率，b为采用空冷至650℃浇注的铝硅合金的延伸率，c为具体实施方式十二中所得热速处理低温浇注的铝硅合金的延伸率；图5是具体实施方式十四中热处理态力学性能对比图；其中D为720℃正常高温浇注的铝硅合金的抗拉强度，E为采用空冷至650℃浇注的铝硅合金的抗拉强度，F为具体实施方式十四中所得热速处理低温浇注的铝硅合金的抗拉强度，d为720℃正常高温浇注的铝硅合金的延伸率，e为采用空冷至650℃浇注的铝硅合金的延伸率，f为具体实施方式十四中所得热速处理低温浇注的铝硅合金的延伸率。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式铝硅合金的热速处理低温浇注方法按以下步骤实现：一、制备铝硅合金激冷料：按质量百分比称取32.3％～43.2％纯度为99.99wt％的铝、54.2％～62.5％的Al-12Si、0.4％～0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.2％～0.6％的Al-10Sr和2％～4％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在720～730℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后扒渣，然后在720℃的条件下将合金液浇注成金属型铸锭，得铝硅合金激冷料；二、按质量百分比称取32.3％～43.2％纯度为99.99wt％的铝、54.2％～62.5％的Al-12Si、0.4％～0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.2％～0.6％的Al-10Sr和2％～4％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在720～730℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后在720℃的条件下加入铝硅合金激冷料，搅拌激冷至温度为640～650℃停止加入铝硅合金激冷料，扒渣后浇注到预热到250℃的金属型中，即完成铝硅合金的热速处理低温浇注；其中步骤一制备的铝硅合金激冷料尺寸为φ20×10mm；步骤一和步骤二中氩气的纯度均为99.99wt％。
本实施方式中旋转喷吹氩气是为了进行除气精炼。
本实施方式中加入Al-5Ti-1B和Al-10Sr是为了进行细化和变质处理。
本实施方式中Al-12Si、Al-5Ti-1B和Al-10Sr为中间合金。
本实施方式步骤一和步骤二中称取的原料保持同成分且等量配比。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中熔体温度控制在720℃。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中熔体温度控制在730℃。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中熔体温度控制在725℃。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是步骤一中按质量百分比称取34％纯度为99.99wt％的铝、62.2％的Al-12Si、0.5％纯度为99.99wt％的镁、0.3％的Al-10Sr和3％的Al-5Ti-1B。其它步骤及参数与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤一中按质量百分比称取38.5％纯度为99.99wt％的铝、56.7％的Al-12Si、0.4％纯度为99.99wt％的镁、0.4％的Al-10Sr和4％的Al-5Ti-1B。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤一中按质量百分比称取42％纯度为99.99wt％的铝、54.9％的Al-12Si、0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.5％的Al-10Sr和2％的Al-5Ti-1B。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是步骤二中搅拌激冷至温度为640℃。其它步骤及参数与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤二中搅拌激冷至温度为650℃。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤二中搅拌激冷至温度为645℃。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十一：本实施方式铝硅合金的热速处理低温浇注方法按以下步骤实现：一、制备铝硅合金激冷料：按质量百分比称取32.3％纯度为99.99wt％的铝、62.5％的Al-12Si、0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.6％的Al-10Sr和4％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在725℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后扒渣，然后在720℃的条件下将合金液浇注成金属型铸锭，得铝硅合金激冷料；二、按质量百分比称取32.3％纯度为99.99wt％的铝、62.5％的Al-12Si、0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.6％的Al-10Sr和4％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在720℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后在720℃的条件下加入铝硅合金激冷料，搅拌激冷至温度为645℃停止加入铝硅合金激冷料，扒渣后浇注到预热到250℃的金属型中，即完成铝硅合金的热速处理低温浇注；其中步骤一制备的铝硅合金激冷料尺寸为φ20×10mm；步骤一和步骤二中氩气的纯度为99.99wt％。
本实施方式所得热速处理低温浇注的铝硅合金，与现有技术中720℃正常高温浇注的铝硅合金组织(如图1)，以及采用空冷至650℃浇注的铝硅合金组织(如图2)相比，本实施方式所得热速处理低温浇注的铝硅合金组织，如图3所示铝硅合金组织细小，树枝晶转变为细小等轴晶。
具体实施方式十二：本实施方式铝硅合金的热速处理低温浇注方法按以下步骤实现：一、制备铝硅合金激冷料：按质量百分比称取43.2％纯度为99.99wt％的铝、54.2％的Al-12Si、0.4％纯度为99.99wt％的镁、0.2％的Al-10Sr和2％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在720℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后扒渣，然后在720℃的条件下将合金液浇注成金属型铸锭，得铝硅合金激冷料；二、按质量百分比称取43.2％纯度为99.99wt％的铝、54.2％的Al-12Si、0.4％纯度为99.99wt％的镁、0.2％的Al-10Sr和2％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在720℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后在720℃的条件下加入铝硅合金激冷料，搅拌激冷至温度为640℃停止加入铝硅合金激冷料，扒渣后浇注到预热到250℃的金属型中，即完成铝硅合金的热速处理低温浇注；其中步骤一制备的铝硅合金激冷料尺寸为φ20×10mm；步骤一和步骤二中氩气的纯度为99.99wt％。
本实施方式所得热速处理低温浇注的铝硅合金的铸态力学性能，与现有技术中720℃正常高温浇注的铝硅合金(如图4中A和a柱)，以及采用空冷至650℃浇注的铝硅合金(如图4中B和b柱)相比，本实施方式所得热速处理低温浇注的铝硅合金的铸态力学性能，如图4中C和c柱所示，抗拉强度和延伸率达到210MPa和4.3％。
具体实施方式十三：本实施方式铝硅合金的热速处理低温浇注方法按以下步骤实现：一、制备铝硅合金激冷料：按质量百分比称取36％纯度为99.99wt％的铝、60.1％的Al-12Si、0.5％纯度为99.99wt％的镁、0.4％的Al-10Sr和3％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在730℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后扒渣，然后在720℃的条件下将合金液浇注成金属型铸锭，得铝硅合金激冷料；二、按质量百分比称取36％纯度为99.99wt％的铝、60.1％的Al-12Si、0.5％纯度为99.99wt％的镁、0.4％的Al-10Sr和3％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在730℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后在720℃的条件下加入铝硅合金激冷料，搅拌激冷至温度为650℃停止加入铝硅合金激冷料，扒渣后浇注到预热到250℃的金属型中，即完成铝硅合金的热速处理低温浇注；其中步骤一制备的铝硅合金激冷料尺寸为φ20×10mm；步骤一和步骤二中氩气的纯度为99.99wt％。
本实施方式所得热速处理低温浇注的铝硅合金的铸态力学性能，经测试，抗拉强度和延伸率达到213MPa和4.7％。
具体实施方式十四：本实施方式铝硅合金的热速处理低温浇注方法按以下步骤实现：一、制备铝硅合金激冷料：按质量百分比称取39％纯度为99.99wt％的铝、55.9％的Al-12Si、0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.5％的Al-10Sr和4％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在730℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后扒渣，然后在720℃的条件下将合金液浇注成金属型铸锭，得铝硅合金激冷料；二、按质量百分比称取39％纯度为99.99wt％的铝、55.9％的Al-12Si、0.6％纯度为99.99wt％的镁、0.5％的Al-10Sr和4％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在725℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后在720℃的条件下加入铝硅合金激冷料，搅拌激冷至温度为650℃停止加入铝硅合金激冷料，扒渣后浇注到预热到250℃的金属型中，即完成铝硅合金的热速处理低温浇注；其中步骤一制备的铝硅合金激冷料尺寸为φ20×10mm；步骤一和步骤二中氩气的纯度为99.99wt％。
本实施方式所得热速处理低温浇注的铝硅合金的热处理态力学性能，与现有技术中720℃正常高温浇注的铝硅合金(如图5中D和d柱)，以及采用空冷至650℃浇注的铝硅合金(如图5中E和e柱)相比，本实施方式所得热速处理低温浇注的铝硅合金的热处理态力学性能，如图5中F和f柱所示，抗拉强度和延伸率达到356.5MPa和14.3％。
具体实施方式十五：本实施方式铝硅合金的热速处理低温浇注方法按以下步骤实现：一、制备铝硅合金激冷料：按质量百分比称取42％纯度为99.99wt％的铝、55％的Al-12Si、0.5％纯度为99.99wt％的镁、0.5％的Al-10Sr和2％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在725℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后扒渣，然后在720℃的条件下将合金液浇注成金属型铸锭，得铝硅合金激冷料；二、按质量百分比称取42％纯度为99.99wt％的铝、55％的Al-12Si、0.5％纯度为99.99wt％的镁、0.5％的Al-10Sr和2％的Al-5Ti-1B，将称取的铝和Al-12Si放入7.5KW的电阻炉坩埚中加热完全熔化，且熔体温度控制在720℃，然后加入称取的镁，静置10min后旋转喷吹氩气，再加入称取的Al-5Ti-1B和Al-10Sr，静置10min后在720℃的条件下加入铝硅合金激冷料，搅拌激冷至温度为645℃停止加入铝硅合金激冷料，扒渣后浇注到预热到250℃的金属型中，即完成铝硅合金的热速处理低温浇注；其中步骤一制备的铝硅合金激冷料尺寸为φ20×10mm；步骤一和步骤二中氩气的纯度为99.99wt％。
本实施方式所得热速处理低温浇注的铝硅合金的热处理态力学性能，经检测，抗拉强度和延伸率达到359MPa和15.2％。