[发明专利]一种半固态成形过共晶Al‑Si合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属热处理领域，具体涉及一种半固态成形过共晶Al-Si合金及其制备方法。

背景技术

半固态成型工艺，是指在金属凝固过程中，施以剧烈的搅拌或扰动、或改变金属的热状态、或加入晶粒细化剂、或进行快速凝固，即改变初生固相的形核和长大过程，从而得到一种液态金属母液中均匀的悬浮着一定数量球状初生固相的固-液混合浆料，利用这种固-液混合浆料直接成形加工，或先将这种固-液混合浆料完全凝固成坯料，根据需要切分，再将切分的坯料重新加热到固液两相区，然后成形。这两种方法都称为金属半固态成形。目前此技术主要在铝合金和镁合金做主材料的通信、电器、航空航天和医疗器械的零部件生产上，如各种制动泵、连杆断头、发动机油道等。

一直以来，热处理是提高力学性能的重要手段，含Cu和/或Mg元素的铝合金经过固溶热处理后，第二相(Al₂Cu、Mg₂Si等)充分溶解，淬火后形成Cu、Mg等合金元素的过饱和固溶体，时效处理时过饱和合金元素沉淀析出形成弥散强化相，阻碍位错运动，从而提高合金力学性。因而，为了进一步发掘半固态成形过共晶Al-Si合金潜能，使其力学性能满足工业要求，广泛应用于工业生产，可通过热处理强化进一步提高半固态成形的过共晶Al-Si合金的力学性能。

半固态成型工艺能够改善合金组织形貌，形成特殊的组织形态：合金的基体能量高、位错密度大、晶粒细化、Si颗粒变小且均匀分布，因此，半固态成形铝合金的热处理强化行为不同于铸造合金，传统的T6热处理工艺难以发掘半固态成形铝合金的潜能，而高效节能的短流程热处理更能发挥铝合金半固态成形组织的优势。

传统的长时间固溶处理会使半固态成形Al-Si合金组织恶化：晶粒合并长大、Si相粗化、合金元素在界面等高能量处发生偏析等，从而导致合金性能降低。反之，借助Al-Si合金半固态成形组织优势，在获得溶质原子过饱和度与基体晶粒尺寸协调关系的基础上，对合金进行短时固溶淬火处理，可获得晶粒细小、溶质过饱和度高、位错密度和空位浓度大的合金组织，从而为随后的时效处理提供良好的析出条件，并可缩短时效处理时间。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供的一种半固态成形过共晶Al-Si及其制备方法；目的在充分利用半固态成形过共晶Al-Si合金组织的特殊性，发挥半固态成形过共晶Al-Si合金组织的优势，通过较短的热处理工艺流程，达到大幅度提高合金力学性能的目的。短流程热处理工艺一方面节省了大量能源，降低了工件的成本；另一方面简化了热处理工艺，提高了合金的热处理生产效率，对于半固态成形过共晶Al-Si合金的实际生产应用有重要意义。

本发明的半固态成形过共晶Al-Si合金，组成成分及其质量百分比为，Si：16～18％，Cu：1～5.0％，Mg：0.45～2％，Ti：0.1～0.2％、Fe：0.3～0.5％，余量为Al和不可避免的杂质。

本发明的半固态成形过共晶Al-Si合金，其抗拉强度为265～275MPa，延长率为2.45～2.72％。

本发明的半固态成形过共晶Al-Si合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，熔炼：

(1)按半固态成形过共晶Al-Si合金成分配比，熔炼制得Al-Si合金液；

(2)将Al-Si合金液，浇铸后凝固制得Al-Si合金铸锭，其中，在浇铸和凝固过程均施加旋转磁场，电磁搅拌的频率为2～30Hz，电磁搅拌的电流为40～100A；

步骤2，半固态成形：

(1)将Al-Si合金铸锭，在560～600℃保温0.5～1h，制得半固态坯料；

(2)将半固态坯料，置入预热的金属模具中，进行挤压，空冷至室温，制得半固态成形工件；其中，模具预热温度为300～400℃，挤压速度8～12mm/s，挤压比为20～100，保压时间为20～120s；

步骤3，短时固溶处理：

(1)将半固态成形工件，在盐浴条件下进行固溶处理，固溶温度为480～530℃，固溶时间为0.25～2h；

(2)将固溶处理后的工件，在20～60℃水中淬火；

步骤4，人工时效处理：

(1)将淬火后的工件，进行人工时效处理，温度160～185℃，时间4～8h；

(2)将人工时效处理后的工件，空冷至室温，制得半固态成形过共晶Al-Si合金。

上述的半固态成形过共晶Al-Si合金的制备方法中：