[發明專利]鋁鑄造合金

無效

• 申請號: 200580045785.3
• 申請日: 2005-12-02
• 公開（公告）號: CN101094930A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 阿爾內·克里斯蒂安·達勒;陸利明;野北和宏;斯圖爾特·大衛·麥克唐納
• 申請（專利權）人: 鑄造中心有限公司
• 主分類號: C22C21/04
• 分類號: C22C21/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 蔡勝有;劉繼富

技術領域

本發明涉及一種鋁鑄造合金，更具體而言涉及一種用在成形鑄造(shape?casting)中的亞共晶硅鋁合金。

技術背景

含有少于約12％硅的硅鋁合金被稱為亞共晶合金。除了減少了缺陷例如由于收縮和氣體引起的熱拉裂和孔隙的形成以及最小化夾雜物的存在外，兩種能夠提高鋁鑄造合金的強度、延性和性能的非常重要的途徑是鋁初生相的晶粒細化作用和共晶Al+Si結構的改變。當冷卻熔融亞共晶合金時，鋁晶體首先經過成核和生長而形成，隨后第二重要的事件是Al+Si共晶混合物的形成。應當理解，(Al+Si)共晶是一種不規則耦合(coupled)的共晶，并且其以共晶團形式生長，同時硅從單個成核點輻射生長，并且硅片(plates)的尖端(tip)先于鋁生長，進入冷卻中的液體。已經證明(Al+Si)共晶可以在熔體中存在的鋁枝狀晶體或基底(substrate)顆粒上成核，例如AIP、AlSiNa、Al₂Si₂Sr和其它未確定的顆粒。

初生鋁的晶粒細化簡言之就是在澆注之前將具有強的成分過冷效應的溶質和晶核添加到熔體中的過程，使得在凝結過程(即凝固)中鑄造(casting)將會快速生成具有小的等軸鋁晶體的細化顯微組織。通常通過向熔體中添加含鈦和/或硼的母合金來實現鋁初晶的晶粒細化。

另一方面共晶變性是改變鑄造組織的形態，尤其是臨近凝固結束時凝結為鋁和硅的共晶混合物的鑄造組織部分的形態。未變性的亞共晶硅合金是相對非延性或脆性的，并且由初生鋁枝狀晶體組成，同時共晶包含鋁基體中粗大針狀或片狀硅相。可以通過向熔體中添加少量例如鈉、鍶或銻的元素改變在共晶混合物中這些富硅晶體的形態，以改變共晶組織和產生具有精細、纖維狀結構的富硅晶體。然而，已經發現，添加變性劑消弱了熔體中共晶團的有效核(potent?nuclei)導致了在共晶成核中過冷明顯增加和降低共晶生長溫度的抑止。這進而增加共晶晶粒尺寸和降低在形成變性的鋁硅合金中成核頻率(nucleation?frequency)。而且，據報道，鋁硅合金的變性導致孔隙的再分布并且增加了鑄件孔隙度。

本發明的目的是提供具有改進的顯微組織的亞共晶鋁硅合金，具有良好的鑄造性能和改進的多孔特性。

發明內容

因此，一方面，本發明提供了亞共晶鋁硅合金，其中共晶通過由選自以下元素組成的母合金而變性：鍶、鈉、銻、鋇、鈣、釔、鋰、鉀、鐿和稀土元素如銪、混合稀土合金(mischmetal)如鑭、鈰、鐠和釹，然后通過添加含有用于共晶團的成核顆粒的母合金進一步細化。優選成核顆粒選自TiSi_x、MnC_x、AlP、AlB_x和CrB_x，其作為顆粒加入或在熔體中原位形成。這些成核顆粒促進了小共晶晶粒尺寸，而沒有改變細纖維硅晶體組織。

在本發明的優選實施方案中，成核顆粒具有小于100μm的顆粒尺寸，優選小于10μm。優選通過將含有成核顆粒的母合金添加到熔體中，或通過優選的反應在熔體中原位形成成核顆粒，例如通過熔體和母合金之間的反應。

在本發明的一方面，提供了一種形成亞共晶鋁硅合金的方法，包括以下步驟：

形成鋁熔體，該熔體包括大于0和小于約12wt％的硅、20-3000ppm、優選150-3000ppm的共晶變性元素，該元素選自鍶、鈉、銻、鋇、鈣、釔、鋰、鉀、鐿、銪、和混合稀土合金如鑭、鈰、鐠和釹，當共晶變性元素為鈉時更優選20-300ppm，當共晶變性元素為鍶時更優選50-300ppm，當共晶變性元素為銻時更優選1000-3000ppm；以及

添加成核顆粒和/或促使成核顆粒在熔體中形成，成核顆粒選自TiSi_x、MnC_x、AlP、AlB_x和CrB_x，其中x是整數1或2。

本申請人已經發現，通過向利用上述元素變性處理的亞共晶鋁硅合金中添加或在其中原位形成這些成核顆粒，產生具有降低孔隙度的變性鋁硅合金。而且，產生具有纖維共晶組織的精細富硅晶體。

在CrB_x的情況下，向熔體中添加這些顆粒的比例優選大于2wt％。