专利名称：一种铝硅合金变质剂及其处理方法
技术领域：
本发明属于铝硅合金变质处理领域，尤其是涉及一种用于细化亚共晶和过共晶铝硅合金中共晶硅的变质剂及其制备处理方法。
背景技术：
铝硅合金因具有良好的铸造性能，因而应用相当普遍，随着汽车、摩托车行业的发展，对铝硅合金的需求量越来越大；但无论在亚共晶铝硅合金中还是在过共晶铝硅合金中都存在着针状共晶硅组织，严重恶化了铝硅合金的力学性能，特别是塑韧性能。因此，对铝硅合金中针状共晶硅进行变质处理是十分必要的。对铝硅合金中共晶硅能够起到变质作用的元素主要有钠、锶、钡、铋、锑以及稀土元素等。钠是应用最早的变质元素，变质效果很好，主要以钠盐的形式加入，成本低；但由于钠易蒸发易氧化，随保温时间的延长，钠含量迅速降低，变质有效期短，衰退快，且易产生气孔，难以满足生产工艺制度的要求。所以，20世纪60年代发现锶的变质作用后，锶逐渐取代钠，与钠相比，锶可以方便地以中间合金的形式加入，吸收率高且稳定，在保温过程中的氧化烧损速度慢，变质有效期长；但锶变质后，铝硅合金组织中气孔的数量增加，而且分散，遍及整个铸件。采用锑变质，可获得细片状共晶硅，形态介于片状与纤维状之间，铸件吸气倾向小，合金铸造性能好，铸件致密，力学性能好；锑变质的铝硅合金铸件的切削加工性明显提高，锑与钠锶等变质剂具有相互毒化的作用，锑变质铝硅合金废料的再利用是个问题。用稀土元素作为铝硅合金的变质剂，不但变质效果好，而且可以提高合金的力学性能，研究表明，加入稀土元素镧、铕、铈或混合稀土可以变质铝硅合金中的共晶硅，同时兼有净化铝液作用，然而，稀土元素价格昂贵，特别是近几年来，价格不断翻番，大大提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种加入量少、成本低、工艺简单的铝硅合金的变质剂及其制备处理方法，此变质剂能使铝硅合金中的共晶硅得到细化、球化，进而提高此合金的使用性能。本发明的目的通过以下技术方案实现一种用于细化铝硅合金中共晶硅的变质剂，包括三氧化二钕和铝，所述三氧化二钕的质量百分比为30% 60%，余量为铝。一种用上述铝硅合金变质剂对铝硅合金的变质处理方法，处理过程包括以下步骤步骤一，称取三氧化二钕粉和铝粉均匀混合后，压制成块，所述三氧化二钕粉的质量百分比为30% 60%，余量为铝粉；步骤二，铝硅合金的质量百分比化学成分选择如下Si 7. O 20. O, Fe 0 O. 5，Cu 0 4. O, Mn 0 O. 5，Zn 0 O. 2，其余为铝；步骤三，将步骤二所述铝硅合金在电阻炉中熔化后，在750°C 850°C下加入已压制成块的三氧化二钕粉和铝粉，搅拌至完全熔化，保温8 10分钟，然后加入精炼剂，静置 8 10分钟，充分搅拌和打渣后，在750°C 850°C下浇注成型，变质剂的加入量为合金熔体质量的O. 1% I. 0%。本发明变质剂是一种“绿色”变质剂，应用过程中不产生有毒气体，无污染；制备和变质工艺简单，操作方便，成本低廉；能变质铝硅合金中的共晶硅，变质效果显著，使共晶硅由原来的长针状变为圆点状或致密的网状，变质后的铝硅合金抗拉强度和韧性都得到改善，抗拉强度比未进行变质处理的提高了 9%，延伸率提高了 80%。
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氧化 [0025 [0026 [0027
图I是未变质的含硅量为7%的亚共晶铝硅合金金相组织图片；
图2是变质处理后的含硅量为7%的亚共晶铝硅合金金相组织图片；
图3是变质剂不同加入量下含硅量为7%的亚共晶铝硅合金的应力应变曲线图； 图4是未变质的含硅量为11%的亚共晶铝硅合金金相组织图片；
图5是变质处理后的含硅量为11%的亚共晶铝硅合金金相组织图片；
图6是未变质的含硅量为18%的过共晶铝硅合金金相组织图片；
图7是变质处理后的含硅量为18%的过共晶铝硅合金金相组织图片。
具体实施方法实施例I :
一种铝硅合金变质剂，其质量百分比组成为三氧化二钕50%，余量为铝；称取三钕粉和铝粉，按比例配置，混合均匀后压制成块。
铝硅合金的质量百分比化学成分选择如下
Si 7. 14，Fe 0. 17，Cu 3. 90，Mn 0. 007，Zn 0. 03，其余为铝。
合金在电阻炉中熔化后，在850°C下加入已压制成块的三氧化二钕粉和铝粉，搅拌至完全熔化，保温8 10分钟，然后加入精炼剂，充分搅拌和打渣后，静置8 10分钟，在 850°C下浇注成型。变质剂的加入量为合金熔体质量的O.图I和图2分别为
变质处理前后合金的金相组织图片。由图可见，变质前图I中存在着长针条状和粗大点状共晶硅，共晶硅棱角及尖端明显，变质后图2中共晶硅变为致密细小短棒状和蠕虫状，棱角圆钝化，变质前图I中共晶硅的平均长度尺寸为40 60um，变质后图2中共晶硅的平均长度尺寸减小到4 6um。图3为变质剂不同加入量下合金的应力应变曲线图,可以看出，当加入量为O. 5%时，合金的抗拉强度最高，延伸率也最好，分别比基体提高了 9%和80%。实施例2 一种铝硅合金变质剂，其质量百分比组成为三氧化二钕30%，余量为铝；称取三氧化二钕粉和铝粉，按比例配置，混合均匀后压制成块。铝硅合金的质量百分比化学成分选择如下Si 10. 706，Fe 0. 265，Cu 0. 576，Mn 0. 216，Zn 0. 120，其余为铝。合金在电阻炉中熔化后，在850°C下加入已压制成块的三氧化二钕粉和铝粉，搅拌至完全熔化，保温8 10分钟，然后加入精炼剂，充分搅拌和打渣后，静置8 10分钟，在850°C下浇注成型。变质剂的加入量为合金熔体质量的O. 5%。图4和图5分别为变质处理前后合金的金相组织图片，由图可见，变质前图4中存在着长针条状共晶硅和少量初生硅， 变质后图5中共晶硅变为致密细小短棒状和圆点状，且没有初生硅，变质前图4中共晶硅的平均长度尺寸为30 50um，变质后图5中共晶硅的平均长度尺寸减小到5 10um。实施例3 一种铝硅合金变质剂，其质量百分比组成为三氧化二钕60%，余量为铝；称取三氧化二钕粉和铝粉，按比例配置，混合均匀后压制成块。铝硅合金的质量百分比化学成分选择如下Si 18. 224，Fe 0. 206，Cu 0. 028，其余为铝。合金在电阻炉中熔化后，在850°C下加入已压制成块的三氧化二钕粉和铝粉，搅拌至完全熔化，保温8 10分钟，然后加入精炼剂，充分搅拌和打渣后，静置8 10分钟，在 850°C下浇注成型。变质剂的加入量为合金熔体质量的0.5%。图6和图7分别为变质前后合金的金相组织图片，由图可见，图6中共晶硅为长针条状，图7中共晶硅变为致密细小网状，图6中共晶硅的尺寸为80 100 μ m,变质后共晶硅的平均长度尺寸减小到10 20 μ m。实施例4 一种铝硅合金变质剂，其质量百分比组成为三氧化二钕50%，余量为铝；称取三氧化二钕粉和铝粉，按比例配置，混合均匀后压制成块。铝硅合金的质量百分比化学成分选择如下Si 20. 024，Fe 0. 216，Cu 0. 008，其余为铝。合金在电阻炉中熔化后，在850°C下加入已压制成块的三氧化二钕粉和铝粉，搅拌至完全熔化，保温8 10分钟，然后加入精炼剂，静置8 10分钟，充分搅拌和打渣后，在 850°C下浇注成型。变质剂的加入量为合金熔体质量的1%。
权利要求
1.一种铝硅合金变质剂，其特征在于，包括三氧化二钕和铝，所述三氧化二钕的质量百分比为30% 60%，余量为铝。
2.一种用权利要求I所述铝硅合金变质剂对铝硅合金的变质处理方法，其特征在于， 处理过程包括以下步骤步骤一，称取三氧化二钕粉和铝粉均匀混合后，压制成块，所述三氧化二钕粉的质量百分比为30% 60%，余量为铝粉；步骤二，铝硅合金的质量百分比化学成分选择如下Si 7. O 20. 0，Fe :0 O. 5，Cu :0 4. 0，Mn :0 O. 5，Zn :0 O. 2，其余为铝；步骤三，将步骤二所述铝硅合金在电阻炉中熔化后，在750°C 850°C下加入已压制成块的三氧化二钕粉和铝粉，搅拌至完全熔化，保温8 10分钟，然后加入精炼剂，静置8 10分钟，充分搅拌和打渣后，在750°C 850°C下浇注成型，变质剂的加入量为合金熔体质量的O. 1% I. 0%。
全文摘要
本发明涉及一种用于细化铝硅合金中共晶硅的铝硅合金变质剂及其处理方法。其质量百分比组成为三氧化二钕30％～60％，余量为铝。使用时三氧化二钕粉和铝粉压制成块状；变质剂的加入量为合金熔体质量的0.1％～1.0％。采用本发明变质剂，可使含硅量为7％～18％铝硅合金中共晶硅细化到20μm以下，当变质剂加入量为0.5％时，可使含硅量为7％的亚共晶铝硅合金的抗拉强度提高9％，延伸率提高80％。
文档编号C22C1/02GK102586634SQ20111038192
公开日2012年7月18日 申请日期2011年11月27日 优先权日2011年11月27日
发明者姜启川, 张振龙, 张龙江, 王金国 申请人:吉林大学