專利名稱：無(wú)凝固收縮鋁硅合金及熔鑄技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，進(jìn)一步講是涉及鋁硅合金技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種無(wú)凝固收縮鋁硅合金及其熔鑄技術(shù)。
液態(tài)金屬凝固時(shí)一般都要發(fā)生不同程度的體積收縮，體積收縮是造成鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、表面縮陷等鑄造缺陷的根源。為了避免因體積收縮引起的鑄造缺陷的產(chǎn)生，一般合金鑄造時(shí)都要采取補(bǔ)縮措施，補(bǔ)縮系統(tǒng)的重量通常是鑄件重量的0．6～3倍。這不僅造成材料、能源和人力的巨大浪費(fèi)，而且也不能從根本上防止由體積收縮引起的鑄造缺陷的產(chǎn)生。
鋁合金由于比重小，強(qiáng)度高，韌性好而廣泛用于航空、航海、航天、汽車及摩托車工業(yè)生產(chǎn)中。近年來(lái)，由于航空、航海、航天、特別是汽車及摩托車工業(yè)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，需要采用線膨脹系數(shù)很小和耐磨性很高且機(jī)械性能優(yōu)良的高硅鋁合金材料來(lái)制造內(nèi)燃機(jī)活塞、殼體等鑄件，鋁硅合金熔化后由于具有良好的流動(dòng)性而廣泛用于鑄造生產(chǎn)中。但是，與其它合金一樣，一般鋁硅合金在凝固時(shí)也會(huì)因體積收縮而產(chǎn)生縮孔、縮松、表面縮陷等鑄造缺陷。這些鑄造缺陷的產(chǎn)生會(huì)大大降低鑄件的機(jī)械性能、氣密性和耐腐蝕性，要避免這些鑄造缺陷的產(chǎn)生，目前工業(yè)生產(chǎn)中仍是用加大鑄件的補(bǔ)縮系統(tǒng)來(lái)解決問(wèn)題，故使鑄件的生產(chǎn)成本大大提高。怎樣能使合金在凝固時(shí)既不發(fā)生體積收縮，又具有良好的機(jī)械性能、氣密性和耐腐蝕性，這是國(guó)內(nèi)外科技工作者一直探討的問(wèn)題。
過(guò)共晶鋁硅合金隨著硅含量增加，硬度、強(qiáng)度提高，而韌性大大降低，這主要是合金組織中粗大的初生硅相所致，故近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)過(guò)共晶鋁硅合金組織中初生硅的細(xì)化做了大量的研究。目前過(guò)共晶鋁硅合金組織中初生硅的細(xì)化工藝主要有元素細(xì)化法；超聲波細(xì)化法；攪拌細(xì)化法；快速凝固細(xì)化法；兩種不同成分的合金熔化后混合澆注細(xì)化法；控制熔體的保溫溫度、保溫時(shí)溫度、保溫時(shí)間細(xì)化法。如專利號(hào)為JP63243208的日本專利，就是用P-Cu作為細(xì)化劑的元素細(xì)化法，它操作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，但其硅含量為17％，硬度較低，耐磨性不理想，而初生硅尺寸僅細(xì)化到30μm左右。又如發(fā)表在《JOURAL OF THE JAPANINSTITUTE OF METALS》P．700-705June 1990的文章&#60Refinementof Primary Silicon Crystals in Hypereutectic Al-Si Alloysby the Duplex Casting process&#62就介紹了兩種不同成分(32％Si和12％Si)的合金熔化后混合澆注細(xì)化法，這種方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，但其初生硅只能細(xì)化到40μm左右。而超聲波細(xì)化法、攪拌細(xì)化法等細(xì)化方法也只能使初生硅尺寸細(xì)化到30μm左右，且需用專門的裝置及設(shè)備，成本高，熔鑄工藝復(fù)雜，不易形成批量生產(chǎn)。這幾種細(xì)化方法雖使得鑄件的機(jī)械性能、氣密性和耐腐蝕性有所提高，但仍不能做到無(wú)凝固收縮，滿足不了目前飛速發(fā)展的航空、航海、航天等科技事業(yè)的需要。
本發(fā)明者委托陜西省科學(xué)技術(shù)信息研究所對(duì)近十年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)過(guò)共晶鋁硅合金的研究進(jìn)行了查新，其結(jié)論為該查新科題所研究的無(wú)凝固收縮過(guò)共晶鋁硅合金配方及熔鑄工藝在國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中均未見(jiàn)完全相同的報(bào)道。
本發(fā)明的發(fā)明人近十年來(lái)一直從事鋁硅合金方面的研究，為了獲得高強(qiáng)度、耐磨、耐腐蝕的鋁硅合金鑄件，在原有細(xì)化工藝的基礎(chǔ)上，采用復(fù)合變質(zhì)劑與特殊熔鑄工藝相結(jié)合，通過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)和探索而獲得成功。
本發(fā)明的目的就是要提供一種在凝固時(shí)不發(fā)生體積收縮，凝固后的合金顯微組織非常細(xì)小，初生硅尺寸可細(xì)化到10～15μm，鑄件的機(jī)械性能、氣密性和耐腐蝕性大大提高，省去常規(guī)的鑄件補(bǔ)縮系統(tǒng)，節(jié)約材料、能源和人力，可大大降低成本，無(wú)需專門設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單、易行、適用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的無(wú)凝固收縮鋁硅合金及其熔鑄技術(shù)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明的合金未處理前的顯微組織。
圖2為本發(fā)明的合金經(jīng)本發(fā)明的熔鑄工藝處理后的顯微組織。
本發(fā)明所提供的鋁硅合金的化學(xué)成分(wt．％)范圍為Si 23～28 Cu 0．5～1．2 Mg 0．6～1．0 Ni 1．0～2．0 Al余量。
該合金的變質(zhì)劑為P-Cu+RE復(fù)合變質(zhì)劑，其加入量(以合金總量為基準(zhǔn))為P-Cu 0．8～1．2％ RE 12～18％ RE以配制好的Al-14％RE中間合金加入。
該合金在凝固時(shí)不發(fā)生體積收縮。發(fā)明人對(duì)以上提供的配方的鋁硅合金鑄件的收縮率、致密比重、比重做了大量的實(shí)驗(yàn)和研究工作，其結(jié)果如下。
收縮率0～-0．14％致密比重 2．5751～2．5336比重 2．5694～2．5388致密比重具有補(bǔ)縮系統(tǒng)的鑄件比重比重?zé)o補(bǔ)縮系統(tǒng)的鑄件比重由此可見(jiàn)，此配方的鋁硅合金在凝固時(shí)不但沒(méi)有體積收縮，反而有微小膨脹。
一般的過(guò)共晶鋁硅合金在常規(guī)熔鑄工藝下，因其結(jié)晶溫度間隔在200℃左右，合金凝固后的顯微組織中初生硅和共晶硅的尺寸非常粗大，其初生硅尺寸為200μm左右。本發(fā)明所提供的鋁硅合金雖然做到了無(wú)凝固收縮，但在常規(guī)熔鑄工藝下，合金凝固后的顯微組織中初生硅的尺寸仍非常粗大，見(jiàn)圖1，這就使得初生硅的細(xì)化變得非常困難，而鋁硅合金的加工性能和機(jī)械性能直接與初生硅的尺寸有關(guān)，只有使初生硅細(xì)化到一定程度，合金才具有良好的加工性能和機(jī)械性能。本發(fā)明所提供的鋁硅合金屬于高硅鋁硅合金，用傳統(tǒng)的細(xì)化方法根本無(wú)法達(dá)到這一點(diǎn)，必須尋找一種特殊工藝處理方法對(duì)其熔化過(guò)程進(jìn)行控制，才能達(dá)到細(xì)化的目的。
本發(fā)明對(duì)所提供的鋁硅合金的熔化及冷卻凝固過(guò)程采用了專門的熔鑄技術(shù)，經(jīng)此工藝處理后合金的顯微組織被大大細(xì)化，顯微組織中初生硅的尺寸僅為10～15μm，經(jīng)T6熱處理后，機(jī)械性能指標(biāo)為σb=310．8MPa HB=208．3δ=3．83％由此可以看出，本發(fā)明對(duì)所提供的鋁硅合金在本發(fā)明所提供的熔鑄工藝下凝固后，合金顯微組織非常細(xì)小，見(jiàn)圖2，機(jī)械性能、氣密性和耐腐蝕性良好。
本發(fā)明所提供的無(wú)凝固收縮鋁硅合金的特殊熔鑄技術(shù)為P-Cu+Re復(fù)合變質(zhì)，然后再對(duì)其進(jìn)行溫差處理。
具體做法如下(1)按照前述合金比例配制本發(fā)明所提供的鋁硅合金，然后放入電阻爐中熔化，完全熔化后，待合金液溫度升至上750～780℃時(shí)，加入混合精煉劑進(jìn)行精煉。
混合精煉劑的成分為C2Cl650％KCl 25％NaCl 25％(2)在精煉后的合金液中加入P-Cu+RE復(fù)合變質(zhì)劑，再在熔化爐中繼續(xù)升溫至820～850℃保溫20分鐘左右，快速升溫至900℃左右，然后澆注到溫度為200～300℃的金屬鑄型中。
(3)把變質(zhì)后的合金分為兩部分，分別放入不同電阻爐中重新熔化，待兩爐完全熔化后，一爐升溫到650～700℃，此合金液視為低溫熔體，另一爐升溫到900～950℃，該合金液視為高溫熔體，然后將高溫熔體加入低溫熔體中，均勻混合后，把均勻的混合液在750℃左右澆注到溫度為200～300℃的金屬鑄型中，即可得到本發(fā)明的無(wú)凝固收縮鋁硅合金。
本發(fā)明經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，采用了科學(xué)的配比及熔鑄技術(shù)從而得到了高強(qiáng)度、耐磨、耐腐蝕、不需補(bǔ)縮系統(tǒng)和專門設(shè)備的無(wú)凝固收縮鋁硅合金。綜合起來(lái)本發(fā)明所提供的鋁硅合金及熔鑄技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、冷卻凝固時(shí)不發(fā)生體積收縮，避免了因體積收縮而引起的縮孔、縮松等鑄造缺陷的產(chǎn)生，故在鑄件生產(chǎn)中可省去補(bǔ)縮系統(tǒng)(補(bǔ)縮系統(tǒng)往往是鑄件的0．6～3倍)，這可大大節(jié)省材料、能源和人力，使鑄件生產(chǎn)成本大幅度降低。
2、具有良好的加工性能和機(jī)械性能，由于對(duì)其熔化過(guò)程進(jìn)行了特殊工藝處理，得到的鑄件顯微組織非常細(xì)小，初生硅尺寸僅為10～15μm，故鑄件的加工性能和機(jī)械性大大提高，鑄件加工成本大大降低。
3、耐磨、耐腐蝕性好，可用于活塞、缸體等需要耐磨、耐腐蝕性好的鑄件。
4、熔鑄工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需專門設(shè)備，易操做，生產(chǎn)成本低，可使生產(chǎn)率大幅度提高，很易在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中推廣使用。
該合金的變質(zhì)劑加入量(以合金總量為基準(zhǔn))為P-Cu1．2％RE15％。
合金的熔鑄工藝具體步驟如下(1)按照前述合金比例配制本發(fā)明所提供的鋁硅合金，然后放入電阻爐中熔化，完全熔化后，待合金液溫度升至上760℃左右時(shí)，加入混合精煉劑進(jìn)行精煉。
混合精煉劑的成分為C2Cl650％ KCl 25％ NaCl 25％(2)在精煉后的合金液中按所給復(fù)合變質(zhì)劑加入量的比例加入P-Cu+RE復(fù)合變質(zhì)劑，再在熔化爐中繼續(xù)升溫至830℃左右，保溫20分鐘左右，快速升溫至900℃左右，然后澆注到溫度為200～300℃的金屬鑄型中以備用。
(3)把變質(zhì)后的合金分為兩部分，分別放入不同電阻爐中重新熔化，待兩爐完全熔化后，一爐升溫到670℃左右，此合金液視為低溫熔體，另一爐升溫到930℃左右，該合金液視為高溫熔體，然后將高溫熔體加入低溫熔體中，均勻混合后，把均勻的混合液在750℃左右澆注到溫度為200～300℃的金屬鑄型中，即可得到本發(fā)明的無(wú)凝固收縮鋁硅合金。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)凝固收縮鋁硅合金及熔鑄技術(shù)，其特征在于無(wú)凝固收縮鋁硅合金的化學(xué)成分(wt％)為Si23～28Cu0．5～1．2Mg0．6～1．0Ni1．0～2．0Al余量；該合金的變質(zhì)劑為P-Cu+RE復(fù)合變質(zhì)劑，其加入量(以合金總量為基準(zhǔn))為P-Cu0．8～1．2％RE12～18％。
2.一種無(wú)凝固收縮鋁硅合金的熔鑄技術(shù)，其特征在于通過(guò)對(duì)液態(tài)合金進(jìn)行P-Cu+RE復(fù)合變質(zhì)，然后再對(duì)其進(jìn)行溫差處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熔鑄技術(shù)，其特征在于具體做法如下(1)按權(quán)利要求1的合金比例配制一定量的鋁硅合金，放入電阻爐內(nèi)熔化，完全熔化后，待合金溫度升至750～780℃，加入混合精煉劑進(jìn)行精煉；(2)在精煉后的合金液中加入權(quán)利要求1所述的P-Cu+RE復(fù)合變質(zhì)劑對(duì)合金液進(jìn)行變質(zhì)，再升溫至820～850℃，保溫20分鐘左右，再快速升溫至900℃左右，然后澆鑄到溫度為200～300℃的金屬鑄型中以備用；(3)把變質(zhì)后的合金分為兩部分，分別放入不同的電阻爐內(nèi)重新熔化，待兩爐完全熔化后，一爐升溫至650～700℃，此合金液視為低溫熔體溫度，另一爐升溫至900～950℃，此合金液視為高溫熔體溫度，然后將高溫熔體倒入低溫熔體中，待均勻混合后，把均勻混合液在750℃左右澆鑄到溫度為200～300℃的金屬鑄型中，即可獲得本發(fā)明的無(wú)凝固收縮鋁硅合金。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無(wú)凝固收縮鋁硅合金及其熔鑄技術(shù),采用P－Cu+RE復(fù)合變質(zhì)劑及溫差處理,就可制備出高質(zhì)量的無(wú)凝固收縮鋁硅合金,它不僅克服了因凝固收縮而引起的鑄造缺陷的產(chǎn)生,而且具有良好的機(jī)械性能、氣密性和耐腐蝕性。此熔鑄技術(shù)不需專門的設(shè)備,操作工藝簡(jiǎn)單,可使鑄件生產(chǎn)成本大幅度降低。是制造活塞、缸體等高強(qiáng)耐磨件的理想合金及熔鑄技術(shù)。
文檔編號(hào)B22D21/04GK1290762SQ0011394
公開(kāi)日2001年4月11日 申請(qǐng)日期2000年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月18日
發(fā)明者常芳娥, 堅(jiān)增運(yùn), 惠增哲, 嚴(yán)文 申請(qǐng)人:西安工業(yè)學(xué)院