專利名稱：一種細(xì)化高硅鋁硅合金組織中初晶硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬鑄造的方法領(lǐng)域，尤其涉及一種細(xì)化過共晶鋁硅合金初晶硅組織的方法。
背景技術(shù)：
過共晶鋁硅合金具有良好的耐磨性、熱穩(wěn)定性、低熱膨脹系數(shù)、高導(dǎo)熱性以及優(yōu)良的鑄造性能和焊接性能，一直被認(rèn)為是一種理想的耐磨耐熱功能合金材料。在航空航天工業(yè)、汽車零部件制造、鐵路運(yùn)輸業(yè)、軍事工業(yè)、電子工業(yè)以及內(nèi)燃機(jī)活塞制造業(yè)等領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用前景。然而，在常規(guī)鑄造條件下獲得過共晶鋁硅合金材料的微觀組織中，初晶硅呈板片狀、多角形塊狀或五瓣星狀，形態(tài)及分布狀況差，特別是通常條件下的初晶硅尺寸粗大(80-150 ym)。這使得過共晶鋁硅合金力學(xué)性能不高、切削性能變差，從而制約了過共晶鋁硅合金的實際使用與推廣。因此，盡可能細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅組織，一直是材料工程及鑄造業(yè)追求的目標(biāo)。迄今為止，國內(nèi)外細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅的技術(shù)有如下幾種:
1、澆鑄前對鋁硅液態(tài)合金變質(zhì)處理:即加入含磷、稀土等中間合金變質(zhì)劑，如:劉相法等:鋁-磷-銅中間合金及其制備方法(授權(quán)日:03.6.25，專利號:01 10 7704.2);吳樹森等:鑄造高硅鋁硅合金的雙重變質(zhì)劑(授權(quán)日:2003.6.11，專利號:00 13 1196.4);張金龍等:一種過共晶鋁硅合金變質(zhì)精煉劑(申請日期:2004.06.11，申請?zhí)?CN200410025120.3)。這類方法存在一些缺點，如:加入額外的變質(zhì)劑往往增加不菲的成本；變質(zhì)物質(zhì)(P等)往往對生產(chǎn)及社會環(huán)境造成嚴(yán)重污染(如車間有毒的P2O5煙霧及P對整體環(huán)境的污染；變質(zhì)效果尚不十分理想 ，通常初晶硅實際只能細(xì)化到平均尺寸35 50i!m左右(專利號:01 10 7704.2 ;鑄造(2006) 55 卷 12 期第 1244-1246 頁！Materials Characterization59 ( 2008 ) 1559 - 1563)，個別研究及專利聲稱可細(xì)化到20 y m左右(專利號:00 131196.4 ;專利號:2004 10010911)。2、“熔體過熱”方法:即將合金熔體加熱到大大超過常規(guī)熔煉溫度的某一溫度，以達(dá)到細(xì)化其凝固組織的目的。如清華大學(xué)與俄羅斯專家共同研究了(Materials Scienceand Engineering A332 (2002) 371-374)不同過熱溫度及冷卻條件對Al_Sil6%合金的初晶硅晶粒尺寸影響；西北工業(yè)大學(xué)對含Sil7.42%的鋁硅合金也曾有過類似的研究(有色金屬，(2002)第54卷第3期第19-21頁)。雖然發(fā)現(xiàn)熔體過熱能夠在一定程度上細(xì)化初晶硅，但其工藝方法的不足之處在于，過熱溫度的選取存在盲目性，因此硅晶體的細(xì)化程度有限，對Al-Si 16%過熱處理后在快速冷卻條件下也只能達(dá)到20-30 y m左右，含Si 17.42%的鋁硅合金的初晶硅細(xì)化及形態(tài)則十分不理想(有色金屬，(2002)第54卷第3期第19-21頁)。3、“熔體混溶”方法:“熔體混溶”方法是將不同成分或相同成分的鋁硅高、低溫合金熔體快速混合，以達(dá)到細(xì)化組織的目的。文獻(xiàn)(中國有色金屬學(xué)報，(1995)第5卷第4期第133-135頁)聲稱，運(yùn)用該方法可將Sil8%的鋁硅合金初晶硅從80 y m細(xì)化到20 u m。文獻(xiàn)(機(jī)械工程材料(2011)第35卷第2期第12 15頁)利用鋁硅高、低溫合金熔體混溶，使得含Si20%的鋁硅合金初晶硅的平均尺寸細(xì)化到36 ii m左右。專利申請?zhí)枮镃N200910304965.9(高硅鋁合金或其它含第二硬脆相合金的物理法變質(zhì)工藝，申請日:2009.07.29)的發(fā)明聲稱，含20%Si鋁硅合金中初生Si相的晶粒在保溫100分鐘內(nèi)尺寸可穩(wěn)定在40 ii m左右。該類方法的不足之處也在于，高溫及鋁硅低溫合金熔體的溫度選取存在盲目性，硅晶體的細(xì)化程度也有限。本發(fā)明前期工作研究了熔體混溶處理對Al-1SSi合金初晶硅組織的細(xì)化作用(過共晶鋁硅合金熔體處理及變質(zhì)研究，陳忠華，中國優(yōu)秀學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，工程科技I輯，2011年4月30日)，文中低溫熔體的制備過程為“按照常規(guī)方法配料-熔煉-成分檢測-精煉后的合金熔體在覆蓋劑的保護(hù)下分別降溫至620、640、700、760 V保溫30分鐘得到鋁硅低溫合金熔體”，高溫熔體制備過程為“按照常規(guī)方法配料-熔煉-成分檢測-精煉后的合金熔體在覆蓋劑的保護(hù)下隨爐子升溫至1150°C保溫得到鋁硅高溫合金熔體”，將制備得到的鋁硅高溫、低溫合金熔體以質(zhì)量比0.5:1 2:1混溶，混溶后停留相同的時間澆注入模具凝固得到鑄件，結(jié)果指出，經(jīng)過性質(zhì)與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的鋁硅高溫合金熔體與處于特殊液固相區(qū)的鋁硅低溫合金熔體混溶處理可以顯著的細(xì)化Al-1SSi合金中初晶硅組織，初晶硅平均直徑可以細(xì)化到11 13iim，初晶硅分布均勻，形態(tài)圓整。然而，對于硅含量更高的鋁硅合金，其凝固溫度范圍變寬，初晶硅細(xì)化的難度增加，這種處理方法對初晶硅組織的改善作用有限。4、固態(tài)合金的后續(xù)熱處理:對固態(tài)合金坯料進(jìn)行長時間的熱處理(一種大尺寸過共晶高硅鋁合金坯料及其制備方法，專利號=200510119550，授權(quán)日:2008.6.4)。該工藝細(xì)化初晶硅的效果好，但需要額外熱處理設(shè)備，增加工藝周期并需大量消耗能源。5、其它方法還有:電磁攪拌(材料科學(xué)與工藝(2001)9卷第2期第117-121)、超聲波處理(journal of materials processing technology 208 (2008 ) 330-335)、快速凝固等，但對實際鑄件生產(chǎn)應(yīng)用在技術(shù)和設(shè)備要求上依然有難度，且效果有限度。由上述背景可知:過共晶鋁硅合金組織中的初晶硅細(xì)化及形態(tài)、分布的改善，具有重要的工程應(yīng)用價值。雖 然國內(nèi)外研究及發(fā)明已取得了不少進(jìn)展與明顯效果，但初晶硅細(xì)化及形態(tài)、分布改善，方法上仍需繼續(xù)努力，以獲得更佳的效果，且最好具有無污染、方便易操作、不影響生產(chǎn)率等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在前期工作的基礎(chǔ)上(過共晶鋁硅合金熔體處理及變質(zhì)研究，陳忠華，中國優(yōu)秀學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，工程科技I輯，2011年4月30日)進(jìn)行了系統(tǒng)且具有明顯特色的創(chuàng)新，采用不同于以往的方法制備了鋁硅低溫合金熔體，與經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)和性質(zhì)轉(zhuǎn)變的鋁硅高溫合金熔體進(jìn)行混溶，混合后得到的混合熔體由原保溫相同時間改為放入750°C爐子中保溫不同的時間后澆注，以使低溫熔體帶入的初晶硅顆粒/類固相原子團(tuán)簇能夠得到充分的熔斷、增殖成為硅的同質(zhì)核心，促進(jìn)大量形核，從而達(dá)到顯著細(xì)化初晶硅并改善形態(tài)及分布的目的。本發(fā)明通過一系列的研究獲得了混合熔體所需要的最佳保溫時間，可為工業(yè)生產(chǎn)提供工藝指導(dǎo)。為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于，按以下步驟操作:(1)將制備好的經(jīng)過不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的1000°c左右的鋁硅高溫合金熔體與鋁硅低溫合金熔體以1:1 3:1的質(zhì)量比混溶；
(2)混溶后，在覆蓋劑的保護(hù)下將混合合金熔體放入保溫爐中冷卻至設(shè)定溫度，并在此設(shè)定溫度的爐子中進(jìn)行等溫處理，根據(jù)合金成分，其保溫爐的預(yù)設(shè)等溫溫度為750 780°C，混合熔體達(dá)到此預(yù)設(shè)溫度后的合適等溫時間為40秒 20分鐘；
(3)混合熔體等溫處理之后，澆注入模具凝固得到鑄件。所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:
所述的鋁硅低溫合金熔體按照以下方法制備而得:使低溫熔體也經(jīng)歷不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并在此后冷卻至液固兩相區(qū)進(jìn)行升溫和降溫的循環(huán)處理后，即得。所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:
所述的鋁硅低溫合金熔體按照以下方法制備而得:
按常規(guī)方法配料、熔煉、成分檢測、精煉后的合金熔體在覆蓋劑的保護(hù)下隨爐子升溫至1000°C左右保溫30分鐘左右實現(xiàn)預(yù)轉(zhuǎn)變，再隨爐升溫至1200°C左右保溫5分鐘左右讓其經(jīng)歷不可逆的液態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，隨后從爐子中取出在覆蓋劑的保護(hù)下快速于空氣中冷卻至600°C左右放入爐子中均溫4 6分鐘，再升溫至680°C左右均溫5分鐘左右，之后再于空氣中冷卻至600°C左右放入爐子中均溫4 6分鐘，將上述“冷卻后均溫一再升溫后均溫”的過程循環(huán)2 3次，之后將溫度快速降至640 660°C均溫0 30分鐘，即得低溫熔體。所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:
所述的鋁硅合金高溫熔體的制備方法為:
按常規(guī)方法配料、熔煉、成分檢測、精煉后的合金熔體在覆蓋劑的保護(hù)下升溫至1000°c左右保溫30分鐘左右，實現(xiàn)預(yù)轉(zhuǎn)變，再隨爐升溫至1200°C左右保溫5分鐘左右讓其經(jīng)歷不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，隨后降溫至1000°C左右保溫，制備得到1000°C左右的鋁硅高溫合金熔體以備使用。所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的覆蓋劑為光鹵石覆蓋劑，所述的混溶指的是將鋁硅低溫合金熔體加入到鋁硅高溫合金熔體中。所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的鋁硅低溫合金熔體處于合金的液相線和固相線溫度之間。所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的高溫鋁硅合金原料與所述的低溫鋁硅合金原料其化學(xué)成分質(zhì)量百分比均為:Si占18 22%，余量為Al。所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的鋁硅低溫合金熔體、鋁硅高溫合金熔體中的成分檢測指的是:將熔煉好的合金熔體取樣，光譜直讀分析其成分并調(diào)整至需要的合金成分。所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的鋁硅低溫合金熔體、鋁硅高溫合金熔體中精煉步驟指的是保持溫度不變以六氯乙烷精煉20 30分鐘得到合金液。本發(fā)明鋁硅高溫合金熔體的處理不同于以往熔體混溶處理之處為，在本發(fā)明前期工作中驗證了高溫熔體經(jīng)過結(jié)構(gòu)與性質(zhì)轉(zhuǎn)變對細(xì)化初晶硅組織有著重要的影響，本發(fā)明中高溫熔體溫度的選取參考了小角度中子散射(Journal of Non-Crystalline Solids353 (2007) 3005 - 3010)獲得的數(shù)據(jù)，文中指出鋁硅合金熔體發(fā)生不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的臨界溫度值為1127°C，本發(fā)明以此為依據(jù)制備鋁硅高溫合金熔體，避免了熔體溫度選擇的盲目性，本發(fā)明中將鋁硅高溫合金熔體過熱至1200°C讓其經(jīng)歷不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，隨后降溫至1000°C保溫備用，可有效的減少高溫熔體的氧化。本發(fā)明中采用了不同于以往的方法制備了鋁硅低溫合金熔體，此制備方法的獨到之處在于:使低溫熔體也經(jīng)歷高溫處理而發(fā)生了不可逆的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并在此后冷卻至液固兩相區(qū)進(jìn)行升溫和降溫的循環(huán)處理。按照新方法制備的鋁硅低溫合金熔體中不僅析出了大量的初晶硅顆粒，而且這些初晶硅顆粒尺寸細(xì)小、均勻，在高溫熔體的熱作用下可以被分解、增殖成為同質(zhì)核心，顯著的增加凝固過程中的晶核數(shù)目。本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
1、本發(fā)明對高硅鋁硅合金鑄件凝固組織中的初晶硅有顯著細(xì)化效果，即使在Si>18%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))的高硅合金成分情況下(Si量增高則初晶硅細(xì)化的難度顯著變大)，也可獲得理想的效果。比如，對Al-20%Si合金，本發(fā)明制備得到的過共晶鋁硅合金中初晶硅的平均尺寸可細(xì)化到17 23 ii m ;
2、本發(fā)明制備得到的過共晶鋁硅合金中初晶硅晶粒外圍形態(tài)變得鈍化、圓滑，而不再棱角分明(可降低應(yīng)力集中)；
3、本發(fā)明制備得到的過共晶鋁硅合金中初晶硅晶粒的分布相對更均勻；
4、本發(fā)明制備得到的過共晶鋁硅合金組織中共晶硅也相應(yīng)大幅度細(xì)化；
5、不添加變質(zhì)劑，避免了以往加變質(zhì)劑(含P等)方法對生產(chǎn)及社會環(huán)境造成嚴(yán)重污染。


附圖1為傳統(tǒng)常規(guī) 工藝制備的合金的凝固顯微組織；
附圖2為按照以往做法進(jìn)行熔體混溶處理得到的凝固顯微組織；
附圖3為按照本發(fā)明實施例3提供的方法得到的凝固顯微組織；
附圖4為按照本發(fā)明實施例4提供的方法得到的凝固顯微組織；
附圖5為按照本發(fā)明實施例5提供的方法得到的凝固顯微組織；
附圖6為按照本發(fā)明實施例6提供的方法得到的凝固顯微組織；
附圖7為按照本發(fā)明實施例7提供的方法得到的凝固顯微組織；
附圖8為本發(fā)明中鋁硅高溫合金熔體制備的工藝過程；
附圖9為本發(fā)明中鋁硅低溫合金熔體制備的工藝過程。
具體實施例方式實施例1
制備方法如下:
將鋁硅合金原料加至熔煉爐中混合，升溫至750°C熔煉30分鐘，熔清后檢測成分并調(diào)整至需要的合金成分，以六氯乙烷對合金液精煉20分鐘，以便去除氫氣及非金屬夾雜物，將所得合金液澆注入模具凝固后得到鑄件。其凝固顯微組織如附圖1所示，初晶硅直徑值大于100 u m。實施例2 制備方法如下:a、將鋁硅合金原料加至熔煉爐中混合，升溫至750°C熔煉30分鐘，熔清后檢測成分并調(diào)整至需要的合金成分，然后保持溫度不變以六氯乙烷對合金液精煉20分鐘，以便去除氫氣及非金屬夾雜物，在覆蓋劑保護(hù)下將所述合金液升溫至1200°C并均溫30分鐘，將得到的鋁硅高溫合金熔體保溫備用并用光鹵石覆蓋劑保護(hù)以防吸氣及氧化；
b、將鋁硅合金原料加至另一臺熔煉爐中混合，升溫至750°C熔煉30分鐘，熔清后保持溫度不變以六氯乙烷對合金液精煉20分鐘，隨后在覆蓋劑的保護(hù)下快速降溫至660°C并在爐子中均溫30分鐘即得到鋁硅低溫合金熔體；
C、將步驟a得到的鋁硅高溫合金熔體和步驟b得到的鋁硅低溫合金熔體以1:1的質(zhì)量比混溶得混合合金熔體，混溶時將鋁硅低溫合金熔體加入鋁硅高溫合金熔體中，在光鹵石覆蓋劑的保護(hù)下將混合合金熔體放入保溫爐中冷卻至預(yù)設(shè)溫度750°C，并在此預(yù)設(shè)溫度保溫20分鐘后澆注入模具，凝固后可獲得最佳細(xì)化效果。其凝固顯微組織如附圖2所示，初晶硅直徑值在35 45 ii m之間。實施例3 制備方法如下:
a、將鋁硅合金原料加至熔煉爐中混合，升溫至750°C熔煉30分鐘，熔清后檢測成分并調(diào)整至需要的合金成分，然后保持溫度不變以六氯乙烷對合金液精煉20分鐘，以便去除氫氣及非金屬夾雜物，在覆蓋劑保護(hù)下隨爐升溫至100(TC保溫30分鐘，實現(xiàn)預(yù)轉(zhuǎn)變，再隨爐升溫至1200°C保溫5分鐘讓其經(jīng)歷不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，隨后降溫至100(TC保溫，制備得到高溫熔體以備使用。b、將鋁硅合金原料加至另一臺熔煉爐中混合，升溫至750°C熔煉30分鐘，熔清后檢測成分并調(diào)整至需要的合金成分，然后保持溫度不變以六氯乙烷對合金液精煉20分鐘，以便去除氫氣及非金屬夾雜物，在覆蓋劑保護(hù)下隨爐升溫至100(TC保溫30分鐘左右，實現(xiàn)預(yù)轉(zhuǎn)變，再隨爐升溫至1200°C左右保溫5分鐘左右讓其經(jīng)歷不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，隨后從爐子中取出，在覆蓋劑的保護(hù)下快速于空氣中冷卻至600°C左右，放入爐子中均溫4 6分鐘，再隨爐子升溫至680°C左右均溫5分鐘左右。之后再于空氣中冷卻至600°C左右放入爐子中均溫4 6分鐘，循環(huán)上述冷卻后保溫、再升溫后保溫的過程3次后將溫度快速降至660°C并在爐子中均溫30分鐘，即得鋁硅低溫合金熔體。C、將步驟a得到的鋁硅高溫合金熔體和步驟b得到的鋁硅低溫合金熔體以1:1的質(zhì)量比混溶得混合合金熔體，混溶時將鋁硅低溫合金熔體加入鋁硅高溫合金熔體中，在光鹵石覆蓋劑的保護(hù)下將混合合金熔體放入保溫爐中冷卻至預(yù)設(shè)溫度750°C，并在此預(yù)設(shè)溫度保溫20分鐘后澆注入模具，凝固后可獲得最佳細(xì)化效果。其凝固顯微組織如附圖3所示，初晶硅直徑值被細(xì)化到21 y m以下。分析:實施例1為傳統(tǒng)常規(guī)工藝制備的合金，其組織如附圖1所示，初晶硅組織粗大，大量初晶硅顆粒尺寸大于100 u m,且呈板條狀、多邊形塊狀或五瓣星狀存在，這種形貌初晶硅組織尖角處易形成應(yīng)力集中，合金的力學(xué)性能較低。按照以往做法進(jìn)行熔體混溶處理的實施例2，初晶硅組織得到了細(xì)化，但是與本發(fā)明中采用的實施例3所使用的方法相t匕，細(xì)化效果有所不足。本發(fā)明實施例3中，其主要參數(shù)與實施例2相同，但鋁硅低溫合金熔體與鋁硅高溫合金熔體的制備方式不同，通過對比凝固組織可以明顯的看出，本發(fā)明所采用的方法對初晶硅組織有著非常顯著的改善效 果，凝固組織中初晶硅尺寸細(xì)小、形貌圓整、分布均勻，說明本發(fā)明對細(xì)化初晶硅顆粒有著明顯的優(yōu)勢。實施例4
本實施例制備方法同實施例3，不同的是步驟b低溫熔體的制備過程中合金熔體經(jīng)過1200°C過熱處理、熱循環(huán)及保溫后于空氣中冷卻至660°C并在爐子中均溫5分鐘即制備得到相應(yīng)的鋁硅低溫合金熔體。在本組試驗條件下，混合合金熔體在保溫爐中冷卻至預(yù)設(shè)溫度750°C，并在此預(yù)設(shè)溫度保溫10分鐘后澆注入模具，可獲得最佳細(xì)化效果，對應(yīng)初晶硅尺寸平均值為19.67 pm。其凝固顯微組織如附圖4所示。實施例5
本實施例制備方法同實施例3，不同的是步驟b低溫熔體的制備過程中合金熔體經(jīng)過1200°C過熱處理、熱循環(huán)及保溫后于空氣中冷卻至660°C不進(jìn)行保溫即制備得到相應(yīng)的鋁硅低溫合金熔體。

在本組試驗條件下，混合合金熔體在保溫爐中冷卻至預(yù)設(shè)溫度750°C，并在此預(yù)設(shè)溫度保溫40秒鐘后澆注入模具，可獲得最佳細(xì)化效果，對應(yīng)初晶硅尺寸平均值為17.5 u m。其凝固顯微組織如附圖5所示。實施例6
本實施例制備方法同實施例3，不同的是步驟b低溫熔體的制備過程中合金熔體經(jīng)過1200°C過熱處理、熱循環(huán)及保溫后于空氣中冷卻至640°C不進(jìn)行保溫即制備得到相應(yīng)的鋁硅低溫合金熔體。在本組試驗條件下，混合合金熔體在保溫爐中冷卻至預(yù)設(shè)溫度750°C，并在此預(yù)設(shè)溫度保溫5分鐘后澆注入模具，可獲得最佳細(xì)化效果，對應(yīng)初晶硅尺寸平均值為19 Pm。其凝固顯微組織如附圖6所示。實施例7
本實施例制備方法同實施例3，不同之處為在本組操作中鋁硅高溫合金熔體與鋁硅低溫合金熔體按照質(zhì)量比3:1的比例進(jìn)行混溶。 在本組試驗條件下，混合合金熔體在保溫爐中冷卻至預(yù)設(shè)溫度750°C，并在此預(yù)設(shè)溫度保溫5分鐘后澆注入模具，可獲得最佳細(xì)化效果，對應(yīng)初晶硅尺寸平均值為23.84 u m0其凝固顯微組織如附圖7所示。
權(quán)利要求
1.一種細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于，按以下步驟操作: (1)將制備好的經(jīng)過不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的1000°c左右的鋁硅高溫合金熔體與鋁硅低溫合金熔體以1:1 3:1的質(zhì)量比混溶； (2)混溶后，在覆蓋劑的保護(hù)下將混合合金熔體放入保溫爐中冷卻至設(shè)定溫度，并在此設(shè)定溫度的爐子中進(jìn)行等溫處理，根據(jù)合金成分，其保溫爐的預(yù)設(shè)等溫溫度為750 780°C，混合熔體達(dá)到此預(yù)設(shè)溫度后的合適等溫時間為40秒 20分鐘； (3)混合熔體等溫處理之后，澆注入模具凝固得到鑄件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于: 所述的鋁硅低溫合金熔體按照以下方法制備而得:使低溫熔體也經(jīng)歷高溫處理而發(fā)生不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并在此后冷卻至液固兩相區(qū)進(jìn)行升溫和降溫的循環(huán)處理后，即得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于: 所述的鋁硅低溫合金熔體按照以下方法制備而得: 按常規(guī)方法配料、熔煉、成分檢測、精煉后的合金熔體在覆蓋劑的保護(hù)下隨爐子升溫至1000°C左右保溫30分鐘左右實現(xiàn)預(yù)轉(zhuǎn)變，再隨爐升溫至1200°C左右保溫5分鐘左右讓其經(jīng)歷不可逆的液態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，隨后從爐子中取出在覆蓋劑的保護(hù)下快速于空氣中冷卻至600°C左右放入爐子中均溫4 6分鐘，再升溫至680°C左右均溫5分鐘左右，之后再于空氣中冷卻至600°C左右放入爐子中均溫4 6分鐘，將上述“冷卻后均溫一再升溫后均溫”的過程循環(huán)2 3次，之后將溫度快速降至640 660°C均溫0 30分鐘，即得低溫熔體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的鋁硅合金高溫熔體的制備方法為: 按常規(guī)方法配料、熔煉、成分檢測、精煉后的合金熔體在覆蓋劑的保護(hù)下升溫至1000°C左右保溫30分鐘左右，實現(xiàn)預(yù)轉(zhuǎn)變，再隨爐升溫至1200°C左右保溫5分鐘左右讓其經(jīng)歷不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，隨后降溫至1000°C左右保溫，制備得到1000°C左右的鋁硅高溫合金熔體以備使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的覆蓋劑為光鹵石覆蓋劑，所述的混溶指的是將鋁硅低溫合金熔體加入到鋁硅高溫合金熔體中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的鋁硅低溫合金熔體處于合金的液相線和固相線溫度之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的高溫鋁硅合金原料與所述的低溫鋁硅合金原料其化學(xué)成分質(zhì)量百分比均為:Si占18 22%，余量為Al。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的鋁硅低溫合金熔體、鋁硅高溫合金熔體中的成分檢測指的是:將熔煉好的合金熔體取樣，光譜直讀分析其成分并調(diào)整至需要的合金成分。
9.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法，其特征在于:所述的鋁硅低溫合金熔體、鋁硅高溫合金熔體中精煉步驟指的是保持溫度不變以六氯乙烷精煉20 30分鐘得到合金液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種細(xì)化高硅鋁硅合金初晶硅組織的方法。將預(yù)先分別制備好的同成分高溫熔體和低溫熔體以1:1～3:1比例進(jìn)行混溶處理，之后將混合熔體冷卻至750~780℃的預(yù)設(shè)溫度下進(jìn)行等溫處理，然后澆鑄到模具中凝固獲得初晶硅顯著細(xì)化的鑄件組織。其高溫熔體制備中，先升溫至1000℃左右預(yù)處理，再升溫至1200℃左右保溫讓其經(jīng)歷不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，隨后降溫至1000℃左右保溫待用；其低溫熔體制備也經(jīng)歷同樣高溫處理，不同的是冷卻至液固兩相區(qū)進(jìn)行升溫和降溫的2~3輪的循環(huán)處理后保溫待用。本發(fā)明可使Si＞18%的高硅鋁硅合金中初晶硅平均尺寸細(xì)化到17～23μm，且因硅晶粒外緣鈍化而降低應(yīng)力集中；本發(fā)明避免了以往加變質(zhì)劑(含P等)方法對生產(chǎn)及社會環(huán)境造成的嚴(yán)重污染。
文檔編號C22C1/02GK103205585SQ20131012544
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者祖方遒, 張先鋒, 陳忠華, 席赟, 黃中月, 劉蘭俊 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)