一种高强韧压铸A356铝合金的熔炼工艺

摘要

本发明属于铝合金的熔炼技术领域，具体涉及一种高强韧压铸A356铝合金的熔炼工艺，包括将原料熔融、除渣、精炼的步骤，以Al‑Ti‑B、Al‑Ti‑C和Al‑Sr、Al‑Zr中掺入混合稀土、Al‑Zn中间合金、Al‑Ag中间合金作为复合细化变质剂对熔融的铝液进行处理；其中，所述混合稀土的添加量为铝合金熔液总量的0.01wt％～0.03wt％，Al‑Zn中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.012wt％～0.02wt％，Al‑Ag中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.04wt％～0.09wt％；本发明通过加入复合细化变质剂对熔融的铝液进行处理，在维持较长时间变质效果的同时，避免了传统的Al‑Sr变质出现的吸气反应，并且，采用本发明提供的复合细化剂，更高效的在熔体中形成异形核心，提高了铝合金的固化效率和固化质量，得到的A356铝合金具有高强韧的技术特点。

说明书

技术领域

本发明属于铝合金的熔炼技术领域，具体涉及一种高强韧压铸A356铝合金的熔炼工艺。

背景技术

A356铝合金是一种铝基高硅合金，简单的来说，A356铝合金是Al-Si二元合金中添加了镁，形成强化相Mg2Si，通过热处理来显著提高合金的时效强化能力，改善合金的力学性能。目前的汽车轮毂铝往往是用美国标准的A356.2的要求来规定其对合金铸锭的要求的。

对于汽车而言，节省油耗最有效的办法就是减轻汽车自重，使用轻量化材料便是最主要的途径，由于铝合金材料具有重量轻、强度高、成型性好、价格适中，回收率高的等优点，因此成为减轻汽车自重的首选材料，A356系列铝合金也正是在这一背景下研制出来的。而现有的铸造铝合金的冲击韧性较低，一般都不能承受大的冲击载荷，在汽车发生碰撞或是激烈驾驶时，铝合金材料无法承受较大冲击载荷而出现严重形变会给乘客的生命财产安全带来严重的威胁；另外，考虑到成本的因素，铝合金材料在铸造的过程中必须掺入一定量的回炉料，该回炉料中掺杂有细化剂、变质剂和铝屑，对于成品的机械性能带来较为严重的影响，因此，采用合适的熔炼工艺对于获得高强韧压铸铝合金具有重要的影响。

在铝合金的熔炼铸造过程中，细化晶粒是必不可少的工序，采用的晶粒细化剂离不开Al-Ti系中间合金，Al-Ti-B中间合金是铝合金的高效晶粒细化剂，至今仍然是细化效果最好，使用较为普及的晶粒细化剂，但是该类细化剂存在一些问题，如TiB2易于集聚，极易与氧化膜或熔体中的盐类溶剂结合造成夹杂，造成铝制品出现针孔的缺陷，Al-Ti-C虽然是当前人们最热衷开发的铝合金晶粒细化剂，但是其生产和制造较为困难，特别是C很难溶入基体，其制造成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高强韧压铸A356铝合金的熔炼工艺，减少成品的铸造缺陷，提高铝合金成品的综合性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高强韧压铸A356铝合金的熔炼工艺，包括将原料熔融、除渣、精炼的步骤，以Al-Ti-B、Al-Ti-C和Al-Sr、Al-Zr中掺入混合稀土、Al-Zn中间合金、Al-Ag中间合金作为复合细化变质剂对熔融的铝液进行处理；其中，所述混合稀土的添加量为铝合金熔液总量的0.01wt％～0.03wt％，Al-Zn中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.012wt％～0.02wt％，Al-Ag中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.04wt％～0.09wt％；

本发明中，通过加入混合细化剂和混合变质剂的工艺来改善产品的综合性能，尤其是针对添加了大量回炉料的铝合金熔炼工艺。

本发明中所述的铝合金熔炼工艺的具体操作流程包括：

S1：装料

先装小块料、薄板废料及回炉料，接着将铝锭和大块料装入，最后将中间合金放入；小块料和薄板废料装在熔池下层，这样可以减少烧损，同时还可以保证炉体免受大块料的直接冲击而损坏；中间合金的熔点较高，装在炉体的上层，利用炉内上部温度高轻易熔化，此外，位于炉体上部也可以有充足的时间扩散，使得中间合金分布均匀，利于熔体的成分控制。

S2：升温熔化

炉料装完后即可进行升温，熔化的过程是从固态转变为液态的过程，这一过程的好坏，对产品质量有决定性的影响。

由于炉料熔化的过程为金属外层表面覆盖的氧化膜最先破裂，因此金属将逐渐失去保护作用，气体在这个时候很容易侵入，造成内部金属的进一步氧化，并且已经熔化的金属液体向炉底流动的过程中，氧化膜会混入熔体中，为了防止金属进一步氧化和减少氧化膜进入熔体内部，在炉料发生软化下陷的时候，向金属表面撒上一层粉状溶剂作为覆盖剂进行掩盖，减少金属熔化过程中的金属吸气。

为了防止金属在熔化的过程中发生熔体过热，在炉膛温度达到1200℃时，应当适当搅动熔体，确保熔池中各处温度均匀一致，同时利于加速熔化。

S3：扒渣与搅拌

当炉料在熔池中充分熔化，并且熔体温度已经达到熔炼温度时，即可扒除熔体表面漂浮的大量氧化渣；为了使氧化渣与金属分离，并尽量少的带出金属，先向熔体上均匀的撒入粉状溶剂，使渣与金属分离。扒渣要求平稳，防止渣卷入熔体内，扒渣要彻底，因浮渣的存在会增加熔体的含气量，并弄脏金属。

扒渣之后，应当对熔体进行搅拌，其目的在于使合金成分均匀分布和熔体内温度趋于一致，倘若搅拌的不彻底，即没有保证足够长的时间和消灭死角，则很容易导致熔体化学成分的不均匀；搅拌时，应当平稳进行，不应该激起太大的波浪，以防止氧化膜卷入熔体中。

S4：成分调整

熔体经过充分搅拌后，需要进行取样确认成分组成，并进行适当的补料或冲淡。

S5：细化、变质处理

在确认熔体成分已达到要求后，向熔液中加入本发明提供的复合细化变质剂，以改进铝合金成品的综合性能。

S6：将金属熔体输注到静置炉中，接着转入模具中铸造成型。

A356合金中有7％左右的硅相，硅主要以共晶硅的形态存在于基体中，没有处理的合金中，硅相以片条状的形态分布在铝基体中，片条状的脆性硅相会破坏铝基体的连续性，严重的影响合金的力学性能，为此，通过加入Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金，现有技术中，Al-Sr虽然具有较长的变质效果维持时间，但是Sr的加入会加大铝熔液的吸气性，导致铝熔液中掺杂了较多的氧化渣，而通过Al-Zr的加入，有效的避免了铝熔液的吸气性，同时有效的维持了较长的变质时间，变质效果可以达到4～5小时，满足了铝合金的熔炼处理。

现有技术的生产实践已证明，组织的细化可以有效的改善合金的性能，合金的晶粒细化处理，是向合金熔体中加入少量的能形成异质形核的物质，在熔体内产生大量的结晶核心，常用的晶粒细化的方法是向A356合金熔体中加入少量的Ti和B，利用钛和铝形成的Al3Ti作为铝合金固熔体的结晶核心，起到异质核心作用，细化铝合金组织。为了进一步的提高铝合金组织的细化效果，以混合稀土、Al-Zn中间合金、Al-Ag中间合金作为复合细化剂，产生大量的异质形核，提高铝合金的固化效率及固化质量。

根据本发明，本发明中所述的Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Sr、Al-Zr的添加量可以在较宽的范围内选择，为了进一步减少成品的铸造缺陷，提高铝合金成品的综合性能，所述的Al-Ti-B的添加量为铝合金熔液总量的0.1wt％～0.3wt％，Al-Ti-C的添加量为铝合金熔液总量的0.1wt％～0.3wt％，Al-Sr的添加量为铝合金熔液总量的0.012wt％～0.02wt％，Al-Zr的添加量为铝合金熔液总量的0.01wt％～0.015wt％。

根据本发明，本发明中所述的混合稀土包括45～55％铈、20～28％镧、3～8％镨、15～25％钕、0.01～0.05％钇，且非稀土杂质含量≤1％，所述的百分含量是质量百分数。

进一步的，本发明中所述的混合稀土包括52～55％铈、21～24％镧、4～6％镨、16～20％钕、0.01～0.05％钇，且非稀土杂质含量≤1％，所述的百分含量是质量百分数。

本发明中，考虑到实际生产中成本因素的考量，在原料中加入回炉料，并且，所述的原料中，回炉料的添加量不超过原料总重量的47％。过多的原料会直接影响铝合金成品的性能。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明中，通过加入复合细化变质剂对熔融的铝液进行处理，在维持较长时间变质效果的同时，避免了传统的Al-Sr变质出现的吸气反应，并且，采用本发明提供的复合细化剂，更高效的在熔体中形成异形核心，提高了铝合金的固化效率和固化质量，得到的A356铝合金具有高强韧的技术特点。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

本发明中提供的高强韧压铸A356铝合金的熔炼工艺具体包括以下工艺：

S1：装料

先装小块料、薄板废料及回炉料，接着将铝锭和大块料装入，最后将中间合金放入；

S2：升温熔化

炉料装完后即可进行升温，熔化的过程是从固态转变为液态的过程，这一过程的好坏，对产品质量有决定性的影响。

在炉料发生软化下陷的时候，向金属表面撒上一层粉状溶剂作为覆盖剂进行掩盖，减少金属熔化过程中的金属吸气。

为了防止金属在熔化的过程中发生熔体过热，在炉膛温度达到1200℃时，应当适当搅动熔体，确保熔池中各处温度均匀一致，同时利于加速熔化。

S3：扒渣与搅拌

当炉料在熔池中充分熔化，并且熔体温度已经达到熔炼温度时，即可扒除熔体表面漂浮的大量氧化渣；为了使氧化渣与金属分离，并尽量少的带出金属，先向熔体上均匀的撒入粉状溶剂，使渣与金属分离。扒渣要求平稳，防止渣卷入熔体内，扒渣要彻底，因浮渣的存在会增加熔体的含气量，并弄脏金属。

扒渣之后，应当对熔体进行搅拌，其目的在于使合金成分均匀分布和熔体内温度趋于一致，倘若搅拌的不彻底，即没有保证足够长的时间和消灭死角，则很容易导致熔体化学成分的不均匀；搅拌时，应当平稳进行，不应该激起太大的波浪，以防止氧化膜卷入熔体中。

S4：成分调整

熔体经过充分搅拌后，需要进行取样确认成分组成，并进行适当的补料或冲淡。

S5：细化、变质处理

在确认熔体成分已达到要求后，向熔液中加入本发明提供的复合细化变质剂，以改进铝合金成品的综合性能。

S6：将金属熔体输注到静置炉中，接着转入模具中铸造成型。

上述工艺中未提及的工艺参数均以现有技术中常用的铝合金的铸造工艺为准。

以下的实施例1-5、对比例1-3为添加了不同组分含量复合细化变质剂时对于铝合金成品的综合性能的影响。

按以下测试方法对得到的铝合金成品进行测试：

1、硬度测试：

采用HB-3000C电子布氏硬度计对实施例中得到的样品进行布氏硬度的测试。

2、拉伸性能测试

采用型号为WDW-100的微机控制电子万能试验机，具体的测试过程包括，先用游标卡尺精确测量试样的长度、宽度和厚度，然后将试样夹装在试验机上，开启微机控制电子万能试验机和配套的电脑，控制拉伸速度为2mm/min，按下“运行”的按钮，待试样被拉断后，按下“停止”按钮，把试样的尺寸数据输入电脑后自动计算数据，得到抗拉强度、屈服强度和延伸率。

实施例1

本实施例中，Al-Ti-B的添加量为铝合金熔液总量的0.2wt％，Al-Ti-C的添加量为铝合金熔液总量的0.2wt％，Al-Sr的添加量为铝合金熔液总量的0.016wt％，Al-Zr的添加量为铝合金熔液总量的0.012wt％；

混合稀土包括54％铈、22％镧、5％镨、18％钕、0.03％钇，且非稀土杂质含量≤1％，所述的百分含量是质量百分数；混合稀土的添加量为铝合金熔液总量的0.02wt％；

Al-Zn中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.016wt％，Al-Ag中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.06wt％；

回炉料的添加量为原料总量的45％。

实施例2

本实施例中，Al-Ti-B的添加量为铝合金熔液总量的0.2wt％，Al-Ti-C的添加量为铝合金熔液总量的0.2wt％，Al-Sr的添加量为铝合金熔液总量的0.016wt％，Al-Zr的添加量为铝合金熔液总量的0.012wt％；

混合稀土包括52％铈、26％镧、5％镨、16％钕、0.01％钇，且非稀土杂质含量≤1％，所述的百分含量是质量百分数；混合稀土的添加量为铝合金熔液总量的0.02wt％；

Al-Zn中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.016wt％，Al-Ag中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.06wt％；

回炉料的添加量为原料总量的45％。

实施例3

本实施例中，Al-Ti-B的添加量为铝合金熔液总量的0.2wt％，Al-Ti-C的添加量为铝合金熔液总量的0.2wt％，Al-Sr的添加量为铝合金熔液总量的0.016wt％，Al-Zr的添加量为铝合金熔液总量的0.012wt％；

混合稀土包括55％铈、24％镧、4％镨、16％钕、0.05％钇，且非稀土杂质含量≤1％，所述的百分含量是质量百分数；混合稀土的添加量为铝合金熔液总量的0.02wt％；

Al-Zn中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.016wt％，Al-Ag中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.06wt％；

回炉料的添加量为原料总量的45％。

实施例4

本实施例中，Al-Ti-B的添加量为铝合金熔液总量的0.1wt％，Al-Ti-C的添加量为铝合金熔液总量的0.1wt％，Al-Sr的添加量为铝合金熔液总量的0.012wt％，Al-Zr的添加量为铝合金熔液总量的0.01wt％；

混合稀土包括49％铈、28％镧、3％镨、19％钕、0.01％钇，且非稀土杂质含量≤1％，所述的百分含量是质量百分数；混合稀土的添加量为铝合金熔液总量的0.01wt％；

Al-Zn中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.012wt％，Al-Ag中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.04wt％；

回炉料的添加量为原料总量的45％。

实施例5

本实施例中，Al-Ti-B的添加量为铝合金熔液总量的0.3wt％，Al-Ti-C的添加量为铝合金熔液总量的0.3wt％，Al-Sr的添加量为铝合金熔液总量的0.02wt％，Al-Zr的添加量为铝合金熔液总量的0.015wt％；

混合稀土包括55％铈、24％镧、5％镨、15％钕、0.05％钇，且非稀土杂质含量≤1％，所述的百分含量是质量百分数；混合稀土的添加量为铝合金熔液总量的0.03wt％；

Al-Zn中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.02wt％，Al-Ag中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.09wt％；

回炉料的添加量为原料总量的45％。

对比例1

本实施例与实施例1中相关原料的添加量一致，不同的是，回炉料的添加量为原料总量的50％，其余不变。

对比例2

本实施例中，不采用如本申请提供的复合细化变质剂，具体的，Al-Ti-B的添加量为铝合金熔液总量的0.2wt％，Al-Sr的添加量为铝合金熔液总量的0.016wt％；

混合稀土包括54％铈、22％镧、5％镨、18％钕、0.03％钇，且非稀土杂质含量≤1％，所述的百分含量是质量百分数；混合稀土的添加量为铝合金熔液总量的0.02wt％；

回炉料的添加量为原料总量的45％。

对比例3

本实施例中，不添加混合稀土，其余不变，具体的：本实施例中，Al-Ti-B的添加量为铝合金熔液总量的0.2wt％，Al-Ti-C的添加量为铝合金熔液总量的0.2wt％，Al-Sr的添加量为铝合金熔液总量的0.016wt％，Al-Zr的添加量为铝合金熔液总量的0.012wt％；

Al-Zn中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.016wt％，Al-Ag中间合金的添加量为铝合金熔液总量的0.06wt％；

回炉料的添加量为原料总量的45％。

上述实施例1-5、对比例1-3得到的铝合金成品的性能测试见表1。

表1：

布氏硬度(HB)抗拉强度(Mpa)屈服强度延伸率(％)实施例183.4335.84310.488.4实施例282.1333.54308.678.2实施例381.6331.98306.487.9实施例480.9328.49303.157.8实施例580.6321.18301.587.6对比例173.9278.48269.4812.2对比例272.9275.64267.6411.2对比例375.7272.48265.1510.9

结合上述试验数据，采用本发明提供的复合细化变质剂，即便是在较高回炉料添加量时，得到铝合金制品也具有较好的综合性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。