亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法，屬于金屬材料及冶金技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]亞共晶鋁-硅合金是工業(yè)中常用的鑄造鋁-硅合金，其顯微組織是由韌性的α -Al固溶體和鋁硅共晶組織組成，具有良好的力學(xué)性能、成型性。亞共晶鋁-硅合金廣泛的應(yīng)用在汽車、機(jī)械、航天與軍事工業(yè)中。
[0003]但在亞共晶鋁-硅合金中，共晶硅呈粗大針狀，嚴(yán)重割裂基體，使其力學(xué)等性能下降而不能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。因此，采取有效手段來改善合金的晶粒形貌和分布是必要的。改變共晶硅形貌的通用方法是加入變質(zhì)劑對(duì)其進(jìn)行變質(zhì)處理。在亞共晶鋁-硅合金中常用變質(zhì)劑有鈉、鍶、稀土等，需要嚴(yán)格控制變質(zhì)劑的加入量和加入方式，另外，變質(zhì)劑都有一定的變質(zhì)衰退期，需要控制好加入的時(shí)間。
[0004]合金熔體通過液-固轉(zhuǎn)變由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，因此，對(duì)于由液態(tài)金屬凝固得到的鑄造合金材料來說，合金凝固時(shí)的液態(tài)結(jié)構(gòu)狀態(tài)對(duì)晶粒的形核和生長(zhǎng)過程以及最終的凝固組織和性能有直接且決定性的影響。所以，可以通過熱速處理控制合金熔體凝固時(shí)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)來改善合金組織、提高性能。文獻(xiàn)[汪長(zhǎng)勤，趙玉濤，張松利，陳剛.稀土釔對(duì)Α356合金顯微組織和拉伸性能的影響.機(jī)械工程材料，2010 (34): 13-16]中報(bào)道了釔對(duì)鋁-硅合金有良好的變質(zhì)作用。將熱速處理與變質(zhì)處理相結(jié)合可使亞共晶鋁-硅合金的組織得到進(jìn)一步改善，力學(xué)等性能也進(jìn)一步提高，使其具有更廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決亞共晶鋁-硅合金中晶粒粗大導(dǎo)致的力學(xué)性能下降等問題，本發(fā)明提供了一種改善合金組織結(jié)構(gòu)，提高力學(xué)性能的亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法。熔體復(fù)合處理方法為熱速處理與釔變質(zhì)處理相復(fù)合。熔體熱速處理是指根據(jù)合金熔體結(jié)構(gòu)隨溫度的變化規(guī)律，采用激冷的方式使熔體具有某些結(jié)構(gòu)，從而改善合金的鑄態(tài)組織及結(jié)構(gòu)，并提高合金的力學(xué)性能。
[0006]本發(fā)明研究了一種亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法，包括以下步驟:
本發(fā)明所用亞共晶招-娃合金成分組成為:娃6 wt.%~12% wt.%，鎂、銅O wt.%~1.0
wt.%，其余為招。
[0007](I)將亞共晶鋁-硅合金總質(zhì)量的60%~80%過熱到830°C -990°C，保溫10~20min ；
(2)將預(yù)熱至50°C~200°C的剩余同成分合金加入到預(yù)定溫度的合金液中，進(jìn)行激冷，使熔體溫度速降至740 °C -780 °C ；
(3)之后加入占合金總質(zhì)量0.P/『l.0%的釔，攪拌均勻，靜置后澆入鑄模即得。
[0008]所述的亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法，將釔與鋁制成8 wt.%~15 wt.%鋁-釔合金后再使用。
[0009]所述的亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法，其特征在于步驟(I)中將亞共晶鋁-硅合金總質(zhì)量的60%~80%首先過熱到830°C ~990°C，保溫10~20min。
[0010]所述的亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法，其過熱溫度根據(jù)合金成分不同需適當(dāng)調(diào)整。
[0011]本發(fā)明選用亞共晶鋁-硅合金為母體，針對(duì)合金的粗大晶粒采用了新的熔體復(fù)合處理方法。通過對(duì)亞共晶鋁-硅合金熔體結(jié)構(gòu)隨溫度變化規(guī)律的分析，選取適當(dāng)?shù)娜垠w過熱溫度、保溫時(shí)間、激冷方式等工藝參數(shù)，通過控制釔變質(zhì)的熔體狀態(tài)，發(fā)明了一種復(fù)合處理工藝方法，改善了亞共晶鋁-硅合金的組織和性能。
[0012]本發(fā)明采用變質(zhì)與熱速處理復(fù)合的熔體處理工藝，可使亞共晶鋁-硅合金中的初生α -Al相由120~270 μ m減小到30~50 μ m，共晶硅由15~25 μ m的針狀轉(zhuǎn)變?yōu)閹孜⒚椎念w粒狀，棱角明顯鈍化，分布均勻。其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度和伸長(zhǎng)率均得到較大提高。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
將含硅9wt.%、鎂0.5wt.%的亞共晶鋁-硅合金總量的70%在電阻爐中過熱至890°C，保溫20min后，向熔體中加入剩余預(yù)熱至80°C的合金料，迅速攪拌均勻，使熔體溫度降至760°C左右，靜置保溫lOmin，澆注金屬型成形。
[0014]經(jīng)過熱速處理后，該合金的抗拉強(qiáng)度由202MPa提高到231MPa，屈服強(qiáng)度由106MPa提高至IJ 119MPa，硬度由78HB提高到89HB，伸長(zhǎng)率由2.41%提高到4.18%。
[0015]
實(shí)施例2
將含硅9wt.%、鎂0.5wt.%的亞共晶鋁-硅合金總量的60%在電阻爐中過熱至930°C，保溫20min后，向熔體中加入剩余預(yù)熱至100°C的合金料，迅速攪拌均勻，使熔體溫度降至760°C左右，靜置保溫lOmin，澆注金屬型成形。
[0016]經(jīng)過熱速處理后，該合金的抗拉強(qiáng)度由202MPa提高到243MPa，屈服強(qiáng)度由106MPa提高到130MPa，硬度由78HB提高到93HB，伸長(zhǎng)率由2.41%提高到4.02%。
[0017]
實(shí)施例3
將含硅9wt.%、鎂0.5wt.%的亞共晶鋁-硅合金總量的75%在電阻爐中過熱至930°C，保溫20min后，向熔體中加入剩余預(yù)熱至90°C的合金料，迅速攪拌均勻，使熔體溫度降至770°C左右，之后加入占總合金量0.1%的釔進(jìn)行攪拌，靜置保溫lOmin，澆注金屬型成形。
[0018]經(jīng)過熱速處理與釔變質(zhì)處理復(fù)合處理后，該合金的抗拉強(qiáng)度由202MPa提高到251MPa，屈服強(qiáng)度由106MPa提高到139MPa，硬度由78HB提高到96HB，伸長(zhǎng)率由2.41%提高到 4.48%ο
[0019]
實(shí)施例4
將含硅9%wt.%、鎂0.5wt.%的亞共晶鋁-硅合金總量的65%在電阻爐中過熱至930°C，保溫20min后，向熔體中加入剩余預(yù)熱至100°C的合金料，迅速攪拌均勻，使熔體溫度降至770°C左右，之后加入占總合金量0.2%的乾進(jìn)行變質(zhì)處理，靜置保溫lOmin，饒注金屬型成形。
[0020]經(jīng)過熱速處理與釔變質(zhì)處理復(fù)合處理后，該合金的抗拉強(qiáng)度由202MPa提高到269MPa，屈服強(qiáng)度由106MPa提高到148MPa，硬度由78HB提高到102HB，伸長(zhǎng)率由2.41%提高到4.79%ο
[0021]
實(shí)施例5
將含硅7%wt.%、鎂0.4wt.%、銅0.2 wt.%的亞共晶鋁-硅合金總量的75%在電阻爐中過熱至900°C，保溫20min后，向熔體中加入剩余預(yù)熱至90°C的合金料，迅速攪拌均勻，使熔體溫度降至750°C左右，之后加入占總合金量0.2%的釔進(jìn)行變質(zhì)處理，靜置保溫lOmin，澆注金屬型成形。
[0022]經(jīng)過熱速處理與釔變質(zhì)處理復(fù)合處理后，該合金的抗拉強(qiáng)度由194MPa提高到255MPa，屈服強(qiáng)度由1lMPa提高到137MPa，硬度由71HB提高到94HB，伸長(zhǎng)率由2.41%提高到 4.23%。
[0023]通過上述實(shí)施例可得，經(jīng)過熔體復(fù)合處理后的亞共晶鋁-硅合金，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度和伸長(zhǎng)率均明顯提高?？梢姡瑏喒簿тX-硅合金熔體復(fù)合處理后，合金的綜合力學(xué)性能提尚。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法，其特征是包括以下步驟:(1)將亞共晶鋁-硅合金總質(zhì)量的60%~80%首先過熱到830°C-990°C，保溫10~20min ； (2)將預(yù)熱至50°C~200°C的剩余亞共晶鋁-硅合金加入到已過熱的合金液中，進(jìn)行激冷，使熔體溫度速降至740°C -780°C ； (3)之后加入占合金總質(zhì)量0.P/『l.0%的釔，攪拌均勻，靜置后澆入鑄模即得； 釔與鋁制成鋁-釔合金后再使用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞共晶鋁-硅合金，其特征是，成分組成為:硅6wt.%~10%wt.%，儀、銅 O wt.%~1.0 wt.%，其余為招。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法，其特征是，鋁-釔合金含乾量為8 wt.%~15wt.%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法，其特征是，將亞共晶鋁-硅合金總質(zhì)量的60%~80%首先過熱到830°C ~990°C，保溫10~20min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞共晶鋁-硅合金熔體復(fù)合處理方法，其特征是，亞共晶鋁-硅合金熔體溫度根據(jù)合金成分不同需適當(dāng)調(diào)整。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種亞共晶鋁-硅合金的熔體復(fù)合處理方法。亞共晶鋁-硅合金成分組成為：硅6wt.%~10wt.%，鎂、銅0wt.%~1.0wt.%，其余為鋁。本發(fā)明采用變質(zhì)與熱速處理復(fù)合的熔體處理工藝，其熔體復(fù)合處理方法為：將亞共晶鋁-硅合金總質(zhì)量的60%~80%首先過熱到830℃~990℃，保溫10~20min后，將剩余的合金加入到合金液中進(jìn)行激冷，使熔體溫度速降至740℃~780℃，之后加入占合金總質(zhì)量0%~1.0%的釔，攪拌均勻，靜置后澆入鑄模即得。本發(fā)明所采用熔體復(fù)合處理工藝，可使亞共晶鋁-硅合金的力學(xué)性能得到提高。該方法生產(chǎn)成本較低，易于操作，與普通鑄造方法相比，對(duì)亞共晶鋁-硅合金的強(qiáng)化效果明顯。
【IPC分類】C22C21/04, C22C1/03
【公開號(hào)】CN105063390
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510418655
【發(fā)明人】盛萌, 耿浩然, 姬鵬飛
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年7月17日