过共晶铝铁合金的组织细化与制备方法

摘要

过共晶铝铁合金的组织细化与制备方法，该方法的技术关键是在普通熔铸条件下，过共晶Al－Fe基合金液炉前处理时，通过加入微量的复合稀土变质剂进行变质处理，使合金初生富铁相由粗大针片状变为细小颗粒状，初生富铁相的粒径可达2μm以下。本发明解决了在普通熔铸条件下，过共晶铝铁合金中初生富铁相对基体严重割裂的技术难题，使合金的力学性能提高和耐磨性增强，充分发挥该合金系的耐高温性能。具有工艺简单、生产周期短、设备费用和零件成本低、适应性强等特点。采用本方法制备的过共晶铝铁基合金可应用在汽车、机器制造、航空和电子等技术领域。其市场应用前景广阔，对于现有的铸造车间只要稍加技术改造即可。

说明书

技术领域：本发明涉及一种过共晶铝铁合金的组织细化与制备方法，确切地说是在普通熔铸条件下过共晶铝铁合金的组织细化与制备方法，属于材料科学技术领域。采用本方法制备的过共晶铝铁基合金主要应用在汽车、机器制造、航空和电子等领域。

背景技术：过共晶Al-Fe合金具有很好的耐热、耐磨和抗腐蚀性能，同时该合金仍具有密度小的特点，因而开发出高性能Al-Fe合金具有诱人的前景。但在普通熔铸条件下，过共晶Al-Fe合金中Al₃Fe相呈粗大针片状，严重割裂基体，导致合金力学性能很差，在很大程度上限制了该类合金的发展。据日本《金属学报》报道，住友电业公司采用急冷凝固粉末冶金法研制的351合金(Al-8Fe-2Zr-2Mo)和352合金(Al-8Fe-2Cr-2Mo)有很好的高温性能，在300℃时的抗拉强度大于300MPa，超过2219合金的一倍多。在这些合金中，有棒状的Al₃(Fe，Cr，Mo，Zr)和球状的Al₆(Fe，Cr，Mo，Zr)析出物，它们细小、均匀地分布在合金基体中，热稳定性很高，因而这些合金的耐磨性和高温性能好；取得专利的Sumi ALTOUGH521(Al-5Zn-5Fe)中，富铁相质点非常细小，在1μm以下，且分布均匀，该合金不但有高的抗拉强度，同时抗疲劳强度也很高。

但是，与普通熔铸工艺相比，采用快速凝固制粉和粉末冶金的方法工艺复杂，生产周期长，设备费用和零件成本高，同时零件的重量和结构也受到很大限制。

发明内容：本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种工艺简单的过共晶铝铁基合金的组织细化与制备方法。该方法的技术关键是在普通熔铸条件下过共晶Al-Fe基合金液炉前处理时，通过加入微量的复合稀土变质剂进行变质处理，使合金初生富铁相由粗大针片状变为细小颗粒状，初生富铁相的粒径可达2μm以下。

具体工艺步骤如下：

1、制备中间合金，以工业纯铝和工业纯铁为原料，中频感应电炉熔炼，熔炼温度1300℃-1350℃，用占炉料总量0.2％-0.4％的C₂CL₆精炼合金液5～8min，保温4～6min，扒渣、浇注。

2、分别用工业纯铝、工业纯锌及步骤1制得的Al-20％Fe中间合金配制Al-(5％-8％)Fe和Al-5％Fe-5％Zn合金。

3、采用高温电阻坩埚炉熔炼步骤2配制的合金，熔炼温度1000℃-1150℃，熔剂保护熔炼，合金熔化后用占炉料总量0.2％-0.4％的C₂CL₆精炼合金液5～8min，保温4～6min。

4、炉前加入0.01-1.5％的复合稀土变质剂，搅拌均匀，保温5-15min后，扒渣、浇注。

5、可采用金属型铸造和挤压铸造等铸造方法成型。

本发明解决了在普通熔铸条件下，过共晶铝铁合金中初生富铁相对基体严重割裂的技术难题，使合金的力学性能提高和耐磨性增强，充分发挥该合金系的耐高温性能，具有工艺简单、生产周期短、设备费用和零件成本低、适应性强等特点。采用本方法制备的过共晶铝铁基合金可应用在汽车、机器制造、航空和电子等技术领域。主要用于制造压缩机叶片、转子、壳盖，汽缸衬套、活塞，各种航空航天器零部件，录象机鼓、各种齿轮与轴，滑轮，集成电路基板、散热装置等。其市场应用前景广阔，对于现有的铸造车间只要稍加技术改造即可。

附图说明：

图1是本发明的生产工艺流程图。

图2是用复合稀土变质剂进行变质处理后Al-(5％-8％)Fe合金的显微组织图。

图3是用复合稀土变质剂进行变质处理后Al-5％Fe-5％Zn合金的显微组织图。

具体实施方式：

实施例

参照附图1-3，过共晶铝铁合金的组织细化与制备方法，该方法的技术关键是在普通熔铸条件下，过共晶Al-Fe基合金液炉前处理时，通过加入微量的复合稀土变质剂进行变质处理，使合金初生富铁相由粗大针片状变为细小颗粒状，初生富铁相的粒径可达2μm以下。

其制备方法是通过下述工艺步骤实现的：

具体工艺步骤如下：

1、制备中间合金，以工业纯铝和工业纯铁为原料，中频感应电炉熔炼，熔炼温度1300℃-1350℃，用占炉料总量0.2％-0.4％的C₂CL₆精炼合金液5～8min，保温4～6min，扒渣、浇注。

2、分别用工业纯铝、工业纯锌及步骤1制得的Al-20％Fe中间合金配制Al-(5％-8％)Fe和Al-5％Fe-5％Zn合金。

3、采用高温电阻坩埚炉熔炼步骤2配制的合金，熔炼温度1000℃-1150℃，熔剂保护熔炼，合金熔化后用占炉料总量0.2％-0.4％的C₂CL₆精炼合金液5～8min，保温4～6min。

4、炉前加入0.01-1.5％的复合稀土变质剂，搅拌均匀，保温5-15min后，扒渣、浇注。

5、可采用金属型铸造和挤压铸造等铸造方法成型。

所述熔剂的配方为：40％KCl+40％NaCl+20％CaF₂。

所述复合稀土变质剂的配方：Y(钇)0-100％，余量为混合稀土。