[发明专利]亚共晶铝-硅合金熔体复合处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种亚共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，属于金属材料及冶金技术领域。

背景技术

亚共晶铝-硅合金是工业中常用的铸造铝-硅合金，其显微组织是由韧性的α-Al固溶体和铝硅共晶组织组成，具有良好的力学性能、成型性。亚共晶铝-硅合金广泛的应用在汽车、机械、航天与军事工业中。

但在亚共晶铝-硅合金中，共晶硅呈粗大针状，严重割裂基体，使其力学等性能下降而不能满足实际应用需求。因此，采取有效手段来改善合金的晶粒形貌和分布是必要的。改变共晶硅形貌的通用方法是加入变质剂对其进行变质处理。在亚共晶铝-硅合金中常用变质剂有钠、锶、稀土等，需要严格控制变质剂的加入量和加入方式，另外，变质剂都有一定的变质衰退期，需要控制好加入的时间。

合金熔体通过液-固转变由液态转化为固态，因此，对于由液态金属凝固得到的铸造合金材料来说，合金凝固时的液态结构状态对晶粒的形核和生长过程以及最终的凝固组织和性能有直接且决定性的影响。所以，可以通过热速处理控制合金熔体凝固时的结构状态来改善合金组织、提高性能。文献[汪长勤，赵玉涛，张松利，陈刚.稀土钇对A356合金显微组织和拉伸性能的影响.机械工程材料，2010(34):13-16]中报道了钇对铝-硅合金有良好的变质作用。将热速处理与变质处理相结合可使亚共晶铝-硅合金的组织得到进一步改善，力学等性能也进一步提高，使其具有更广泛的应用。

发明内容

为了解决亚共晶铝-硅合金中晶粒粗大导致的力学性能下降等问题，本发明提供了一种改善合金组织结构，提高力学性能的亚共晶铝-硅合金熔体复合处理方法。熔体复合处理方法为热速处理与钇变质处理相复合。熔体热速处理是指根据合金熔体结构随温度的变化规律，采用激冷的方式使熔体具有某些结构，从而改善合金的铸态组织及结构，并提高合金的力学性能。

本发明研究了一种亚共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，包括以下步骤：

本发明所用亚共晶铝-硅合金成分组成为：硅6wt.%~12%wt.%，镁、铜0wt.%~1.0wt.%，其余为铝。

（1）将亚共晶铝-硅合金总质量的60%~80%过热到830℃~990℃，保温10~20min；

（2）将预热至50℃~200℃的剩余同成分合金加入到预定温度的合金液中，进行激冷，使熔体温度速降至740℃~780℃；

（3）之后加入占合金总质量0.1%~1.0%的钇，搅拌均匀，静置后浇入铸模即得。

所述的亚共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，将钇与铝制成8wt.%~15wt.%铝-钇合金后再使用。

所述的亚共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其特征在于步骤（1）中将亚共晶铝-硅合金总质量的60%~80%首先过热到830℃~990℃，保温10~20min。

所述的亚共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其过热温度根据合金成分不同需适当调整。

本发明选用亚共晶铝-硅合金为母体，针对合金的粗大晶粒采用了新的熔体复合处理方法。通过对亚共晶铝-硅合金熔体结构随温度变化规律的分析，选取适当的熔体过热温度、保温时间、激冷方式等工艺参数，通过控制钇变质的熔体状态，发明了一种复合处理工艺方法，改善了亚共晶铝-硅合金的组织和性能。

本发明采用变质与热速处理复合的熔体处理工艺，可使亚共晶铝-硅合金中的初生α-Al相由120~270μm减小到30~50μm，共晶硅由15~25μm的针状转变为几微米的颗粒状，棱角明显钝化，分布均匀。其抗拉强度、屈服强度、硬度和伸长率均得到较大提高。

具体实施方式

实施例1

将含硅9wt.%、镁0.5wt.%的亚共晶铝-硅合金总量的70%在电阻炉中过热至890℃，保温20min后，向熔体中加入剩余预热至80℃的合金料，迅速搅拌均匀，使熔体温度降至760℃左右，静置保温10min，浇注金属型成形。

经过热速处理后，该合金的抗拉强度由202MPa提高到231MPa，屈服强度由106MPa提高到119MPa，硬度由78HB提高到89HB，伸长率由2.41%提高到4.18%。

实施例2

将含硅9wt.%、镁0.5wt.%的亚共晶铝-硅合金总量的60%在电阻炉中过热至930℃，保温20min后，向熔体中加入剩余预热至100℃的合金料，迅速搅拌均匀，使熔体温度降至760℃左右，静置保温10min，浇注金属型成形。