[发明专利]一种制备亚共晶铝硅合金材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备亚共晶铝硅合金材料的方法，采用多元微合金复合变质与半固态挤压相结合的制备工艺，首先运用多元变质使共晶Si变质并细化同时细化共晶团，然后在半固态工艺下破碎并球化α‑Al枝晶同时进一步细化共晶Si且均匀分布在基体上，细化了合金组织，增加了合金致密度，从而使得合金的强度、韧性、导电率、导热率大幅度提高，制得的半固态多元微合金化亚共晶铝硅合金室温抗拉强度为330～480Mpa，屈服强度为280～420Mpa，延伸率为7～14％，导电率为43.7～59.2％IACS，热导率为168.2～198.8W·m^‑1·K^‑1。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，涉及亚共晶铝硅合金材料的制备，具体涉及一种多元微合金复合变质与半固态挤压组合工艺制备具有高强、高韧、高导的亚共晶铝硅合金材料的方法。

背景技术

铝硅(Al-Si)铸造合金为铸造铝合金的重要组成部分，具有良好的铸造性能、相对较高的强度、低密度、好的耐磨性能、低成本、利于回收等优点，广泛应用于航空、航海及汽车工业等领域。降低燃料消耗、减少CO₂排放是目前汽车行业保持高度竞争力的必要条件。在全球能源紧缺、环境要求日益提高的今天，无论是航空、航海还是汽车工业对材料再次提出了更强、更高、更轻，塑性和韧性更高的要求。因此，在传统合金材料的基础上开发新型合金极为迫切。

变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂(又称为孕育剂或变质剂)，使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。而多元微合金复合变质是指在金属液中按照不同的顺序加入不同的变质合金，使得合金晶粒更加细化，达到更高的材料性能。

半固态是金属在凝固过程中，进行剧烈搅拌控制固-液态温度区间得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固相组分的固液混合浆料(固相组分甚至可高达60％)，这种半固态金属浆料具有流变特性，即具有很好的流动性，易于通过普通加工方法制成产品。挤压是用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压，使之产生塑性流动，从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的一种压力加工方法。半固态挤压就是挤压工艺中使用特定的模具对半固态浆料施加压力，使之产生塑性流动，从而获得制件的方法。

然而，由于亚共晶铝硅合金组织中树枝状初生枝晶和粗大的共晶组织，造成该合金的力学性能一般，制约了该合金的应用范围。同时，对于有Mg、Cu等合金元素的铝合金，经热处理后具有较高的强度。因此，将铝硅铸造合金多元微合金复合变质后采用合理的半固态挤压工艺和热处理工艺相结合的方式开发新型高强高韧高导亚共晶Al-Si合金具有一定的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制备亚共晶铝硅合金材料的方法，以克服传统单一或者二元变质制备铝硅合金材料的强度、塑性、韧性、导电率、导热率不高的缺点。

本发明采用多元微合金复合变质与半固态挤压相结合的制备工艺，该工艺将铝硅合金中的初生α-Al组织细小化、等轴化并使得共晶Si相破碎、纤维化并均匀弥散分布在合金基体上同时使得析出强化相均匀分布在基体中，阻碍了位错运动，优化了合金组织，从而大幅度提高了合金的强度、塑性、韧性、导电率、导热率，同时也拓展了半固态工艺在亚共晶铝硅合金材料制备中的应用。

具体的，本发明的制备亚共晶铝硅合金材料的方法，包括下述步骤：

步骤一、配目标成分

依据目标成分选取纯铝(质量分数为99.9％)、高纯硅(质量分数为99.99％)、纯镁(质量分数99.90％～99.95％)、铜质量分数为10％的Al-10Cu中间合金、锶质量分数为10％的Al-10Sr中间合金和锆质量分数为10％的Al-10Zr中间合金、钆质量分数为5％的Al-5Gd中间合金中的至少一种。

步骤二、采用多元微合金复合变质处理制合金液