專利名稱：高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理法變質(zhì)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，更具體涉及一種高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理 法變質(zhì)工藝。
背景技術(shù)：
高硅鋁合金具有比重小、良好的耐磨、耐熱性及低熱膨脹系數(shù)、易于鑄造成型等諸多優(yōu) 點(diǎn)，是一種代替鐵基材料制備汽車活塞、連桿、空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子及葉片等重要部件的理想材 料。廣泛應(yīng)用在航空、航天、汽車、造船、機(jī)械等工業(yè)生產(chǎn)部門中。但因高硅鋁合金的凝固 組織中的初生Si相多呈粗大的多角形的形態(tài)生長(zhǎng)，嚴(yán)重割裂了基體，惡化了材料的性能，限 制了其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。因此，必須改變合金中的硅相形態(tài)，減小其對(duì)基體性能的削弱 作用。目前對(duì)硅相細(xì)化處理的方法主要有添加變質(zhì)劑法，超聲波振動(dòng)法，激冷法，低溫鑄 造法，加壓鑄造法，電磁攪拌法，快速凝固技術(shù)，固液混合鑄造處理工藝、過熱處理以及電 脈沖技術(shù)等。其中研究較多與生產(chǎn)上常見的工藝是添加變質(zhì)劑法，但變質(zhì)工藝通常較為復(fù)雜 ，難以控制，而且變質(zhì)元素的加入還會(huì)對(duì)合金以及環(huán)境產(chǎn)生污染，往往達(dá)不到預(yù)期目的；其 他方法不是效果不顯著，就是技術(shù)條件復(fù)雜、成本過高，不適合進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理法變質(zhì)工藝，解決 現(xiàn)有技術(shù)中變質(zhì)工藝復(fù)雜、難以控制、有污染、成本高、不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等缺點(diǎn)，該 工藝的過程簡(jiǎn)單，不添加其它變質(zhì)劑，不增加成本，靈活性強(qiáng)，綠色無污染，并明顯改善硅 粒子形態(tài)、大小及分布，提高其力學(xué)性能，最終制作出能滿足各種用途且綜合性能優(yōu)異的高 硅鋁合金材料。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理法變質(zhì)工藝方法所述方 法的步驟包括將成分不同與溫度不同的兩種合金熔體按比例經(jīng)過混合后，形成另一種所要 求成分的熔體，然后再將混合后的熔體進(jìn)行過熱處理，使得熔體中含有的第二粗大硬脆相得 到細(xì)化或變質(zhì)。
本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明采用分別將兩種合金成分熔融后再融合一起并進(jìn)行處理， 充分使熔體中含有的第二粗大硬脆相得到細(xì)化或變質(zhì)。如對(duì)高硅鋁合金進(jìn)行該工藝的處理根 據(jù)成分互補(bǔ)熔體溫度處理工藝要求熔體混合后，再將熔體進(jìn)行過熱處理， 一般是過熱到 800-900°C。
一般熔體混合后，因?yàn)槭俏鼰岱磻?yīng)，混合后的熔體溫度會(huì)迅速降低， 一般在生產(chǎn)20。/。Si時(shí)，溫度可降到65(TC，通過過熱后，使原來即將凝固的熔體產(chǎn)生重新熔解，這個(gè)過 程會(huì)使初生晶得到進(jìn)一步的細(xì)化，并延長(zhǎng)變質(zhì)效果，而達(dá)到變質(zhì)效果的長(zhǎng)效性，其中含 20。/。Si鋁硅合金中初生Si相的晶粒在保溫100min內(nèi)尺寸可穩(wěn)定在40 y m左右。該工藝不添加其 它變質(zhì)劑，不增加成本，是一種工藝簡(jiǎn)單，靈活性強(qiáng)，綠色無污染的新工藝，且有效改善硅 相粒子形態(tài)、大小及分布，提高其力學(xué)性能的鋁硅合金變質(zhì)處理工藝。


圖l Al-30。/。Si與Al-10。/。Si以重量比l : l進(jìn)行高低溫熔體混合前后合金的顯微組織圖。 圖2所示為不同工藝條件所獲得的A1-20。/。Si合金在90(TC過熱保溫15min后直接澆鑄所得 試樣的顯微組織圖。
圖3是混合熔體的過熱保溫時(shí)間對(duì)初晶Si尺寸的影響曲線圖，其中過熱溫度為83(TC，其 中模坐標(biāo)為保溫的過熱時(shí)間，縱坐標(biāo)為初生硅的晶粒尺寸。
圖4 Al-30。/。Si與純鋁按以重量比2 : l進(jìn)行高低溫熔體混合前后合金的顯微組織圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述的含量及比例均為重量含量或重量比。
高硅鋁合金變質(zhì)處理步驟包括分別在兩個(gè)電阻坩堝爐熔化鋁硅合金，其中一爐為亞共 晶鋁硅合金，另一個(gè)爐為過共晶鋁合金；各保溫30分鐘后，將所述亞共晶的鋁硅合金的鋁液 溫度降至鋁硅合金的液固兩相區(qū)，溫度為577-65(TC，使得亞共晶的鋁熔體中開始產(chǎn)生預(yù)先 凝固現(xiàn)象，所述過共晶鋁硅合金溫度控制在800-90(TC，保證過共晶鋁硅合金完全熔解；再 將過共晶鋁硅合金與亞共晶鋁硅合金相按比例混合，混合后的熔體因?yàn)槭俏鼰徇^程，會(huì)使溫 度降低，再將混合后的熔體進(jìn)行過熱處理，過熱到800-90(TC，再進(jìn)行鑄造成型，從而達(dá)到 不添加變質(zhì)劑，使初生硅相得到細(xì)化變質(zhì)效果。
所述亞共晶鋁硅合金中硅含量低于ll. 6wt%， 一般可以采用硅含量為7wt。/?；?0wt。/。左右； 熔化后，把溫度降低到該成分下的液固兩相區(qū)中，使亞共晶熔體中開始有固相先析出，從而 產(chǎn)生預(yù)結(jié)晶效果。
所述過共晶鋁硅合金中硅含量高于20wt。/。以上，所述過共晶鋁硅合金中硅含量根據(jù)最終 產(chǎn)品要求，與熔體混合的比例來控制，為了保證過共晶鋁硅的完全熔解，溫度控制在該成分 的液相線以上2(TC ，所述溫度為800-90(TC 。
所述處理工藝中按比例進(jìn)行熔體混合處理，根據(jù)最終成分要求進(jìn)行。 所述生產(chǎn)20wt。/。的過共晶鋁硅合金，將純鋁與30wt。/。Si的鋁硅合金按重量比2 : l比例混合 ，或者將10wt。/。Si的鋁硅合金與30wt。/。Si的鋁硅合金按重量比l : l進(jìn)行熔體混合。本發(fā)明的具體實(shí)施例子如下，進(jìn)一步說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此 實(shí)施例l
高硅鋁合金(以含20%硅為例)的細(xì)化變質(zhì)處理工藝 不同成分與溫度的熔體的混合比例按l : l進(jìn)行
(1) 成分互補(bǔ)工藝，即將兩種成分與溫度不同的合金熔體經(jīng)過混合后，形成另一種所 要求成分的熔體處理工藝，先將含10。/。Si的鋁硅合金熔體熔解后，降溫至58(TC左右，此時(shí)熔 體處于液固兩相區(qū)；
(2) 將含30。/。Si的過共晶硅鋁合金熔解升溫到90(TC左右，以保證硅元素在鋁合金完全
熔解；
(3) 將以上兩種不同成分與不同溫度的鋁熔體按重量比l : l混合后，得到所要的含 20。/。Si的高硅鋁合金；
(4) 然后將混合后的熔體進(jìn)行過熱處理，溫度控制在90(TC左右，保溫15分鐘，使得含 有第二粗大硬脆相得到細(xì)化或變質(zhì)的處理。
(5) 將過熱的鋁熔體直接進(jìn)行鑄造或澆注成錠。
圖l是按照比例重量比l : l混合后的金相組織圖，圖l(a)為混合前Al-30。/。Si高溫熔體在 90(TC澆注的金屬型試樣金相組織，其組織中的初晶硅呈非常粗大的板塊狀或薄片狀，厚度 為60-100 ym，最大長(zhǎng)度可達(dá)600 y m，且初晶Si的分布很不均勻，內(nèi)部破碎嚴(yán)重；圖l(b) 為混合前亞共晶Al-10。/。Si低溫熔體在586'C澆注的金相組織，其組織由白色的a (Al)固溶體 和灰色針狀片狀共晶Si組成，為典型亞共晶組織。圖l (c)是Al-30。/。Si高溫熔體與Al-10。/。Si低 溫熔體按l: l混合后在68(TC澆注得到的過共晶Al-20y。Si合金的顯微組織。其組織中的初晶 Si多為細(xì)小的四邊形或不規(guī)則多邊形顆粒，平均尺寸在40ym以下，尺寸細(xì)小且分布均勻， 得到了顯著的變質(zhì)細(xì)化效果。
圖2所示為不同工藝條件所獲得的A1-20。/。Si合金在90(TC過熱保溫15min后直接澆鑄所得 試樣的顯微組織。從圖2(a)可見，常規(guī)工藝熔煉的Al-20。/。Si合金經(jīng)過90(TC過熱處理后，初 生Si相仍然為粗大的塊狀，內(nèi)部依然存在破碎現(xiàn)象，其平均尺寸為73ym，這些粗大的Si相 組織對(duì)基體產(chǎn)生嚴(yán)重的割裂作用。
經(jīng)過高低溫熔體混合處理后的Al-20。/。Si合金在90(TC過熱澆注的條件下(見圖2 (b))，組 織中的初生Si相變的更加細(xì)小，且部分初晶Si邊緣趨于圓鈍化，形態(tài)逐漸向近球狀轉(zhuǎn)變，其 平均尺寸為31 y m。經(jīng)過高低溫熔體混合處理的過共晶Al-20。/。Si合金再經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪^熱處理 ，可以進(jìn)一步減小初生Si尺寸，并且在一定程度上改善其形貌，達(dá)到很好的細(xì)化效果。圖3所示為混合熔體在830°C過熱保溫不同時(shí)間后澆鑄所得試樣的初晶Si尺寸。由圖可見 ，混合熔體在83(TC過熱保溫100min以內(nèi)，合金組織中初晶Si尺寸變化不大，均在36 y m左右 ，顯示出良好的尺寸穩(wěn)定性；當(dāng)過熱保溫時(shí)間大于100min后，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，初晶 Si尺寸逐漸增大。在本發(fā)明條件下，將混合熔體重新置于爐內(nèi)過熱保溫，熔體混合的最佳有 效期大大延長(zhǎng)，過熱保溫100min以內(nèi)均可以取得良好的組織細(xì)化效果，即使保溫時(shí)間超過 200分鐘后，細(xì)化效果仍然可以達(dá)到生產(chǎn)要求， 一般生產(chǎn)要求的初生硅相控制在50-60um。 因此本工藝對(duì)初生硅相的變質(zhì)細(xì)化處理具有一定的長(zhǎng)效性。
實(shí)施例l
高硅鋁合金(以含20%硅為例)的細(xì)化變質(zhì)處理工藝 不同成分與溫度的熔體的混合比例按重量比2 : l進(jìn)行
1. 分別在兩個(gè)電阻爐分別配制熔化質(zhì)量相同的Al-3(F。Si高溫熔體和純Al低溫熔體；
2. 將高溫的過共晶30。/。Si鋁合金溫度升至90(TC，將純鋁的溫度控制在58(TC左右。
3. 將以上兩種不同成分與不同溫度的鋁熔體重量比2 : l混合后，得到所要的含20。/。Si的 高硅鋁合金；
4. 然后將混合后的熔體進(jìn)行過熱處理，溫度控制在90(TC左右，保溫15分鐘；
5. 將過熱的鋁熔體直接進(jìn)行鑄造或澆注成錠。 圖4為Al-30。/。Si與純鋁按重量比2 : l進(jìn)行高低溫熔體混合后合金的顯微組織圖，(a)
混合熔體(40X)， (b)混合熔體(100X)，由圖可見，組織中的初晶Si多為細(xì)小的塊狀或不 規(guī)則多邊形顆粒，平均尺寸在40ym左右，初生硅也得到明顯地細(xì)化。因此通過成分互補(bǔ)熔 體溫度處理工藝能夠?qū)Ω吖桎X合金的初生硅進(jìn)行明顯地變質(zhì)細(xì)化。
權(quán)利要求
1.一種高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理法變質(zhì)工藝方法，其特征在于所述方法的步驟包括將成分不同與溫度不同的兩種合金熔體按比例經(jīng)過混合后，形成另一種所要求成分的熔體，然后再將混合后的熔體進(jìn)行過熱處理，使得熔體中含有的第二粗大硬脆相得到細(xì)化或變質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理 法變質(zhì)工藝方法，其特征在于所述高硅鋁合金變質(zhì)處理步驟包括分別在兩個(gè)電阻坩堝爐 熔化鋁硅合金，其中一爐為亞共晶鋁硅合金，另一個(gè)爐為過共晶鋁合金；各保溫30分鐘后， 將所述亞共晶的鋁硅合金的鋁液溫度降至鋁硅合金的液固兩相區(qū)，溫度為577-65(TC，使得 亞共晶的鋁熔體中開始產(chǎn)生預(yù)先凝固現(xiàn)象，所述過共晶鋁硅合金溫度控制在800-90(TC，保 證過共晶鋁硅合金完全熔解；再將過共晶鋁硅合金與亞共晶鋁硅合金相按比例混合，混合后 的熔體因?yàn)槭俏鼰徇^程，會(huì)使溫度降低，再將混合后的熔體進(jìn)行過熱處理，過熱到800-900 °C，再進(jìn)行鑄造成型，從而達(dá)到不添加變質(zhì)劑，使初生硅相得到細(xì)化變質(zhì)效果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理法變質(zhì)工藝方法，其特征在于所述亞共晶鋁硅合金中硅含量低于重量含量11.6wt%;熔化后，把溫度降低到該成分下的液固兩相區(qū)中，使亞共晶熔體中開始有固相先析出，從而產(chǎn) 生預(yù)結(jié)晶效果。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理 法變質(zhì)工藝方法，其特征在于所述亞共晶鋁硅合金中硅含量為7wt。/。或10wt呢。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理法變質(zhì)工藝方法，其特征在于所述過共晶鋁硅合金中硅含量高于20wt。/。；以上，所述過共晶鋁硅合金中硅含量根據(jù)最終產(chǎn)品要求，與熔體混合的比例來控制，為了保證過共晶鋁硅的完全熔解，溫度控制在該成分的液相線以上2(TC，所述溫度為800-90(TC 。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理 法變質(zhì)工藝方法，其特征在于所述處理工藝中按比例進(jìn)行熔體混合處理，根據(jù)最終成分要求進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理 法變質(zhì)工藝方法，其特征在于所述生產(chǎn)20%的過共晶鋁硅合金，將純鋁與30wt。/。Si的鋁硅合金按重量比2: i比例混合，或者將i0wt。/。si的鋁硅合金與30wt。/。si的鋁硅合金按重量比i : i進(jìn)行熔體混合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理法變質(zhì)工藝，屬于金屬材料領(lǐng)域。解決現(xiàn)有技術(shù)中變質(zhì)工藝復(fù)雜、難以控制、有污染、成本高、不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等缺點(diǎn)，工藝步驟為將成分不同與溫度不同的兩種合金熔體按比例混合，形成另一種所要求成分的熔體，再將混合后的熔體進(jìn)行過熱處理，使得熔體中含有的第二粗大硬脆相得到細(xì)化或變質(zhì)。經(jīng)該種成分互補(bǔ)熔體溫度處理工藝處理后，含20％Si鋁硅合金中初生Si相的晶粒在保溫100min內(nèi)尺寸可穩(wěn)定在40μm左右。本發(fā)明的工藝的過程簡(jiǎn)單，靈活性強(qiáng)，綠色無污染，并明顯改善硅粒子形態(tài)、大小及分布，提高其力學(xué)性能，最終制作出能滿足各種用途且綜合性能優(yōu)異的高硅鋁合金材料。
文檔編號(hào)C22F1/043GK101603162SQ20091030496
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者旭 何, 朱定一, 楊少瓊, 王尤生, 王連登, 陳永祿, 顧海龍, 魏?jiǎn)戳? 黃利光 申請(qǐng)人:福州大學(xué)