專利名稱：一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法
技術領域：
一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，涉及一種金屬材料的顯微組織細化的工藝方法。
背景技術：
過共晶型鋁硅合金中的硅含量一般高達16％～26％，與共晶鋁硅合金相比，合金中存在過固溶的硅，這種硅以初晶硅形式存在于基體中，可以大大提高材料的耐磨性和耐熱性能。同時，隨著硅含量增加，合金的密度、線膨脹系數(shù)減小，因此該合金是理想的活塞材料。
然而由于過共晶鋁硅合金鑄態(tài)組織由粗大的長條狀或針狀共晶硅相和粗大的多角形塊狀和五瓣星狀的初晶硅相組成，這種組織使材料的機械性能和切削加工性能嚴重惡化，若不經(jīng)細化變質(zhì)處理，該合金不能在工業(yè)上得到實際的應用。
目前，國內(nèi)常用的過共晶鋁硅合金顯微組織細化工藝為采用復合變質(zhì)劑來變質(zhì)處理鑄態(tài)組織，采用的復合變質(zhì)劑包括磷-稀土復合變質(zhì)劑，硫-稀土復合變質(zhì)劑，磷-硫-稀土復合變質(zhì)劑等。復合變質(zhì)可以一定程度上細化鑄態(tài)組織，但所得的組織一般達不到鍛坯用材料的技術要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述已有技術存在的不足，提供一種能滿足鍛坯用過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于該工藝涉及的鋁硅合金中硅的質(zhì)量百分比含量為16％-20％；細化工藝步驟包括(1)向熔融的過共晶鋁硅合金中加入含鈦晶粒細化劑，攪拌至完全熔化；(2)然后向熔液中加入磷類變質(zhì)劑攪拌均勻，細化初晶硅，鑄錠；(3)對步驟2的鑄錠在500-520℃進行熱處理，或?qū)Σ襟E2的鑄錠在480℃熱擠壓然后再在500-535℃進行熱處理。
本發(fā)明的一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于向熔融的過共晶鋁硅合金加入的含鈦的晶粒細化劑為鋁鈦硼或鋁鈦碳中間合金；加入量為熔體質(zhì)量0.1％；本發(fā)明的一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于磷類變質(zhì)劑是赤磷、鋁粉和/或熔劑氟鈦酸鉀的混合物。
本發(fā)明的一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于磷類變質(zhì)劑是是預含磷化鋁晶核的中間合金。
本發(fā)明的一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于磷變質(zhì)采用的工藝條件為P加入量為熔體質(zhì)量的0.03％-0.2％；變質(zhì)溫度為720℃-830℃；變質(zhì)時間為20-30分鐘；澆鑄溫度為730℃-830℃。最佳變質(zhì)工藝條件為最佳P加入量為熔體質(zhì)量的0.05％；最佳變質(zhì)溫度為800℃；變質(zhì)時間為20-30分鐘；最佳澆鑄溫度為800℃。
本發(fā)明過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，采用磷變質(zhì)初晶硅結合熱處理和熱擠壓細化共晶硅，所得的組織更為細小和均勻，初晶硅平均晶粒尺寸約為13μm，共晶硅全部粒化，所得組織具有更高的抗拉強度、硬度和尺寸穩(wěn)定性。擠壓+T6((500℃，3h)水淬，(200℃，6h)時效)處理后材料的抗拉強度達到414.7MPa，硬度(HV)為156(HB為148)，延伸率為0.5％。


圖1采用本發(fā)明的方法的A390合金經(jīng)800℃變質(zhì)30分鐘，800℃澆注，鑄錠經(jīng)480℃熱擠壓變形和520℃，3h熱處理后的金相組織照片；圖2采用本發(fā)明的方法的A390合金經(jīng)800℃變質(zhì)30分鐘，800℃澆注，鑄錠經(jīng)535℃，3h熱處理后的金相組織照片；圖3采用本發(fā)明的方法的A390合金經(jīng)800℃變質(zhì)30分鐘，800℃澆注，鑄錠經(jīng)480℃熱擠壓變形和500，3h熱處理后的金相組織照片。
具體實施例方式
一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，該工藝涉及的鋁硅合金中硅的質(zhì)量百分比含量為16％-20％。所涉及的過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝包括以下步驟(1)按化學成分配制過共晶鋁硅合金。(2)向熔融的過共晶鋁硅合金中加入0.1％熔體質(zhì)量的含鈦晶粒細化劑(熔體與折合鈦的質(zhì)量百分比為0.1)，攪拌至完全熔化，含鈦的晶粒細化劑可以為鋁鈦硼或鋁鈦碳中間合金。
(3)然后向熔液中加入磷類變質(zhì)劑細化初晶硅，攪拌均勻，等待20-30分鐘后澆鑄到金屬模中。磷類變質(zhì)劑可以是赤磷和熔劑(主要成分為氟鈦酸鉀)的混合物，也可以是預含磷化鋁晶核的中間合金。磷變質(zhì)采用的工藝條件為P加入量為熔體質(zhì)量的0.03-0.2％；變質(zhì)溫度為720℃-830℃；變質(zhì)時間為20-30分鐘；澆鑄溫度為730℃-830℃。最佳變質(zhì)工藝條件為最佳P加入量為熔體質(zhì)量的0.05％；最佳變質(zhì)溫度為800℃；變質(zhì)時間為20-30分鐘；最佳澆鑄溫度為800℃。(4)對步驟3的鑄錠在500-535℃進行熱處理，或?qū)Σ襟E2的鑄錠在(5)480℃熱擠壓然后再在500-535℃進行熱處理。
下面給出本發(fā)明的最佳實例。
實施例1(1)采用鋁錠、一級結晶硅、原生鎂錠、電解銅按質(zhì)量百分比Si16-18％，Cu4-5，Mg0.45-0.65％，余量為Al，配制A390合金。(2)稱取鈦含量為鋁熔體質(zhì)量0.1％的鋁鈦硼中間合金，加入熔化的A390合金中，攪拌至完全熔化。(3)然后加熱熔體至800℃后，向熔液中加入赤磷含量為熔體質(zhì)量0.05％的赤磷、鋁粉和熔劑(主要為氟鈦酸鉀)的混合壓塊(混合壓塊中赤磷、鋁粉和熔劑的質(zhì)量百分比為20∶25∶55)，攪拌均勻，等待20-30分鐘后，澆鑄到金屬模中，澆鑄溫度為800℃。(4)對步驟3的鑄錠在德國產(chǎn)VMK-250-S熱處理爐中，在535℃熱處理3小時，然后水淬冷卻，所得顯微組織如圖2所示，所得組織的力學性能為抗拉強度245MPa，硬度(HV)為142，延伸率為0.3％。
實施例2(1)按方案1方法配制A390合金。(2)向熔體中加入鈦含量為鋁熔體質(zhì)量0.1％的鋁鈦硼中間合金，攪拌至完全熔化。(3)然后向800℃熔體中加入磷含量為熔體質(zhì)量0.05％的預含磷化鋁晶核的中間合金，攪拌至熔化后，等待20分鐘，在800℃溫度澆鑄入金屬模中。(3)對鑄錠在480℃，擠壓比為3∶1，擠壓速度＜1米/秒的條件下進行擠壓變形。(5)擠壓后的棒坯在德國產(chǎn)VMK-250-S熱處理爐中，在500℃熱處理3小時，然后水淬冷卻，所得顯微組織如圖3所示。擠壓+T6((500℃，3h)水淬，(200℃，6h)時效)處理后所得組織的抗拉強度為414.7MPa，硬度(HV)為156(HB為148)，延伸率為0.5％。
實施例3(1)按方案1方法配制A390合金、加入含鈦晶粒細化劑。(2)然后加熱熔體至720℃后，向熔液中加入赤磷含量為熔體質(zhì)量0.2％的赤磷和熔劑(主要為氟鈦酸鉀)的混合壓塊(壓塊中赤磷和熔劑的質(zhì)量百分比為40∶60)，攪拌均勻，等待30分鐘后，澆鑄到金屬模中，澆鑄溫度為730℃。(3)對步驟2的鑄錠在德國產(chǎn)VMK-250-S熱處理爐中，在535℃熱處理3小時后水淬冷卻。
實施例4(1)按方案1方法配制A390合金、加入含鈦晶粒細化劑。(2)然后加熱熔體至830℃后，向熔液中加入赤磷含量為熔體質(zhì)量0.03％的赤磷、鋁粉和熔劑(主要為氟鈦酸鉀)的混合壓塊(混合壓塊中赤磷、鋁粉和熔劑的質(zhì)量百分比為20∶25∶55)，攪拌均勻，等待30分鐘后，澆鑄到金屬模中，澆鑄溫度為830℃。(4)對步驟2的鑄錠在德國產(chǎn)VMK-250-S熱處理爐中，在500℃熱處理3小時后水淬冷卻。
權利要求
1.一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于該工藝涉及的鋁硅合金中硅的質(zhì)量百分比含量為16％-20％；細化工藝步驟包括(1)向熔融的過共晶鋁硅合金中加入含鈦晶粒細化劑，攪拌至完全熔化；(2)然后向熔液中加入磷類變質(zhì)劑攪拌均勻，細化初晶硅，鑄錠；(3)對步驟2的鑄錠在500-520℃進行熱處理，或?qū)Σ襟E2的鑄錠在480℃熱擠壓然后再在500-535℃進行熱處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于向熔融的過共晶鋁硅合金加入的含鈦的晶粒細化劑為鋁鈦硼或鋁鈦碳中間合金；加入量為熔體質(zhì)量0.1％；
3.根據(jù)權利要求1所述的一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于磷類變質(zhì)劑是赤磷、鋁粉和/或熔劑氟鈦酸鉀的混合物。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于磷類變質(zhì)劑是預含磷化鋁晶核的中間合金。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于磷變質(zhì)采用的工藝條件為P加入量為熔體質(zhì)量的0.03％-0.2％；變質(zhì)溫度為720℃-830℃；變質(zhì)時間為20-30分鐘；澆鑄溫度為730℃-830℃。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，其特征在于變質(zhì)工藝條件為P加入量為熔體質(zhì)量的0.05％；變質(zhì)溫度為800℃；變質(zhì)時間為20-30分鐘；澆鑄溫度為800℃。
全文摘要
一種過共晶鋁硅合金的顯微組織細化工藝方法，涉及一種金屬材料的顯微組織細化的工藝方法。其特征在于其細化工藝步驟包括(1)向熔融的過共晶鋁硅合金中加入為熔體質(zhì)量0.1％的含鈦晶粒細化劑，攪拌至完全熔化；(2)然后向熔液中加入磷類變質(zhì)劑攪拌均勻，細化初晶硅，鑄錠；(3)對步驟2的鑄錠在500－520℃進行熱處理，或?qū)Σ襟E2的鑄錠在480℃熱擠壓然后再在500－535℃進行熱處理。本發(fā)明的方法，采用磷變質(zhì)初晶硅結合熱處理和熱擠壓細化共晶硅，所得的組織更為細小和均勻，初晶硅平均晶粒尺寸約為13μm，共晶硅全部?；媒M織具有更高的抗拉強度、硬度和尺寸穩(wěn)定性，可以作為汽車發(fā)動機活塞和壓縮機斜盤的鍛造用坯料。
文檔編號B22D21/00GK101058855SQ20071009982
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權日2007年5月31日
發(fā)明者張俊紅, 任智森, 趙群 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司