[发明专利]一种能提高多元亚共晶铝硅合金力学性能的工艺方法

说明书

技术领域    

本发明属于铝合金熔铸技术领域，特指一种能提高多元共晶铝硅合金力学性能的工艺方法。

背景技术

多元亚共晶铝硅合金是应用最广泛的铝合金，具有流动性好，无热裂倾向，线收缩小，较高的比强度和较好的铸造性能，广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等工业，但未经变质处理的多元亚共晶铝硅合金中，Si相呈现出粗大的针片状，使合金的基体受到严重割裂，并在硅相的尖端和棱角处易造成应力集中，使材料强度、塑性、切削加工性显著降低；因此，为提高多元亚共晶铝硅合金的机械性能，改善多元亚共晶铝硅合金的加工工艺性能，需对多元亚共晶铝硅合金进行变质处理；由于Al-10Sr中间合金对共晶硅相的变质效果远好于其他金属及合金，目前工业上普遍采用Al-10Sr中间合金对多元亚共晶铝硅合金进行变质处理，经Sr变质共晶硅颗粒细小，可以显著改善其加工工艺性能，提高多元亚共晶铝硅合金的品质，但由于Al-10Sr中间合金组织形态不同，在加入Sr量相同的情况下，对多元亚共晶铝硅合金细化变质效果产生明显不同的影响，Al-10Sr中间合金中的第二相主要是由呈板片状分布的Al₄Sr相以及在基体上呈条状簇分布的(Al+Al₄Sr) 共晶相组成，A1₄Sr化合物中的Sr 只有转化为游离态的Sr 后, 才可发挥其细化变质作用；弥散细小的A1₄Sr相由于比表面积较大, 表面能较高，其溶解速度较快，使Sr 原子易从中游离出来，降低表面能，使Sr 具有很好的细化变质效果，而粗大片状的A1₄Sr相，分布不均匀，则不易使Sr原子从中游离出来，细化变质效果不好，即加入的Al-10Sr中间合金中的第二相形态、大小、分布及表面状态和能量对多元亚共晶铝硅合金细化变质效果产生直接的影响；Al-10Sr中间合金在熔炼制备过程中，熔体凝固条件的不同将直接导致所形成的第二相形态的不同，对熔体进行强力搅拌、振动，可从外界输入能量促使晶核提前形成，同时采取一定的工艺措施，增大过冷度，使液穴中的熔体温度降低，破碎结晶前沿的骨架，出现大量可作为非均匀形核的物质—枝晶碎块，从而使形核率大大增加，熔体凝固后单位体积中的晶粒数也随之明显增加，可获得Al-10Sr中间合金上分布更为弥散细小的第二相粒子，把一定量的Al-10Sr中间合金加入到待细化变质的多元亚共晶铝硅合金后，由于Al-10Sr中间合金自身组织形态有遗传性，其组织形态将对铝硅合金结晶组织有遗传影响，即Al-10Sr中间合金细化变质效果有组织遗传效应，这说明，Al-10Sr中间合金是一种具有遗传效应的中间合金。

因此，开发出一种能显著改善Al-10Sr中间合金变质剂组织特征的工艺处理方法，能够显著提高多元亚共晶铝硅合金细化变质效果，进而获得较理想的组织及性能，既可小批量生产又可大规模生产，降低成本，具有重要的理论意义和重大的实际应用价值；采用电磁悬浮熔炼技术可以实现著改善Al-10Sr中间合金变质剂组织特征，其电磁悬浮熔炼基本原理是当线圈中通以高频交变电流后，线圈周围空间将产生高频交变磁场，高频交变磁场在合金内产生感应涡流，感应涡流与外界交变磁场相互作用使合金产生悬浮力，悬浮力与合金的自重平衡使之悬浮，同时涡流回路产生大量的热，使合金被加热和熔化。由于电磁悬浮熔炼使合金在加热、熔化和凝固阶段都不接触坩埚内壁，避免了来自坩埚的污染，采用感应加热，涡流回路短时间内产生大量的热，并缩短熔化时间，达到快速熔化，并通过强烈的电磁搅拌作用，使合金组织成分均匀，被加热或熔化的合金在真空条件下进行,可以对材料充分除气、除出杂质,获得纯净材料，进而实现著改善Al-10Sr中间合金变质剂组织特征。

发明内容

  本发明开发出一种能提高多元亚共晶铝硅合金力学性能的工艺方法，多元亚共晶铝硅合金特征为：Si 6.50%-7.50%，Mg 0.20%-0.40%，Cu≤0.20%，Mn≤0.10%，Zn≤0.10%，Fe≤0.20%，Ti≤0.20%，其余杂质元素含量每个不大于0.05%，其余为Al；以Al-10Sr中间合金为变质剂：其中Sr 9.00％-11.00％，Ti≤0.02%，Si≤0.12%，Fe≤0.06%，其余杂质元素含量每个不大于0.05%，余量为Al；成分按质量百分比计算；变质剂使用量为多元亚共晶铝硅合金质量的0.10%-0.50%。