[发明专利]一种提高亚共晶合金硬度的方法

说明书

本发明提供了一种提高亚共晶合金硬度的方法，属于合金材料加工技术领域。本发明提供的提高亚共晶合金硬度的方法，包括：在强静磁场的作用下，将亚共晶合金原料依次进行熔炼和定向凝固，得到亚共晶合金。本发明通过在强静磁场条件下对亚共晶合金进行熔炼与定向凝固，可实现溶质原子在固溶体组织中的均匀化，并提高溶质原子在固溶体组织中的浓度，在铸态条件下即可大幅提高亚共晶合金的硬度。实施例的结果显示，本发明提供的提高亚共晶合金硬度的方法，相对于常规方法制备得到的亚共晶合金的硬度可提高12～50％。

技术领域

本发明涉及合金材料加工技术领域，具体涉及一种提高亚共晶合金硬度的方法。

背景技术

工程中常用的牌号合金多属亚共晶合金，其基体为固溶体相，在亚共晶固溶体组织中，溶质含量低于共晶成分，且凝固时初生相为基体相，而溶质元素通常作为合金凝固时的形核核心，因而亚共晶合金的机械性能与其固溶体的溶质浓度密切相关。一般来说，固溶体的硬度总是比组成它的纯金属优越，即合金固溶体中溶质元素浓度的增加，硬度也随之提高。而硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，硬度的大小对机械零件的使用性能和寿命具有决定性作用。

但是，目前常规处理得到的亚共晶合金的硬度很低，制约着其应用范围的进一步扩大。例如，现有技术中提高亚共晶合金硬度时一般采用固溶时效的方法实现。虽然固溶时效的方法可以在一定程度上提高亚共晶合金的硬度，但是也存在诸多不足，如：由于固溶时效温度高、工艺复杂、投资成本高，并且在时效过程中必须严格控制时效温度和处理时间才能获得比较理想的强化效果，使得工艺的简易调控与成本的控制成为很大的问题。

因此，如何在保证不增加合金铸锭后续加工处理程序的基础上，能够在制备合金铸锭过程中提高亚共晶合金的硬度成为材料加工领域的重要研究内容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高亚共晶合金硬度的方法，本发明提供的方法制备得到的亚共晶合金无需后续加工处理，在铸态下具有高硬度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种提高亚共晶合金硬度的方法，包括：在强静磁场的作用下，将亚共晶合金原料依次进行熔炼和定向凝固，得到亚共晶合金。

优选的，所述亚共晶合金原料包括亚共晶Al-Cu合金、亚共晶Pb-Sn合金或亚共晶Sn-Bi合金。

优选的，所述强静磁场的方向与定向凝固的方向平行。

优选的，所述强静磁场的磁场强度为0.1～8T。

优选的，所述熔炼的升温速率为5～15℃/min。

优选的，所述熔炼的保温温度为亚共晶合金熔点以上250～400℃，所述熔炼的保温时间≥35min。

优选的，所述定向凝固包括：将熔炼得到的亚共晶合金熔体抽拉入冷却介质中，直至完全凝固。

优选的，所述抽拉的速率为0.5～10000μm/s。

优选的，所述冷却介质包括Ga-In-Sn液态合金、Ga-Sn液态合金、Ga-In液态合金或低温冰水混合物。

优选的，所述定向凝固的固/液界面的温度梯度为50～200℃/cm。