一种高性能铸造铝硅合金及其制备方法与流程

本发明属于铝合金，涉及一种铝硅合金及其制备方法，尤其是一种高性能铸造铝硅合金及其制备方法。

背景技术：

1、铸造铝合金材料是现用量最大的铝合金材料之一，其主要成分为al-si系，此系列部分合金可热处理强化，热处理后的合金其强度铸态下高于原合金材料。铸造铝合金材料的流动性能好，铸造性能好，无热裂倾向、气密性高、线收缩小、可压力加工性能优良；但硅含量较高条件下，容易形成较粗大的初晶硅和共晶硅相，并且实际制备熔炼工艺复杂，能耗高。

2、现有的铸造铝硅合金产品锭的制备方法是传统的熔配法制作工艺，也就是，通过一定顺序熔炼原铝铝锭，计算配料情况加入工业硅，金属锰、金属镁，需提高熔体温度加速铝液合金化，辅助精炼除气，然后进行加sc或ti的变质处理，最后保温铸造生产出品质较低的铸造铝硅合金产品锭。这种方法制备的铸造铝硅合金产品锭的组织粗大，性能较差。例如现有公开的一种铸造铝硅合金创新制备方法是：炒灰回收的废铝液制备法，专利公开号：cn108913900a，也是采用的传统熔配法这套工艺思路。

3、鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的高性能铸造铝硅合金及其制备方法。

技术实现思路

1、针对现有铸造铝硅合金传统熔配法存在的工艺复杂和元素烧损率高的问题，本发明提供一种高性能铸造铝硅合金及其制备方法，其通过控制合金液熔体温度和铸造过程中的辅助技术调整，避免了传统熔配法生产铸造铝合金材料中硅、铝、镁、锰等金属的烧损，省去了合金变质工艺，通过新途径实现了高性能铸造铝合金材料的制备，其力学性能、晶粒组织优于传统生产工艺方法生产的产品。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高性能铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、1)、对共析合金液转炉保存；

5、2)、对所述共析合金液进行降温梯度处理，使部分特征相优先析出形核；

6、3)、进行电磁搅拌及超声，使所述共析合金液充分混合并打散枝晶；

7、4)、通过铸造得到高性能铸造铝硅铝合金。

8、优选地，所述共析合金液包括以下组分：si 4.0-20.5wt％，zr+ti≥0.25wt％，fe0.15-0.30wt％，v≥0.02wt％，余量为铝和其它不可避免的杂质。

9、优选地，所述共析合金液中v与fe的重量比v/fe＝1：(7-10)。

10、优选地，所述步骤2)中的降温梯度处理时，降温梯度设置为730℃→685℃，整体时间控制在25-55min之间，温度的梯度下降方式为凸型平滑曲线。

11、优选地，所述凸型平滑曲线的函数曲线为y＝b1x3+b2x2+b3x+c关系，其中，y是温度，x是时间，b1、b2、b3是匹配参数，c是补偿参数，b1的范围设定在-1到+1，b2的范围设定在-99到45之间，b3的确定值随即确定，c取0-90℃之间。

12、优选地，所述步骤3)中，电磁搅拌时间为0.5-2h，超声时的超声频率范围为20000-50000hz且在进行超声时取用3-8个频率相同的超声波发生器以一定的直径圆内接正多边形的形式分布安装在底部电磁搅拌装置上。

13、此外，本发明还提供一种高性能铸造铝硅合金，其特征在于，其采用上述制备方法制备而成，且所述高性能铸造铝硅合金包括的化学成分及重量比为：si 4.0-20.5％，zr+ti≥0.25％，fe 0.15-0.30％，v≥0.02％，剩余量为铝和其它不可避免的杂质。

14、优选地，所述高性能铸造铝硅合金的晶粒度指数g≥2.5。

15、优选地，所述高性能铸造铝硅合金在铸态情况下的抗拉强度≥200mpa。

16、优选地，所述高性能铸造铝硅合金在铸态情况下的延伸率≥3％。

17、与现有技术相比，本发明的高性能铸造铝硅合金及其制备方法具有如下有益技术效果中的一者或多者：

18、1、本发明利用特殊的共析合金液，该合金液中已经具备满足铸造铝硅成分含量的硅元素，不需要像传统熔配法一样加入熔炼工业硅，显著降低了能耗和制备过程中的元素烧损；并且，通过铸造过程控制，超声晶粒细化，使合金液中硅元素分布更加均一，优先形成的铝硅共晶组织细小致密，依附形成的α-al相晶粒尺寸减小，使铸造铝硅合金拥有较好的力学性能。

19、2、本发明利用的合金液中有含量较高的zr+ti，在梯度降温中优先形核后会成为α-al基体及共晶组织的异质形核点，显著细化合金晶粒组织；通过强电磁搅拌，使成分均匀，辅助以超声细化作用，打断树枝晶结构，起到二次细化晶粒的作用。

20、3、本发明在生产上简化了流程，对比传统制备方法降低了能耗，减小了元素烧损。

21、4、本发明可以提升铸态条件下铝硅合金的力学性能，生产出品质更好的铸造铝硅合金产品。

技术特征：

1.一种高性能铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高性能铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于，所述共析合金液包括以下组分：si 4.0-20.5wt％，zr+ti≥0.25wt％，fe 0.15-0.30wt％，v≥0.02wt％，余量为铝和其它不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的高性能铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于，所述共析合金液中v与fe的重量比v/fe＝1：(7-10)。

4.根据权利要求3所述的高性能铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的降温梯度处理时，降温梯度设置为730℃→685℃，整体时间控制在25-55min之间，温度的梯度下降方式为凸型平滑曲线。

5.根据权利要求4所述的高性能铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于，所述凸型平滑曲线的函数曲线为y＝b1x3+b2x2+b3x+c关系，其中，y是温度，x是时间，b1、b2、b3是匹配参数，c是补偿参数，b1的范围设定在-1到+1，b2的范围设定在-99到45之间，b3的确定值随即确定，c取0-90℃之间。

6.根据权利要求5所述的高性能铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，电磁搅拌时间为0.5-2h，超声时的超声频率范围为20000-50000hz且在进行超声时取用3-8个频率相同的超声波发生器以一定的直径圆内接正多边形的形式分布安装在底部电磁搅拌装置上。

7.一种高性能铸造铝硅合金，其特征在于，其采用权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备而成，且所述高性能铸造铝硅合金包括的化学成分及重量比为：si 4.0-20.5％，zr+ti≥0.25％，fe 0.15-0.30％，v≥0.02％，剩余量为铝和其它不可避免的杂质。

8.根据权利要求7所述的高性能铸造铝硅合金，其特征在于，所述高性能铸造铝硅合金的晶粒度指数g≥2.5。

9.根据权利要求8所述的高性能铸造铝硅合金，其特征在于，所述高性能铸造铝硅合金在铸态情况下的抗拉强度≥200mpa。

10.根据权利要求9所述的高性能铸造铝硅合金，其特征在于，所述高性能铸造铝硅合金在铸态情况下的延伸率≥3％。

技术总结
本发明涉及一种高性能铸造铝硅合金及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)、对共析合金液转炉保存；2)、对共析合金液进行降温梯度处理，使部分特征相优先析出形核；3)、进行电磁搅拌及超声，使共析合金液充分混合并打散枝晶；4)、通过铸造得到高性能铸造铝硅铝合金。其避免了传统熔配法生产铸造铝合金材料中硅、铝、镁、锰等金属的烧损，省去了合金变质工艺，通过新途径实现高性能铸造铝合金材料的制备，其力学性能、晶粒组织优于传统生产工艺方法生产的产品。

技术研发人员：高翔,高培君,范超,邢亚飞,肖圆,张琦晟,宫兴臣,高鹏德,豆卫博,赵雄慧,叶文圣,杨阳,张元硕,张雪,尚东捷,刘昱璇,韩帅,赵雪川
受保护的技术使用者：内蒙古蒙泰集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11