一种再生高硅铝合金锭制造工艺

摘要

本发明公开了一种再生高硅铝合金锭制造工艺，利用磷盐复合变质剂对初晶硅变质效果较好，并在磷细化初晶硅的基础上，用镧、钇等稀土进一步促进细化初晶硅，充分利用稀土元素和磷盐复合变质剂与铝合金熔体相互作用的特性，发挥其对铝合金熔体的精炼净化和变质功能，实现初晶硅和共晶硅的双重变质，以及对铝合金熔体的净化、精炼及变质的一体化处理，提高铸锭晶粒细化效果。应用本发明生产工艺生产的再生高硅合金锭，不仅原料的烧损量减少、生产能耗降低、生产效率提高，而且产品质量稳定，在处理的过程中同时减少了有害的废气和其它副产品的产生，因此该发明专利具有巨大的应用价值。

权利要求

1.一种再生高硅铝合金锭制造工艺，所述再生高硅铝合金锭中各成分的重量百分含量为：Si：16-18％，Cu：4.0-5.0％，Mg：0.45-0.65％，Mn≤0.5％，Fe≤1.3％，Ni≤0.3％，Zn≤

1.5％，Sn≤0.3％，Al余量；其特征在于，该工艺的具体步骤为：(1)按照再生高硅铝合金锭中各成分的重量百分含量进行备料，并将备料投入高炉并升温至600-700℃；(2)将熔化的铝液转入低炉，升温至710-730℃时取样分析；(3)根据分析结果与各成分的重量百分含量计算所需硅晶；(4)继续升温至740-760℃停火，加入一半硅晶并搅拌升温；(5)待温度再次升740-760℃时停火，将剩余一半硅晶加入，搅拌及升温方法同步骤(4)；(6)升温至770-810℃时停火焖硅30-40分钟，取样分析；(7)成分合格后，精炼耙渣；(8)采用稀土复合变质剂进行变质处理，稀土复合变质剂的用量为再生高硅铝合金锭总重量的1.5-1.8％，然后静置8-

12分钟；(9)浇注成锭；(10)成品入库。

2.根据权利要求1所述的再生高硅铝合金锭制造工艺，其特征在于，上述步骤(1)中备料为经挑选的各种废铝，包括破碎熟铝、铝型材、破碎生铝、大小机械铝中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的再生高硅铝合金锭制造工艺，其特征在于，上述步骤(4)中搅拌包括为人工搅拌和永磁搅拌，人工搅拌为每20分钟进行一次，永磁搅拌为从25-35分钟后开始，采用永磁搅拌机。

4.根据权利要求1所述的再生高硅铝合金锭制造工艺，其特征在于，上述步骤(7)中精炼为通过氮气送粉精炼，精炼温度在780-800℃，精炼剂用量为1-3kg/T铝水，精炼时间

20min一次，精炼气泡高度不超过15cm。

5.根据权利要求1所述的再生高硅铝合金锭制造工艺，其特征在于，上述步骤(8)中采用氮气喷粉工艺进行变质处理。

说明书

一种再生高硅铝合金锭制造工艺

技术领域

[0001] 本发明属于铝产品加工领域，具体是一种再生高硅铝合金锭制造工艺。

背景技术

[0002] Al-Si-Cu-Mg系过共晶铝硅合金具有特别好的流动性、好的抗热裂性、高耐磨性、低的热膨胀系数、密度小、比强度高和好的高温性能等特点，其压铸件组织致密、表面硬度高、耐磨性好、尺寸稳定性好。该系合金典型代表为ADC14（日本牌号，对应于国内压铸铝合金牌号为：YL117）压铸铝合金，可用于汽车发动机机体、汽缸体、斜盘、刹车块、带轮等抗热裂、耐磨性要求高的压铸件，是目前应用最为广泛的高硅压铸铝合金之一。

[0003] ADC14作为过共晶铝硅合金，自然凝固条件下，极容易发生成份偏析的现象，硅的成份偏析尤其严重。其金相组织主要由初晶硅和共晶组织（α-Al+Si）构成，初晶硅易于形成粗大的块状，共晶硅则呈针片状，严重的割裂基体，导致材料的强度下降，脆性增加。并且该合金液相线温度较高，合金熔炼所需温度也较高，因此容易导致熔体吸气、气孔增多、杂质含量偏高。由于生产工艺复杂，生产较为困难，国内掌握该合金生产技术工艺的铝加工企业不多，大部分铝加工企业不能生产该牌号铝合金。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种再生高硅铝合金锭制造工艺，该工艺使用废铝生产新型高强度、高耐磨、性能稳定、成份易于控制的高硅压铸用铝合金锭，可以满足国内外对压铸铝合金材料的需求。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 一种再生高硅铝合金锭制造工艺，所述再生高硅铝合金锭中各成分的重量百分含量为：Si：16-18%， Cu：4.0-5.0%，Mg：0.45-0.65%，Mn≤0.5%，Fe≤1.3%，Ni≤0.3%，Zn≤1.5%，Sn≤0.3%， Al余量；该工艺的具体步骤为：（1）按照再生高硅铝合金锭中各成分的重量百分含量进行备料，并将备料投入高炉并升温至600-700℃；（2）将熔化的铝液转入低炉，升温至710-730℃时取样分析；（3）根据分析结果与各成分的重量百分含量计算所需硅晶；
（4）继续升温至740-760℃停火，加入一半硅晶并搅拌升温；（5）待温度再次升740-760℃时停火，将剩余一半硅晶加入，搅拌及升温方法同步骤（4）（；6）升温至770-810℃时停火焖硅
30-40分钟，取样分析；（7）成分合格后，精炼耙渣（；8）采用稀土复合变质剂进行变质处理，稀土复合变质剂的用量为再生高硅铝合金锭总重量的1.5-1.8%，然后静置8-12分钟；（9）浇注成锭；（10）成品入库。

[0007] 作为本发明进一步的方案：上述步骤（1）中备料为经挑选的各种废铝，包括破碎熟铝、铝型材、破碎生铝、大小机械铝中的一种或多种。

[0008] 作为本发明进一步的方案：上述步骤（4）中搅拌包括为人工搅拌和永磁搅拌，人工搅拌为每20分钟进行一次，永磁搅拌为从25-35分钟后开始，采用永磁搅拌机。

[0009] 作为本发明进一步的方案：上述步骤（7）中精炼为通过氮气送粉精炼，精炼温度在780-800℃，精炼剂用量为1-3kg/T铝水，精炼时间20min一次，精炼气泡高度不超过15cm。

[0010] 作为本发明进一步的方案：上述步骤（8）中采用氮气喷粉工艺进行变质处理，所述稀土复合变质剂包括镧、钇。

[0011] 本发明利用磷盐复合变质剂对初晶硅变质效果较好，并在磷细化初晶硅的基础上，用镧、钇等稀土进一步促进细化初晶硅，充分利用稀土元素和磷盐复合变质剂与铝合金熔体相互作用的特性，发挥其对铝合金熔体的精炼净化和变质功能，实现初晶硅和共晶硅的双重变质，以及对铝合金熔体的净化、精炼及变质的一体化处理，提高铸锭晶粒细化效果。同时利用间歇式电磁、人工搅拌方法提高铝液中合金元素成分，避免成分偏析，保证了产品的质量性能稳定，得到了性能良好的再生高硅铝合金锭产品。

[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0013] 该工艺解决了目前生产再高生硅铝合金锭成分易偏析、合金流动性差等技术难题，从而提高了压铸铝合金的质量及加工性能。应用本发明生产工艺生产的再生高硅合金锭，不仅原料的烧损量减少、生产能耗降低、生产效率提高，而且产品质量稳定，在处理的过程中同时减少了有害的废气和其它副产品的产生，因此该发明专利具有巨大的应用价值。

附图说明

[0014] 图1为未添加稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的表面质量照片。

[0015] 图2为添加1.2%稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的表面质量照片。

[0016] 图3为添加1.5%稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的表面质量照片。

[0017] 图4为添加1.8%稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的表面质量照片。

[0018] 图5为未添加稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的端面质量照片。

[0019] 图6为添加1.2%稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的端面质量照片。

[0020] 图7为添加1.5%稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的端面质量照片。

[0021] 图8为添加1.8%稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的端面质量照片。

[0022] 图9为未添加稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的金相组织照片。

[0023] 图10为添加1.2%稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的金相组织照片。

[0024] 图11为添加1.5%稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的金相组织照片。

[0025] 图12为添加1.8%稀土复合变质剂的再生高硅铝合金锭的金相组织照片。

具体实施方式

[0026] 下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

[0027] 实施例1：一种再生高硅铝合金锭制造工艺，首先根据ADC14化学成份要求参考《JIS_H5302-2006》标准，制定ADC14再生高硅铝合金锭产品所需达到的性能指标Si：16-18%， Cu：4.0-5.0%，Mg：0.45-0.65%，Mn≤0.5%，Fe≤1.3%，Ni≤0.3%，Zn≤1.5%，Sn≤0.3%， Al余量；该工艺的具体步骤为：（1）按照再生高硅铝合金锭的性能指标的备料，并将15T备料投入高炉并升温至650℃左右且Zn控制在1.55-1.65，铁控制在1.0以下（；2）将熔化的铝液转入低炉，然后低炉开火，升温至720℃左右时取样分析；（3）根据分析结果与配料单成份标准，称量所需重量的硅晶；（4）继续升温至750℃左右停火，加入称量好的硅晶的一半，然后搅拌均匀使硅晶均匀分布于铝水中，硅晶全部浸入铝水中，然后开火升温；每20分钟进行人工搅拌一次，约30分钟后开启永磁搅拌机，并配合人工搅拌，使硅晶快速熔化；（5）待温度再次升至750℃左右时，停火，将剩余一半硅晶加入，搅拌及升温方法同第一次加硅晶；（6）待温度上升至790℃左右时，停火，焖硅30-40分钟；然后搅拌取样分析，根据成份分析结果，按配料单继续投料调整成份至配料单中的成份标准；（7）成份合格后，搅拌耙渣，再将温度升至780℃左右，用除渣剂除渣，然后耙渣精炼；精炼通过氮气送粉精炼，精炼温度在780-800℃左右，精炼剂用量1-3kg/T铝水，精炼时间20min一次，精炼气泡高度不超过15cm；（8）精炼后根据配料单上的变质剂用量，使用氮气喷粉进行变质处理（或不变质），变质处理后（不变质则静置20-30分钟后浇铸），静置10分钟（；9）浇铸成锭：浇铸温度760-780℃，浇铸合金锭厚度3.7-3.9 cm，合金锭冷却至600℃左右时水淬至400℃左右，然后空冷；（10）成品入库。

[0028] 采用本发明工艺生产的ADC14合金锭根据添加不同含量稀土复合变质剂与不添加稀土复合变质剂表面质量对比，如图1-4所示，从图中可以明显看出，没有进行变质处理的合金锭表面收缩及龟裂孔洞严重，表面氧化皮多；添加1.2%稀土复合变质剂的合金锭表面有轻微的收缩孔洞；而经1.8%和1.5%的稀土复合变质处理的合金锭则基本上看不到有收缩孔洞龟裂的现象，表面氧化皮也少。

[0029] 采用本发明工艺生产的ADC14合金锭根据添加不同含量稀土复合变质剂与不添加稀土复合变质剂断面质量对比，如图4-8所示，从图中可以明显看出，未添加变质剂的断口不均匀，有的断面分层现象，上层厚度约2-3cm，晶粒度为2.5-3.5级并且杂质与缩孔较多，下层厚约1-1.5cm，晶粒度为1.5级；添加1.2%的稀土复合变质剂则明显变质不足，断口虽然没有分层，但极不均匀，局部有粗有细，少量硅亮点随机性分布于整个断面上；添加1.8%和1.5%的稀土变质剂后的断面均匀且没有分层，晶粒度为1.5级；且添加1.8%的稀土复合变质剂的断面较1.5%的好。

[0030] 采用本发明工艺生产的ADC14合金锭根据添加不同含量稀土复合变质剂与不添加稀土复合变质剂金相组织对比，如图9-12所示，从图中可以明显看出，未变质的金相组织，初生硅呈粗大的块状、长片状，分布不均匀；共晶硅呈针片状，部分共晶硅细小而团聚在一定的区域，浅灰色铁相呈长针片状，杂质与气孔非常多。经变质剂变质处理后的合金金相，初晶硅颗粒呈小块状且尺寸明显变小，由变质前粗大不规则的板片状变为小块状，且棱角钝化，分布改善；变质后的共晶硅呈短杆状，共晶硅的团聚现象没有出现；铁相极少呈针状，大部分呈骨骼状、花纹状，在数量上也少了；气孔量大大减少。

[0031] 采用本发明工艺生产的ADC14合金锭根据添加不同含量稀土复合变质剂与不添加稀土复合变质剂综合性能对比数据如表1所示。

[0032] 表1 添加不同含量稀土复合变质剂ADC14综合性能对比数据

[0033]

[0034] 从表1可以看出，未使用变质剂的炉次，Si、Fe、Cu、Zn等主要成份都不均匀，并且Si不均匀现象最明显。使用变质剂变质后，各炉次检测激发点的Si成份方差值明显比未使用变质剂小，并且在变质剂用量为1.8%时，方差值最小。使用变质剂剂后Si相得到细化，且分布均匀，故而硬度有所减低。从断面晶粒度看，随着变质剂用量的增加，没有看到断口分层的现象，断面晶粒度等级逐渐降低，亮点减少甚至看不到宏观亮点。随着变质剂用量的增加抗拉强度有所增加，同时延伸率略有下降。

[0035] 综上所述保证材料综合性能好，而又有较好的经济效益时，稀土复合变质剂用量应该选在1.5-1.8%为好。

[0036] 本发明方法所涉及的再生高硅铝合金锭制造工艺具有生产成本低、节约资源、产品质量优、经济效益大等显著优点，因此该发明专利具有巨大的应用价值

[0037] 上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。