[发明专利]一种细化过共晶铝硅合金中初晶硅的方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，涉及提高过共晶铝硅合金使用性能的合金显微组织结构细化技术。

背景技术

与其它铝硅合金材料相比，过共晶铝硅合金，由于含有大量硅元素，合金的密度小，热膨胀系数减小，耐磨性提高。在常规铸造条件下，过共晶铝硅合金中硅元素主要以粗大初晶硅相和针片状的共晶硅相形式存在，硅元素的这两种存在形式，特别是粗大初晶硅相显著降低了合金的力学性能。所以在工业生产中需要对过共晶铝硅合金中的初晶硅相或共晶硅相进行细化处理，以提高合金性能。

目前过共晶铝硅合金中的硅相细化主要是初晶硅相细化，实用的细化过共晶铝硅合金中初晶硅的方法是，在合金熔铸时添加少量的P元素。细化共晶硅的方法是添加少量的Sr元素或Na元素。

在常规生产技术条件下，加入P元素细化过共晶铝硅合金中的初晶硅，需要使用较高的浇铸温度，通常初晶硅颗粒难以细化到50微米以下。此外，在合金熔体中，P元素会与细化共晶硅的Sr或Na结合成稳定化合物，而失去细化硅相的作用。因此，目前工程应用上难以同时细化过共晶铝硅合金中初晶硅和共晶硅。

采用快速凝固技术，如喷射沉积技术，可以有效抑制过共晶铝硅合金凝固时硅相长大，实现同时细化合金中的初晶硅和共晶硅。但使用快速凝固技术成本高，且难以制造尺寸大或形状复杂的零部件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在常规生产技术条件下，对过共晶铝硅合金中的初晶硅相进行细化。

为了解决上述技术问题采用以下技术方案：一种细化过共晶铝硅合金中初晶硅的方法，在过共晶铝硅合金熔铸时，通过TiB₂颗粒相细化过共晶铝硅合金中初晶硅相。

过共晶铝硅合金的显微组织为，被细化的初晶硅相中存在TiB₂颗粒相。

在含硅量为15~30%（质量分数）的过共晶铝硅合金中，细化初晶硅相所需的TiB₂颗粒相含量为0.5~4.5%（质量分数）。

第一种方法：在熔铸过共晶铝硅合金时，向过共晶铝硅合金熔体中加入氟硼酸钾和氟钛酸钾，使氟硼酸钾和氟钛酸钾在过共晶铝硅合金中形成TiB₂颗粒。

第二种方法：在熔铸过共晶铝硅合金时，向过共晶铝硅合金熔体中加入Al-Ti中间合金和Al-B中间合金，使其形成TiB₂颗粒，其中Al-Ti中间合金中含有质量分数为2~20%的Ti、Al-B中间合金中含有质量分数为1~10%的B。

第三种方法：在熔铸过共晶铝硅合金时，向过共晶铝硅合金熔体中加入Al- TiB₂中间合金，Al- TiB₂中间合金中含有质量分数为4~20% 的TiB₂。

本发明是在过共晶铝硅合金熔配时，利用自生TiB₂颗粒细化过共晶铝硅合金中初晶硅相，不需要高的浇铸温度可以使初晶硅相细化至50微米以下。由于TiB₂颗粒在铝合金熔体中稳定性高，不与合金中的其它合金元素发生反应，具有细化效果长效性，不影响Sr元素或Na元素对合金中共晶硅的变质细化作用，可实现过共晶铝硅合金中初晶硅和共晶硅同时细化，显著提高合金性能。

具体实施方式

实施例1：一种细化过共晶铝硅合金中初晶硅的方法，在坩埚电阻炉中熔配Al-15%Si-0.5%TiB₂（%，质量分数，以下相同）过共晶铝硅合金。

（1）在铝合金熔炼炉中熔化纯铝锭。

（2）合金中所需15%Si元素以Al-40%Si中间合金形式加入铝熔体中。

（3）在熔体中合成0.5%自生TiB₂，按计量比向合金熔体中加入Al-10Ti中间合金和Al-4B中间合金。使之形成0.5%TiB₂。

（4）合金浇铸，按铝硅合金的常规熔炼工艺对合金熔体除气和精炼，合金精炼后保温10分钟，于740℃浇入金属模中。

合金试样金相分析显示，合金中共晶硅为针片状，过共晶硅为35~45微米颗粒状。

实施例2：一种细化过共晶铝硅合金中初晶硅的方法，在坩埚电阻炉中熔配Al-17%Si-4.5%Cu-0.6%Mg-0.06%Sr-1.3%TiB₂过共晶铝硅合金。

（1）在铝合金熔炼炉中熔化纯铝锭。