[发明专利]高硅铝合金或其它含第二硬脆相合金的物理法变质工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，更具体涉及一种高硅铝合金或其它含第二硬脆相合金的物理法变质工艺。

背景技术

高硅铝合金具有比重小、良好的耐磨、耐热性及低热膨胀系数、易于铸造成型等诸多优点，是一种代替铁基材料制备汽车活塞、连杆、空调压缩机转子及叶片等重要部件的理想材料。广泛应用在航空、航天、汽车、造船、机械等工业生产部门中。但因高硅铝合金的凝固组织中的初生Si相多呈粗大的多角形的形态生长，严重割裂了基体，恶化了材料的性能，限制了其在工业上的广泛应用。因此，必须改变合金中的硅相形态，减小其对基体性能的削弱作用。目前对硅相细化处理的方法主要有：添加变质剂法，超声波振动法，激冷法，低温铸造法，加压铸造法，电磁搅拌法，快速凝固技术，固液混合铸造处理工艺、过热处理以及电脉冲技术等。其中研究较多与生产上常见的工艺是添加变质剂法，但变质工艺通常较为复杂，难以控制，而且变质元素的加入还会对合金以及环境产生污染，往往达不到预期目的；其他方法不是效果不显著，就是技术条件复杂、成本过高，不适合进行大规模工业生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种高硅铝合金或其它含第二硬脆相合金的物理法变质工艺，解决现有技术中变质工艺复杂、难以控制、有污染、成本高、不适合大规模工业生产等缺点，该工艺的过程简单，不添加其它变质剂，不增加成本，灵活性强，绿色无污染，并明显改善硅粒子形态、大小及分布，提高其力学性能，最终制作出能满足各种用途且综合性能优异的高硅铝合金材料。

本发明的技术内容：高硅铝合金或其它含第二硬脆相合金的物理法变质工艺方法所述方法的步骤包括：将成分不同与温度不同的两种合金熔体按比例经过混合后，形成另一种所要求成分的熔体，然后再将混合后的熔体进行过热处理，使得熔体中含有的第二粗大硬脆相得到细化或变质。

本发明的显著优点是：本发明采用分别将两种合金成分熔融后再融合一起并进行处理，充分使熔体中含有的第二粗大硬脆相得到细化或变质。如对高硅铝合金进行该工艺的处理根据成分互补熔体温度处理工艺要求熔体混合后，再将熔体进行过热处理，一般是过热到800-900℃。一般熔体混合后，因为是吸热反应，混合后的熔体温度会迅速降低，一般在生产20%Si时，温度可降到650℃，通过过热后，使原来即将凝固的熔体产生重新熔解，这个过程会使初生晶得到进一步的细化，并延长变质效果，而达到变质效果的长效性，其中含20%Si铝硅合金中初生Si相的晶粒在保温100min内尺寸可稳定在40μm左右。该工艺不添加其它变质剂，不增加成本，是一种工艺简单，灵活性强，绿色无污染的新工艺，且有效改善硅相粒子形态、大小及分布，提高其力学性能的铝硅合金变质处理工艺。

附图说明

图1 Al-30%Si与Al-10%Si以重量比1∶1进行高低温熔体混合前后合金的显微组织图。

图2所示为不同工艺条件所获得的Al-20%Si合金在900℃过热保温15min后直接浇铸所得试样的显微组织图。

图3是混合熔体的过热保温时间对初晶Si尺寸的影响曲线图，其中过热温度为830℃，其中模坐标为保温的过热时间,纵坐标为初生硅的晶粒尺寸。

图4　Al-30%Si与纯铝按以重量比2∶1进行高低温熔体混合前后合金的显微组织图。

具体实施方式

本发明所述的含量及比例均为重量含量或重量比。

高硅铝合金变质处理步骤包括：分别在两个电阻坩埚炉熔化铝硅合金，其中一炉为亚共晶铝硅合金，另一个炉为过共晶铝合金；各保温30分钟后，将所述亚共晶的铝硅合金的铝液温度降至铝硅合金的液固两相区，温度为577-650℃，使得亚共晶的铝熔体中开始产生预先凝固现象，所述过共晶铝硅合金温度控制在800-900℃，保证过共晶铝硅合金完全熔解；再将过共晶铝硅合金与亚共晶铝硅合金相按比例混合，混合后的熔体因为是吸热过程，会使温度降低，再将混合后的熔体进行过热处理，过热到800-900℃，再进行铸造成型，从而达到不添加变质剂，使初生硅相得到细化变质效果。

所述亚共晶铝硅合金中硅含量低于11.6wt%，一般可以采用硅含量为7wt%或10wt%左右；熔化后，把温度降低到该成分下的液固两相区中，使亚共晶熔体中开始有固相先析出，从而产生预结晶效果。

所述过共晶铝硅合金中硅含量高于20wt%以上，所述过共晶铝硅合金中硅含量根据最终产品要求，与熔体混合的比例来控制，为了保证过共晶铝硅的完全熔解，温度控制在该成分的液相线以上20℃，所述温度为800-900℃。