本發(fā)明屬于合金，具體涉及一種調整高性能共析合金原液組織遺傳的工藝控制方法。

背景技術：

1、鑄造鋁硅合金材料是現(xiàn)用量最大的鋁硅合金材料之一，其主要分為al-si系、al-mg系、al-cu系等。鑄造鋁硅合金材料的流動性能好，鑄造性能好，無熱裂傾向、氣密性高、線收縮小、可壓力加工性能優(yōu)良，常被應用于缸體、缸蓋及部分成型復雜鑄件的實際制備中。

2、針對al-si系鑄造合金，現(xiàn)有的鑄造鋁硅合金產品錠的制備方法是傳統(tǒng)的熔配法制作工藝，通過按照一定順序熔煉原鋁鋁錠或加入電解鋁液，計算配料情況加入工業(yè)硅或含硅中間合金、mn、mg、ti以及其他產品要求元素的純金屬或中間合金產品，然后提高熔體溫度加速鋁液合金化，輔助精煉除氣，在凝固成型過程中加sr或ti進行變質處理，最后保溫鑄造生產出鑄造鋁硅合金產品錠。由于傳統(tǒng)工藝方法制備的限制，當硅含量添加到一定條件下，容易形成粗大的初晶硅和長針狀共晶硅相，并且在下游客戶買賣回去重熔后，由于原生缺陷與二次重熔過程中工藝條件控制難度高，導致對鑄件產品性能的影響大。

3、為了解決以上問題，中國專利cn108913900a公開了一種鑄造車間炒灰回收的廢鋁液制備zl104合金的方法，能夠利用多余的再生鋁液，實現(xiàn)廢品的重新利用制備zl104合金，而且能夠在不適合的反射保溫爐內進行制備zl104合金，利用現(xiàn)有設備，不用再買新的設備，充分利用現(xiàn)有資源，節(jié)省成本。但是其采用的仍然是傳統(tǒng)熔配法這套工藝思路。中國專利cn113862534a公開了一種鋁硅合金材料組織遺傳性的調控方法，采用以下三種調控方式中的至少兩種對材料組織進行調控：配制鋁硅合金原料時加入細晶固體料；將鋁硅合金熔體進行過熱處理；采用沖擊打印的方式成型。但是其是通過額外添加細晶固體料從而產生的組織細化，并非由原生母液形成。

4、因此，急需一種能夠使用組織優(yōu)良的共析合金原液和相關的控制工藝完成成分調控并將優(yōu)良組織性能遺傳到鑄造鋁硅合金產品錠的方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種調整高性能共析合金原液組織遺傳的工藝控制方法，以解決上述工藝制備得到的鑄造鋁硅合金產品錠具有原生缺陷以及二次重熔工藝控制難度高的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：

3、一種調整高性能共析合金原液組織遺傳的工藝控制方法，包括以下步驟：

4、（1）鋁硅合金母液的設計；

5、鋁硅合金母液按照質量百分數(shù)包括si?0.5~25%、fe?0.005~2%、mn?0.001~4%、cr0.001~5%、ga?0.001~7%、zr?0.001~7%、mo?0.001~3%、ti?0.001~8%、cu?0.001~4%、ni?0.001~4%、co?0.001~6%、y?0.001~4%、v?0.001~4%、p?0.001~4%、na?0.0001~1%、la?0.0001~1%、ce0.0001~1%、sr?0.00001~1%、sc?0.00001~1%，剩余量為鋁和其他不可避免的雜質；

6、其中fe和mn的質量比為1：（2.5~3.8）；cu、ni和co的質量比為1：（1.2~1.8）：（4.5~6）；y、la、ce、sr和sc的質量比為（2~2.5）：（0.5~0.8）：（1.2~1.5）：（0.8~1.2）：1；

7、（2）對鋁硅合金母液進行轉爐保存；

8、（3）對鋁硅合金母液進行溫變控制；

9、（4）對鋁硅合金母液進行鑄造和冷卻，得到優(yōu)勢組織遺傳的鑄造鋁硅合金產品錠。

10、現(xiàn)有技術中制備鋁硅合金產品錠大多采用傳統(tǒng)的熔配法，首先將各種原料按照添加量進行混合，然后直接進行熔煉鑄造，但是發(fā)現(xiàn)其本身具有缺陷，并且在重熔時需要嚴格控制工藝才能保持其性能基本不變，這對于合金性能的提升以及后續(xù)應用產生了影響。針對此問題，本發(fā)明使用合金母液作為原料，并且對合金母料中的元素組成和添加量進行設計，可以保證鋁硅合金鑄錠產品的性能得到提升，并且還提高了重熔后的合金性能。本發(fā)明中限定了fe和mn的比例，具體為fe：mn=1:2.5~3.8，本發(fā)明控制fe和mn的比例可以減少feal3這類脆性相的形成，因為feal3在合金中容易形成粗大的網絡狀結構，降低合金的塑性和韌性，適當增加mn相對于fe的比例，可以促使形成更穩(wěn)定的mnal6相或其他更有益的中間相，這些相通常具有更好的塑性和韌性，有助于改善合金的綜合性能。

11、本發(fā)明還限定了cu、ni和co的比例，具體為cu：ni：co=1：1.2~1.8：4.5~6，cu、ni和co可以通過固溶強化和析出強化兩種機制來提高合金的強度。cu可以形成cual2相，而ni和co則傾向于形成nial3或coal2相。本發(fā)明通過調整這些元素的比例，可以優(yōu)化強化相的形態(tài)和分布，避免粗大的析出物形成，從而提高材料的強度和韌性。同時co元素的加入可以改善cu和ni的析出行為，使得析出相更加均勻和細小。

12、本發(fā)明還限定了y、la、ce、sr和sc的比例，具體為y：la：ce：sr：sc=2~2.5：0.5~0.8：1.2~1.5：0.8~1.2：1，y、la和ce這類稀土元素的主要作用之一是細化晶粒，它們能夠有效地阻止晶粒長大，從而提高材料的強度和塑性。sr元素可以改變硅相的形態(tài)，從針狀轉變?yōu)榍驙罨蚨贪魻睿@樣可以提高合金的機械加工性能。sc元素的加入可以形成穩(wěn)定的al3sc粒子，這些粒子能夠有效地釘扎晶界，防止晶粒長大，進一步細化晶粒。本發(fā)明中適當?shù)南⊥猎嘏浔瓤梢詤f(xié)同作用，共同促進晶粒細化，提高合金的流動性和潔凈度，從而改善合金的整體性能。

13、優(yōu)選的，步驟（1）中，鋁硅合金母液中包括一種及以上的微米級析出相和一種及以上的亞微米級析出相，微米級析出相的尺寸范圍為50~1000μm，成分包括al、si、fe、mn、cr、ga、zr、mo、ti、cu、ni、co、y、v、p、na、la、ce、sr、sc元素中的任意兩種或幾種；亞微米級析出相的尺寸范圍為0.01~50μm之間，成分包括al、si、fe、mn、cr、ga、zr、mo、ti、cu、ni、co、y、v、p、na、la、ce、sr、sc元素中的任意兩種或幾種。

14、優(yōu)選的，步驟（1）中，鋁硅合金母液的晶粒度指數(shù)g為1.0-5.5。

15、優(yōu)選的，步驟（2）中，轉爐提前烘包1~8h，轉運時間30~45min，轉爐溫度為t0，轉爐溫度比鋁硅合金液相線tm高50~1000℃。

16、優(yōu)選的，步驟（3）中，溫變控制包括以下三個階段中的一個或多個執(zhí)行；

17、階段一的溫度t1=t0+1000k1，k1為0.11~0.13，升溫速率為0~3℃/min，保溫時間為0~8h；

18、階段二的溫度t2=t0+1200k2，k2為0.14~0.19，升溫速率為0~5℃/min，保溫時間為0~8h；

19、階段三的溫度t3=t0+1500k3，k3為0.17~0.35，升溫速率為0~8℃/min，保溫時間為0~8h。

20、本發(fā)明為了進一步優(yōu)化產品的性能，在溫變控制階段，進行了特定階段的溫度控制過程，這對于優(yōu)化微觀組織和提高力學性能具有重要作用。分析原因：溫變階段的溫度控制有助于晶核的均勻形核和生長，從而細化晶粒，防止晶粒過快長大避免粗大析出物的形成。不同梯度要求下的溫度調整有助于促進合金元素的溶解和重新分布，確保合金成分在整個熔體中的均勻性。這樣可以減少局部化學成分不均帶來的性能差異，形成更加穩(wěn)定的析出相。此時，合金元素已經較為均勻地分布，有助于析出相達到最佳尺寸和形態(tài)，從而改善材料的機械性能。本發(fā)明通過精確控制溫變階段的溫度、升溫速率和保溫時間，可以使合金熔體在凝固過程中形成具有優(yōu)勢的微觀結構，這些結構在后續(xù)的冷卻和凝固過程中能夠更好地遺傳到最終的鑄錠產品中。這種組織遺傳性保證了合金在重熔后的性能穩(wěn)定性，使得二次加工后的材料仍然保持良好的力學性能。

21、優(yōu)選的，步驟（4）中，鑄造包括以下三個階段中的一個或多個執(zhí)行；

22、階段一的溫度t4=t3-200k4，k4為0.26~0.35，鑄錠凝固時間為4~35s，鑄造速度為0.01~50cm/s；

23、階段二的溫度t5=t4-150k5，k5為0.40~0.6，鑄錠凝固時間為3~35s，鑄造速度為0.01~50cm/s；

24、階段三的溫度t6=t5-100k6，k6為0.80~1.2，鑄錠凝固時間為2~35s，鑄造速度為0.01~50cm/s。

25、為了進一步優(yōu)化產品的性能，本發(fā)明還對鑄造過程進行了分階段設置，這有助于提高鋁硅合金鑄錠的力學性能和組織遺傳。分析原因：合金的固、液相線溫度是合金發(fā)生凝固過程到凝固終了的核心。在鑄造過程中通過控制不同的在液相線溫度變化，控制初始晶核的形成，從而細化晶粒合適的溫度保證了合金液體的良好流動性，而鑄造速度的適當調整則有利于晶粒的均勻生長，避免了凝固導致的粗大晶粒及析出相的均勻分布，從而提高材料的強度和韌性。通過對凝固速度和凝固溫度兩個隨動變量的控制，保留共析合金母液中形成的有利微觀結構，使得這些組織特征能夠在最終的鑄錠中遺傳下來，將性能“鎖”在組織中。這有助于保證合金在后續(xù)加工中的性能一致性。本發(fā)明通過這種多階段的精密鑄造控制，可以有效地提高鋁硅合金鑄錠的力學性能和組織遺傳性，使得最終產品具有更優(yōu)的性能表現(xiàn)。

26、本發(fā)明中的tm為液相線溫度，一種純物質或者合金開始從固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的最低溫度。對于合金，液相線溫度則取決于合金的具體組成，不同的成分比例會導致不同的熔化溫度。合金的液相線可以采用差示掃描熱法（dsc）、差熱分析（dta）或計算機模擬軟件等常規(guī)方法測試得到。

27、優(yōu)選的，步驟（4）中，冷卻方式為風冷、泡模水冷、半泡模水冷、水霧冷、液態(tài)氣體冷卻中的任意一種或幾種組合。

28、優(yōu)選的，步驟（4）中，冷卻速度為0.2~8℃/sec。

29、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為：

30、1、本發(fā)明通過精確控制合金母液中的微量元素比例以及鑄造過程中的溫度和速度，使得最終產品具有更優(yōu)的力學性能。這種力學性能的改進體現(xiàn)在更高的強度、更好的延展性和更優(yōu)異的耐腐蝕性等方面，能夠滿足高端制造業(yè)對于材料性能的需求。

31、2、本發(fā)明通過調控熔體內部組織，使得晶粒細化且分布均勻，晶粒度指數(shù)g控制在理想范圍內（1.0~5.5），這有助于改善材料的機械加工性和熱處理響應性，從而提高產品的整體質量和使用壽命。

32、3、本發(fā)明通過特定的工藝條件使得合金母液中的有利微觀結構得以保留并在后續(xù)的加工過程中傳遞給最終產品。這種遺傳性確保了即使經過多次重熔再加工，產品的性能依然能夠保持甚至有所提升。