[發明專利]一種亞共晶Al-Mg2Si合金的變質及細化方法

有效

• 申請號: 201810037556.6
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108300884B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 武曉峰;伍復發;趙榮達;張廣安
• 申請（專利權）人: 遼寧工業大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/08;C22C1/06
• 代理公司: 錦州恒大專利事務所 21222
• 代理人: 陳明

一種亞共晶Al?Mg₂Si合金的變質及細化方法，以Bi和Zr對Mg₂Si含量為4~12.5wt.%的亞共晶Al?Mg2Si合金進行變質及細化處理，處理后，使熔體中的Bi含量為0.1~0.6%，Zr含量為0.05~0.2%。經Bi變質處理后合金中的共晶Mg2Si由粗大的漢字狀轉變為細小的纖維狀，Zr細化處理后合金中的初生α?Al由柱狀晶轉變為等軸晶，力學性能得到大幅提高，細化、變質后合金的抗拉強度及伸長率分別提高34%和239%。對不同含量Mg2Si的亞共晶Al?Mg2Si合金進行變質、細化處理后組織均得到顯著細化。同時，Bi的變質和Zr的細化效果不受冷卻速度的影響，既適用于金屬型，也適用于砂型。并且Bi變質劑和Zr細化劑還具有優良的長效性、處理工藝簡單及無污染等優點。

技術領域

本發明屬于鋁合金鑄造與熔煉技術領域，特別涉及一種亞共晶Al-Mg₂Si合金的變質及細化方法。

背景技術

在傳統的Al-Si-Mg合金中，Mg₂Si作為第二相是通過固溶-時效熱處理彌散析出而強化Al基體的。近年來，從鋁液中直接析出Mg₂Si相而形成的Al-Mg₂Si合金，這在過共晶成分也被稱為原位自生Mg₂Si/Al的復合材料，受到國內外學者的廣泛關注。這種材料與傳統的Al-Si-Mg合金相比，含Mg量及Mg₂Si相體積分數更高，具有更高的比剛度、比強度及耐磨性等優良性能，作為航天航空及汽車等領域的新型輕量化材料具有更廣泛的應用前景。然而，鑄態下析出的Mg₂Si相較粗大，初生Mg₂Si呈粗大的、帶孔的枝晶狀，而共晶Mg₂Si則呈粗大的漢字狀、網狀、棒狀及片狀，嚴重地割裂Al基體，導致應力集中，形成裂紋源，惡化合金的力學性能。另外，對于亞共晶成分的Al-Mg₂Si合金，其組織由初生α-Al和Mg₂Si+α-Al共晶相組成，其中初生α-Al在鑄態下的形貌為粗大的樹枝晶狀，宏觀上為柱狀晶，導致合金力學性能和補縮性、抗裂性等鑄造性能的下降。

近年來，人們采用各種工藝方法如機械合金化、熱擠壓、軋制、熱處理、快速凝固及變質處理等控制Mg₂Si相的尺寸與形貌。在這些方法中，變質處理具有操作簡單、成本低、變質效果顯著等優點，通過向合金熔體中加入P、La、Nd、Y、Sr、Na、Ni、Zr及B等變質劑元素，增加Mg₂Si相的形核率或改變晶體的生長方式，進而能夠有效地細化Mg₂Si相，提高合金的力學性能。

至今為止，人們對過共晶Al-Mg₂Si合金即原位自生Mg₂Si/Al復合材料的變質處理等工藝方法進行了大量研究，而對亞共晶Al-Mg₂Si合金的研究鮮有報道。與過共晶Al-Mg₂Si合金相比，亞共晶Al-Mg₂Si合金的塑性和韌性更好，具有更優良的綜合力學性能，預計會有更廣泛的應用場合。前提是粗大的漢字狀、網狀及片狀的共晶Mg₂Si相得到有效的細化。同時細化初生α-Al枝晶，使合金力學性能及鑄造性能得到進一步改善。