本發(fā)明屬于半固態(tài)金屬制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種初生相球化的近共晶鋁硅合金半固態(tài)漿料或坯料的制備方法及其制得的產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

進入新世紀(jì)，隨著社會文明的進步、工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，在環(huán)保節(jié)能、減重減排的要求下，交通、航空、航天等工業(yè)為實現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的目標(biāo)，材料輕量化是必然的發(fā)展方向。以日本標(biāo)準(zhǔn)牌號ADC12鋁合金、AC8A鋁合金、美國標(biāo)準(zhǔn)牌號A413鋁合金、歐洲牌號EN44200鋁合金等為代表的近共晶鋁硅合金(含硅量為10.5～13wt.％)具有低密度、高比強度、鑄造性能優(yōu)秀、耐腐蝕等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)，是工業(yè)應(yīng)用最廣泛的鋁合金之一。這類合金Si含量靠近Al-Si二元共晶點，凝固區(qū)間狹窄，往往需要在高過熱度下鑄造成形，容易造成卷氣、夾雜等缺陷，從而降低合金的力學(xué)性能和延伸率，限制了該類合金的進一步應(yīng)用。

金屬半固態(tài)流變成形技術(shù)與傳統(tǒng)液態(tài)成形(高壓鑄造、擠壓鑄造、低壓鑄造等)相比，具有合金力學(xué)性能高、模具壽命長、能耗低、可熱處理、近凈成形等優(yōu)點，被譽為21世紀(jì)最具前途的金屬材料加工技術(shù)之一。流變成形技術(shù)對合金力學(xué)性能的強化主要原因在于破碎樹枝狀的初生相并使其轉(zhuǎn)變?yōu)閳A整的顆粒狀組織。獲得圓整初生相的最佳方法是將固態(tài)合金加熱到固液兩相溫度區(qū)間進行長時間的保溫，但近共晶鋁硅合金由于固液區(qū)間狹窄，難以進行準(zhǔn)確的保溫加熱，更難以進行流變處理，因此關(guān)于該類合金半固態(tài)流變加工的專利非常有限。

專利號為CN103381471B的中國專利公開了一種近共晶鋁硅合金半固態(tài)漿料或坯料的制備方法，該方法通過機械旋轉(zhuǎn)滾筒法成功制備出樹枝狀初生相破碎的半固態(tài)流變漿料和坯料，但并未獲得圓整度較高、分布均勻的初生相，不能最大限度發(fā)揮半固態(tài)流變加工的優(yōu)勢，所制備得到的流變漿料和坯料在后續(xù)成形難以獲得最大的性能提升。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種初生相圓整度高、分布均勻的近共晶鋁硅合金流變漿料和坯料的制備方法和產(chǎn)品。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)、專利、科研論文中對高圓整度初生相近共晶鋁硅合金流變漿料、坯料制備技術(shù)的不足，本發(fā)明專利吸收傳統(tǒng)半固態(tài)流變制漿技術(shù)和等溫保溫工藝的優(yōu)點，創(chuàng)造性的提出一種半固態(tài)漿料或坯料的制備方法，適用于制備硅含量10.5～13wt.％的硅鋁合金，該方法包括以下步驟：

熔化合金母料，得到合金液；

對所述合金液進行流變處理，制備初生相破碎的半固態(tài)流變漿料；

對所述初生相破碎的半固態(tài)流變漿料進行等溫保溫處理。

進一步地，所述等溫保溫處理的溫度為相對該合金組分下合金液相線溫度-30～+15℃。

進一步地，所述等溫保溫處理的保溫時間為2～300秒。

進一步地，在所述將合金母料熔化過程前，在270～280℃對所述合金母料進行3～5小時預(yù)熱。

進一步地，在所述合金母料熔化為合金液之后，對所述合金液在640～650℃下進行攪拌。

進一步地，在所述將合金母料熔化過程后，對所述合金液進行除氣和/或精煉處理。

更進一步地，所述除氣和/或精煉過程在630～640℃下進行。

更進一步地，在所述除氣和/或精煉過程完成10-20分鐘后，進行扒渣和攪拌。

進一步地，采用機械攪拌或超聲震蕩等任何一種半固態(tài)流變漿料制備方法進行所述流變處理。

進一步地，完成所述等溫保溫處理后，將處理后的所述半固態(tài)流變漿料注入鑄模，凝固后得到半固態(tài)坯料。

本發(fā)明還提供了一種由上述任一方法制備的近共晶鋁硅合金流變漿料或坯料，使用上述方法經(jīng)破碎和熟化過程制備的漿料或坯料具有初生相圓整度高的特點，具有良好的加工性能，可以通過高壓鑄造、擠壓鑄造等成型工藝制備出高強度、高表面質(zhì)量的鑄件。

技術(shù)效果

初生相球化的近共晶鋁硅合金流變漿料和坯料的制備方法，一方面通過等溫靜置作用使流變漿料中的初生相顆粒從制漿初期的偏聚狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚍植迹涣硪环矫嬖谝合嗑€附近進行保溫能發(fā)揮奧斯瓦爾德熟化的作用，使初生相顆粒變得圓整，最大程度提高合金力學(xué)性能。

本方法克服近共晶鋁硅合金固液溫度區(qū)間狹窄難以進行流變處理的缺點，制備的近共晶鋁硅合金流變漿料和坯料初生相圓整度高，制漿效率高，可連續(xù)性生產(chǎn)；漿料通過高壓鑄造、擠壓鑄造等成型工藝能制備出高強度、高表面質(zhì)量的鑄件，是該系列合金半固態(tài)流變加工的理想方法，具有巨大的應(yīng)用價值。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施實例1中ADC12合金流變漿料未經(jīng)本發(fā)明處理時的淬火組織形貌；

圖2是本發(fā)明實施實例1中ADC12合金流變漿料經(jīng)本專利等溫處理后淬火組織形貌；

圖3是發(fā)明實施實例2中AC8A合金流變漿料未經(jīng)本發(fā)明處理時的淬火組織形貌；

圖4是本發(fā)明實施實例2中AC8A合金流變漿料經(jīng)本專利等溫處理后淬火組織形貌；

圖5是發(fā)明實施實例3中EN44200合金流變漿料未經(jīng)本發(fā)明處理時的淬火組織形貌；

圖6是本發(fā)明實施實例3中EN44200合金流變漿料經(jīng)本專利等溫處理后淬火組織形貌。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提供一種初生相球化的近共晶鋁硅合金流變漿料和坯料的制備方法及其產(chǎn)品，通常適用于Si含量10.5～13wt.％的鋁硅合金。以下通過三個具體實施例進一步闡述本發(fā)明提供的制備方法在不同牌號鋁合金加工工藝中的應(yīng)用及其制得的鋁硅合金漿料或坯料的金相結(jié)構(gòu)特點。

實施例中的制備方法均包括以下步驟：

步驟1：采用熔煉設(shè)備將母料熔化為金屬液；

步驟2：充分?jǐn)嚢枋购辖鹨撼煞志鶆?，靜置；

步驟3：將金屬液降溫后進行除氣、精煉，一段時間后扒渣、攪拌，隨后將金屬液靜置；

步驟4：將不同溫度的金屬液通過機械攪拌、超聲震蕩等任何一種半固態(tài)流變漿料制備方法進行流變處理，獲得樹枝狀初生相破碎的具有一定固相率的流變漿料；

步驟5：把制備得到的流變漿料迅速轉(zhuǎn)移到具有溫度控制系統(tǒng)的設(shè)備進行等溫保溫處理；

步驟6：將等溫保溫后的半固態(tài)流變漿料直接澆注進入金屬鑄錠模，凝固后得到初生相球狀的可進行觸變成型的半固態(tài)坯料。

使用該方法處理后的流變漿料或坯料初生相邊緣圓滑、球化明顯，圓整度大幅提高，具有良好的加工性能，可以通過高壓鑄造、擠壓鑄造等成型工藝制備出高強度、高表面質(zhì)量的鑄件。

實施例1

本實施例涉及一種初生相球化的近共晶鋁硅合金流變漿料和坯料的制備方法，包括如下步驟：

ADC12合金流變漿料和坯料的制備(其中，Si的重量百分比為10.5wt.％，液相線溫度為585℃)。將合金在坩堝電阻爐內(nèi)加熱熔化，在640℃充分?jǐn)嚢?，靜置15分鐘。在630℃除氣、精煉、扒渣，靜置15分鐘。隨后將機械攪拌制備得到樹枝狀初生相破碎的流變漿料轉(zhuǎn)移到溫度為600℃的保溫爐中保溫10秒，隨后迅速進行壓鑄成形或澆注進鑄錠模制備半固態(tài)坯料。圖1為ADC12合金經(jīng)機械攪拌后的漿料水淬組織，圖2為采用本發(fā)明方法等溫保溫處理后的水淬組織。從圖2明顯看出，采用本發(fā)明方法處理后流變漿料初生相邊緣圓滑，圓整度大幅度提高，球化明顯，是理想的半固態(tài)漿料。

實施例2

本實施例涉及一種初生相球化的近共晶鋁硅合金流變漿料和坯料的制備方法，包括如下步驟：

AC8A合金流變漿料和坯料的制備(其中，Si的重量百分比為13wt.％，液相線溫度為605℃)。將合金在坩堝電阻爐內(nèi)加熱熔化，在650℃充分?jǐn)嚢?，靜置15分鐘。在640℃除氣、精煉、扒渣，靜置15分鐘。將制備得到的樹枝狀初生相破碎的流變漿料轉(zhuǎn)移到溫度為575℃的保溫爐中保溫300秒，隨后迅速進行壓鑄成形或澆注進鑄錠模制備半固態(tài)坯料。圖3為AC8A合金旋轉(zhuǎn)滾筒流變處理后的微觀組織，圖4為采用本發(fā)明方法對漿料等溫保溫處理后的水淬組織。對比圖3、圖4發(fā)現(xiàn)，經(jīng)本發(fā)明方法對流變漿料等溫處理，漿料初生相在長時間的保溫下發(fā)生奧斯瓦爾德熟化，呈邊緣光滑圓整的球狀，屬于理想的半固態(tài)漿料。

實施例3

本實施例涉及一種初生相球化的近共晶鋁硅合金流變漿料和坯料的制備方法，包括如下步驟：

EN44200合金流變漿料和坯料的制備(其中，Si的重量百分比為12wt.％，液相線溫度為595℃)。把合金在坩堝電阻爐內(nèi)熔化，640℃充分?jǐn)嚢?，靜置15分鐘。在635℃除氣、精煉、扒渣，靜置15分鐘。把流變漿料放在溫度為600℃的保溫裝置內(nèi)靜置50秒，迅速轉(zhuǎn)移進行高壓、低壓、擠壓鑄造成形，或者將其澆鑄到鑄錠模制備半固態(tài)坯料。圖5為EN44200合金機械滾筒攪拌后流變漿料的淬火組織，圖6為采用本發(fā)明方法對漿料等溫保溫處理后的淬火組織。對比圖5、圖6發(fā)現(xiàn)，經(jīng)本發(fā)明方法對流變漿料等溫處理，在長時間奧斯瓦爾德熟化作用下，漿料初生相逐漸演變?yōu)檫吘壒饣瑘A整的球狀，成為理想的半固態(tài)漿料。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。