[發明專利]一種用于過共晶高鐵鋁硅合金中富鐵相變質的變質劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201810692730.0
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108754195B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 張靜;程朝霞;顏寒;陳洪美;劉寧;龐周怡;王媛媛;王逸飛
• 申請（專利權）人: 張家港江蘇科技大學產業技術研究院
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C1/06;C22C21/04;C22C21/00;F02F3/00
• 代理公司: 北京東方芊悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11591
• 代理人: 彭秀麗

本發明提供了一種用于過共晶高鐵鋁硅合金中富鐵相變質的變質劑，屬于合金中富鐵相變質技術領域，所述變質劑由二元準晶Al₇₈Mn₂₂和三元準晶準晶Al₇₂Mn₁₀Ti₁₈組成，一方面，二元Al₇₈Mn₂₂準晶相比較普通Al?Mn合金，亞穩態的二元準晶相更容易溶解到熔體中，有利于Mn原子在過共晶高鐵鋁硅合金中的擴散，從而有利于促進針片狀β?Fe相轉變成不利影響較小的α?Fe相，消除不利β?Fe相的影響，提高過共晶高鐵鋁硅合金的抗拉強度和延伸率，另一方面，高熔點的三元準晶相Al₇₂Mn₁₀Ti₁₈可以細化過共晶高鐵鋁硅中初晶Si相尺寸。

技術領域

本發明屬于合金中富鐵相變質技術領域，具體涉及一種用于過共晶高鐵鋁硅合金中富鐵相變質的變質劑及其制備方法。

背景技術

Al-Si合金具有密度低、熱膨脹系數低、耐磨性好、澆注性能高、可加工性強等優點，因而被大量使用在機器制造等領域，尤其在汽車發動機活塞領域應用最為廣泛。但由于共晶成分Al-Si合金制成的機器已經難以滿足現在機器不斷發展的高要求(高強度、輕質等性能)。因此強度較高、減重效果較好的含Si量在16～26wt％的過共晶Al-Si合金越來越受到人們的重視。但在未經處理的過共晶Al-Si合金中常常含有針狀β相元素Fe，眾所周知，β-Fe相會對基體產生分裂效應，易出現應力集中，這會惡化合金的力學性能特別是延伸率。

目前消除富Fe相不利影響主要通過除鐵和改善富Fe相的形貌來實現。其中改善富Fe相的形貌具有工藝簡單、容易操作、成本較低的優點，因而應用背景廣泛。目前，常用的改善富Fe相形貌的方法主要有添加中和或者變質元素法、熔體過熱法和提高冷速法這三種方法。其中，通過添加中和或者變質元素法成本最低，且最易實現工業化放大生產，因此成為目前人們研發的熱點。中和元素或者變質元素主要包括Mn、Sr、稀土元素、Co和Cr等，其中加入中和元素Mn最為簡單有效，其能夠促進針片狀β-Fe相轉變成不利影響較小的塊狀、骨骼狀α-Fe相，而合金組織中的α-Fe相以細小的漢字狀或骨骼狀形式彌散分布，這種晶相能明顯減輕Fe相的有害作用。但是常規的含Mn中間合金的加入通常要超過Fe含量的1倍，同時會產生較為粗大的初生富鐵相，影響合金性能。

為此，中國專利文獻CN107400806A公開了一種用于再生鋁富鐵相變質的中間合金及其制備方法，此中間合金的成分為AlMn₁₀Wx(x＝1-5)，其制備方法是將WO₃、由CaFZ、NaCl、KCl、Na₃AlF₆組成的熔劑和鋁錳中間合金混合形成混合粉末，并在真空或惰性氣體保護下將上述混合粉末進行球磨后預熱，而后將預熱后的混合粉末用鋁箔包住壓入到熔化的鋁錳中間合金，采用聲磁藕合處理5-20min，處理后靜置5-15min扒渣出爐澆鑄，利用本方案制備鋁錳鎢中間合金收得率高。但是其制備過程需要嚴格控制球磨氣氛，操作條件苛刻，這不利于工業化放大生產，較難推廣。

再如，中國專利文獻CN104278166A公開了一種降低鋁硅合金中鐵相有害影響的方法，該方法具體為將一部分含鐵的過共晶Al-Si合金加熱至過熱狀態，保溫10min-30min后加入至經預熱剩余含鐵的過共晶Al-Si合金中，攪拌激冷、精煉、靜置后澆注。鋁硅合金經上述方法處理后可將部分β-Fe相轉變成不利影響較小的塊狀、骨骼狀α-Fe相，因而處理后得到的鋁硅合金的拉伸強度和延伸率均有一定程度的提高。但是上述方法無法達到徹底消除針狀β-Fe相的目的，性能改善較為有限。

因此，如何對現有的鋁硅合金中富鐵相變質方法進行改進以克服上述不足，這對于本領域技術人員而言是一個亟待解決的技術難題。

發明內容