一種能提高A356鋁合金力學性能的工藝方法技術(shù)

一種能提高A356鋁合金力學性能的工藝方法，屬于鋁合金熔鑄技術(shù)領域，其特征為：以Al-10Sr中間合金為變質(zhì)劑，以A356鋁合金為變質(zhì)對象，在熔煉Al-10Sr中間合金的步驟中，在徹底扒渣并將合金液中粗大的顆粒過濾去除后，將合金液快速澆入以銅金屬板為底板的砂型中得到經(jīng)砂型工藝處理的Al-10Sr中間合金，按經(jīng)砂型工藝處理的Al-10Sr中間合金加入量為A356鋁合金熔體質(zhì)量的0.10%-0.50%對A356鋁合金進行細化變質(zhì)處理，細化變質(zhì)后A356鋁合金的組織及性能都顯著改善提高。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種能提高A356鋁合金力學性能的工藝方法
本專利技術(shù)屬于鋁合金熔鑄
，特指一種能提高A356鋁合金力學性能的工藝方法。
技術(shù)介紹
A356鋁合金是亞共晶Al-Si-Mg系合金中應用最廣泛的合金，具有流動性好，無熱裂傾向，線收縮小，較高的比強度和較好的鑄造性能，廣泛應用于航空、航天、汽車、建筑等工業(yè)。但未經(jīng)變質(zhì)處理的A356鋁合金中，Si相呈現(xiàn)出粗大的針片狀，使合金的基體受到嚴重割裂，并在硅相的尖端和棱角處易造成應力集中，使材料強度、塑性、切削加工性顯著降低，因此，為提高A356鋁合金的機械性能，改善A356鋁合金的加工工藝性能，需對A356鋁合金進行變質(zhì)處理；由于Al-10Sr中間合金對共晶硅相的變質(zhì)效果遠好于其他金屬及合金，目前工業(yè)上普遍采用Al-10Sr中間合金對A356鋁合金進行變質(zhì)處理，經(jīng)Sr變質(zhì)共晶硅顆粒細小，可以顯著改善其加工工藝性能，提高A356鋁合金的品質(zhì)，但由于Al-10Sr中間合金組織形態(tài)不同，在加入Sr量相同的情況下，對A356鋁合金細化變質(zhì)效果產(chǎn)生明顯不同的影響，Al-10Sr中間合金中的第二相主要是由呈板片狀分布的Al4Sr相以及在基體上呈條狀簇分布的(Al+Al4Sr)共晶相組成，A14Sr化合物中的Sr只有轉(zhuǎn)化為游離態(tài)的Sr后,才可發(fā)揮其細化變質(zhì)作用。彌散細小的A14Sr相由于比表面積較大,表面能較高，其溶解速度較快，使Sr原子易從中游離出來，降低表面能，使Sr具有很好的細化變質(zhì)效果，而粗大片狀的A14Sr相，分布不均勻，則不易使Sr原子從中游離出來，細化變質(zhì)效果不好，即加入的Al-10Sr中間合金中的第二相形態(tài)、大小、分布及表面狀態(tài)和能量對A356鋁合金細化變質(zhì)效果產(chǎn)生直接的影響。Al-10Sr中間合金在熔煉制備過程中，熔體凝固條件的不同將直接導致所形成的第二相形態(tài)的不同，對熔體進行強力攪拌、振動，可從外界輸入能量促使晶核提前形成，同時采取一定的工藝措施，增大過冷度，增加熔體與模具的熱交換，使液穴中的熔體溫度降低，破碎結(jié)晶前沿的骨架，出現(xiàn)大量可作為非均勻形核的物質(zhì)—枝晶碎塊，從而使形核率大大增加，熔體凝固后單位體積中的晶粒數(shù)也隨之明顯增加，可獲得Al-10Sr中間合金上分布更為彌散細小的第二相粒子，把一定量的Al-10Sr中間合金加入到待細化變質(zhì)的A356鋁合金后，由于Al-10Sr中間合金自身組織形態(tài)有遺傳性，其組織形態(tài)將對鋁硅合金結(jié)晶組織有遺傳影響，即Al-10Sr中間合金細化變質(zhì)效果有組織遺傳效應，這說明，Al-10Sr中間合金是一種具有遺傳效應的中間合金。因此，開發(fā)出一種能顯著改善Al-10Sr中間合金變質(zhì)劑組織特征的工藝處理方法，能夠顯著提高A356鋁合金細化變質(zhì)效果，進而獲得較理想的組織及性能，既可小批量生產(chǎn)又可大規(guī)模生產(chǎn)，降低成本，具有重要的理論意義和重大的實際應用價值。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)開發(fā)出一種能提高A356鋁合金力學性能的工藝方法，以Al-10Sr中間合金為變質(zhì)劑：其中Sr9.00％-11.00％，Ti≤0.02%，Si≤0.12%，F(xiàn)e≤0.06%，其余雜質(zhì)元素含量每個不大于0.05%，余量為Al；變質(zhì)對象為A356鋁合金，其中Si6.50%-7.50%，Mg0.20%-0.40%，Cu≤0.20%，Mn≤0.10%，Zn≤0.10%，F(xiàn)e≤0.20%，Ti≤0.20%，其余雜質(zhì)元素含量每個不大于0.05%，其余為Al，成分按質(zhì)量百分比計算；變質(zhì)劑使用量為A356鋁合金質(zhì)量的0.10%-0.50%。熔煉工藝為：首先進行預處理，將Al-10Sr中間合金錠切割成大小適中的塊狀后，進行打磨、拋光以除去表面的氧化皮，用丙酮在超聲波震蕩器中進行清洗、烘干、稱量，熔煉輔助工具用ZnO涂料進行涂刷，涂層厚度1.0mm-1.5mm，在溫度為200℃-300℃箱式電阻爐內(nèi)烘干備用；其次進行熔煉Al-10Sr中間合金，將Al-10Sr中間合金置于內(nèi)部清理干凈并預熱至450℃-550℃的石墨坩堝中，并置于SG2-7.5-12型電阻爐內(nèi)升溫熔化，熔體下凹變軟后，在其表面撒入鋁合金專用覆蓋劑，完全熔化后，升溫至690℃-740℃時，用石墨棒強力均勻攪拌熔體1min，保溫4min-6min使各元素均勻化，通入CCl6除氣，用石墨鐘罩壓入Al-10Sr中間合金熔體質(zhì)量的0.20%的脫水ZnCl2至石墨坩堝底部，水平移動，進行精煉，直至完全反應，靜置4min-6min，降溫至680℃-700℃時，進行徹底扒渣，并將合金液用耐高溫纖維過濾網(wǎng)將粗大的顆粒過濾去除，將合金液快速澆入以銅金屬板為底板的砂型中，冷卻后取出中間合金，石墨坩堝內(nèi)底部的任何雜質(zhì)都不得倒入Al-10Sr中間合金上表面，以免污染中間合金，此工藝稱為Al-10Sr中間合金變質(zhì)劑砂型工藝處理。變質(zhì)工藝為：將處理過的A356鋁合金置于內(nèi)部清理干凈并預熱石墨坩堝中，置于SG2-7.5-12型電阻爐內(nèi)升溫熔化，待A356鋁合金全部熔化后，升溫至740℃-780℃時，用石墨棒強力均勻攪拌熔體1min，保溫6min-8min使各元素均勻化，用石墨鐘罩壓入A356鋁合金熔體質(zhì)量的0.20％脫水的ZnCl2進行精煉，靜置4min-6min、扒渣，往熔體中加入A356鋁合金熔體質(zhì)量的0.10%-0.50%經(jīng)砂型工藝處理的Al-10Sr中間合金變質(zhì)劑，保溫5min使各元素均勻化，強力攪拌、除氣、精煉、靜置、降溫至730℃、扒渣、過濾，分別澆入鑄鋼模中，制成金相試樣，然后再按國家標準規(guī)定每組加工3根金屬型拉伸試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行，拉伸速率為0.05mm/min，相應每組力學性能都取平均值，其數(shù)值如表1所示，加經(jīng)砂型工藝處理的Al-10Sr中間合金變質(zhì)A356鋁合金的抗拉強度和伸長率，根據(jù)室溫拉伸力學性能測試數(shù)據(jù)可知，對經(jīng)砂型工藝處理的Al-10Sr中間合金隨著加入量的增加，合金的抗拉強度，伸長率均呈先上升再減小趨勢，當變質(zhì)劑含量達到A356鋁合金熔體質(zhì)量的0.30%時，變質(zhì)后A356鋁合金的抗拉強度和伸長率都達到最大值，即抗拉強度σb達到242.05Mpa，伸長率δ達到6.61%。表1加入經(jīng)砂型工藝處理的Al-10Sr中間合金變質(zhì)A356鋁合金的力學性能Al-10Sr中間合金質(zhì)量分數(shù)，%0.00%0.10%0.20%0.30%0.40%0.50%抗拉強度σb(MPa)182.56224.61229.34242.05234.75231.52伸長率δ(%)1.094.415.326.615.945.55未經(jīng)細化變質(zhì)的A356鋁合金中的共晶硅相形貌為細長的板片狀或長針片狀，形態(tài)差異較大，在鋁基體中分布沒有方向性，也不規(guī)則，邊緣帶有鋒利的尖角，如圖1所示，嚴重影響基體的連續(xù)性，割裂基體，力學性能較低；隨著變質(zhì)劑的加入使A356鋁合金中α相晶粒細化，共晶硅相形態(tài)發(fā)生變化，從而提高了合金的綜合力學性能，但由于Al-10Sr中間合金是一種具有遺傳效應的中間合金，組織形態(tài)對鋁硅合金結(jié)晶組織有重要的遺傳影響，未經(jīng)任何工藝處理的Al-10Sr中間合金變質(zhì)劑上分布著粗大片狀的A14Sr，不易使Sr原子從中游離出來，如圖2所示；當加入未經(jīng)任何工藝處理的Al-10Sr中間合金變質(zhì)劑使用量為A356鋁合金質(zhì)量本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種能提高A356鋁合金力學性能的工藝方法，其特征在于：以經(jīng)砂型工藝處理的Al?10Sr中間合金為變質(zhì)劑變質(zhì)A356鋁合金，變質(zhì)劑的加入量為A356鋁合金質(zhì)量的0.10%?0.50%，所述經(jīng)砂型工藝處理的Al?10Sr中間合金是在熔煉Al?10Sr中間合金的步驟中，在徹底扒渣并將合金液用耐高溫纖維過濾網(wǎng)將粗大的顆粒過濾去除以后，將合金液快速澆入砂型中得到的。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種能提高A356鋁合金力學性能的工藝方法，其特征在于：以經(jīng)砂型工藝處理的Al-10Sr中間合金為變質(zhì)劑變質(zhì)A356鋁合金，變質(zhì)劑的加入量為A356鋁合金質(zhì)量的0.10％-0.50％，所述經(jīng)砂型工藝處理的Al-10Sr中間合金是在熔煉Al-10Sr中間合金的步驟中，在徹底扒渣并將合金液用耐高溫纖維過濾網(wǎng)將粗大的顆粒過濾去除以后，將合金液快速澆入砂型中得到的；所述熔煉Al-10Sr中間合金的步驟具體為：首先進行預處理，將Al-10Sr中間合金錠切割成大小適中的塊狀后，進行打磨、拋光以除去表面的氧化皮，用丙酮在超聲波震蕩器中進行清洗、烘干、稱量，熔煉輔助工具用ZnO涂料進行涂刷，涂層厚度1.0mm-1.5mm，在溫度為200℃-300℃箱式電阻爐內(nèi)烘干備用；其次進行熔煉Al-10Sr中間合金，將Al-10Sr中間合金置于內(nèi)部清理干凈并預熱至450℃-550℃的石墨坩堝中，并置于SG2-7.5-12型電阻爐內(nèi)升溫熔化，熔體下凹變軟后，在其表面撒入鋁合金專用覆蓋劑，完全熔化后，升溫至690℃-740℃時，用石墨棒強力均勻攪拌熔體1min，保溫4min-6min使各元素均勻化，通入CCl6除氣，用石墨鐘罩壓入Al-10Sr中間合金熔體質(zhì)量的0.20％的脫水ZnCl2至石墨坩堝底部，水平移動，進行精煉，直至完全反應，靜置4min-6min，降溫至680℃-700℃時，進行徹底扒渣，并將合金液用耐高溫纖維過濾網(wǎng)將粗大的顆粒過濾去除，將合金液快速澆入以銅金屬板為底板的砂型中，冷卻后取出中間合金，石墨坩堝內(nèi)底部的任何雜質(zhì)都不得倒入Al-10Sr中間合金上表面，以免污染中間合金，此工藝稱為Al-10Sr中間合金變質(zhì)劑砂型工藝處理；所述以...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王正軍，司乃潮，劉光磊，王宏健，丁冉，萬浩，王俊，
申請(專利權(quán))人：江蘇大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32