一種過共晶Al-Si合金的雙重變質(zhì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種過共晶Al-Si合金的雙重變質(zhì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]過共晶Al-Si合金具有線膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性高、耐磨、耐蝕性能好、鑄造性能好、鑄件成本低等一系列優(yōu)良性能，是一種理想的汽車、船舶等活塞用合金。然而隨著合金中硅含量的增加，初晶硅與共晶硅組織變得粗大，特別是呈現(xiàn)粗大塊狀的初晶硅和長針狀共晶硅組織，嚴重割裂合金基體。并且硅相尖端和棱角部位容易引起應(yīng)力集中，從而明顯降低合金的力學性能，尤其是影響塑性及耐磨性的提高，使合金的切削加工性能變壞。解決這一問題的關(guān)鍵在于如何對合金進行變質(zhì)處理，同時改善初晶Si和共晶Si形貌。
[0003]目前對Si相細化變質(zhì)處理的方法有:超聲波振動、半固態(tài)鑄造、添加細化劑、快速冷卻、熔體處理等。對于過共晶鋁硅合金，目前有效的手段是向合金中加入磷及磷化物進行變質(zhì)處理。Al-P中間合金變質(zhì)劑，被稱為“綠色變質(zhì)劑”，可使過共晶Al-Si合金初晶Si平均晶粒尺寸細化到50 μ m以下，但其對共晶Si變質(zhì)沒有作用。近年來，對Al-Si合金的復(fù)合變質(zhì)處理成為研宄人員重要的研宄課題。重慶大學對磷和稀土雙重復(fù)合變質(zhì)處理進行了研宄，P+RE復(fù)合變質(zhì)后的過共晶Al-Si合金，初晶Si分布均勻，晶粒平均尺寸由變質(zhì)前的60 μ m減小為20 μ m，共晶Si呈短桿狀分布。上海交通大學米用彌、紀稀土變質(zhì)過共晶Al-Si合金，實現(xiàn)初晶Si和共晶Si的雙重變質(zhì)，其中初晶硅可細化至22 μπι左右。但是目前對于復(fù)合變質(zhì)還存在元素之間相互反應(yīng)、變質(zhì)作用削弱(如:3Na+AlP = NasP+Al,2AlP+3Sr =Al+Sr3P2等冶金反應(yīng))、環(huán)境污染、效果不穩(wěn)定等問題。因此，尋求具有良好雙重變質(zhì)效果的變質(zhì)劑仍是過共晶Al-Si合金研宄的熱點，也是提高過共晶Al-Si合金性能的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]解決的技術(shù)問題:本發(fā)明提供了一種過共晶Al-Si合金的雙重變質(zhì)方法，采用將相同成分的細晶中間合金加入到過共晶Al-Si合金原始爐料中的工藝，實現(xiàn)初晶Si和共晶Si的雙重變質(zhì)，同時避免現(xiàn)有工藝由于加入細化劑伴隨的引入雜質(zhì)、元素反應(yīng)問題。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種過共晶Al-Si合金的雙重變質(zhì)方法，其包括以下制備步驟:
[0006](I)利用單輥甩帶法制備細晶過共晶Al-Si合金中間合金薄帶，所述單輥轉(zhuǎn)速為20?50m/s，瞬時最高溫度為1100?1500°C，凝固速度為14?10 6k/s，所得中間合金薄帶寬度為2?3mm，厚度為10 μ m ;
[0007](2)將基體過共晶Al-Si合金放入5kw電阻爐中熔融，升溫至750?800°C，保溫15min，得到熔融的過共晶Al-Si合金金屬液；
[0008](3)將步驟(I)所得細晶過共晶Al-Si合金中間合金薄帶加入步驟(2)所得熔融的過共晶Al-Si合金金屬液中，所述細晶過共晶Al-Si合金中間合金薄帶與熔融的過共晶Al-Si合金金屬液質(zhì)量比為1: (I?9)，機械攪拌3?5min，攪拌速率為100r/min，保溫10?25min ;然后澆注到預(yù)熱溫度為150°C的鑄鋼金屬模型中，獲得合金鑄錠。
[0009]經(jīng)典的凝固理論和生產(chǎn)實踐證明，金屬的遺傳性是鑄造過程中普遍存在的客觀規(guī)律，即液固相變前合金熔體的自身特征對最后凝固組織的形成和演化有著十分顯著的作用。廣義上可以把金屬的遺傳性理解為在結(jié)構(gòu)上或者物理性質(zhì)方面，由原始爐料(始態(tài))通過熔體階段(過渡態(tài))向鑄態(tài)合金(終態(tài))的信息傳遞。這是由于液態(tài)金屬和合金的組成不均勻，結(jié)構(gòu)存在微觀不均勻即爐料組織信息的遺傳因子所致。對熔體的各種外部作用，例如變質(zhì)劑處理、溫度處理、超聲波、攪拌等都是改變遺傳因子的結(jié)構(gòu)和組成，從遺傳的角度講，上述作用的實質(zhì)是相同的。因此，通過向過共晶Al-Si合金中加入相同成分的細晶組織作為中間合金，利用中間合金細化組織的遺傳性可以達到初晶Si和共晶Si雙重細化變質(zhì)的目的。
[0010]有益效果:(1)本發(fā)明加入細晶過共晶Al-Si合金中間合金，與基體合金成分相同，既可以實現(xiàn)初晶Si和共晶Si的雙重變質(zhì)，又可避免產(chǎn)生引入雜質(zhì)、元素反應(yīng)問題，工藝簡單，操作方便。
[0011](2)變質(zhì)后過共晶Al-Si合金中初晶Si尺寸由44 μ m細化為14 μ m，共晶Si由粗大的針片狀變質(zhì)為高度分枝的纖維狀。
【附圖說明】
[0012]圖1是所得細晶過共晶Al-17% Si合金中間合金薄帶宏觀形貌；
[0013]圖2是所得細晶過共晶Al-17% Si合金中間合金薄帶顯微組織；
[0014]圖3是未變質(zhì)基體過共晶Al-17% Si合金顯微組織圖；
[0015]圖4是實施例1變質(zhì)后Al-17% Si合金顯微組織圖；
[0016]圖5是實施例2變質(zhì)后Al-17% Si合金顯微組織圖；
[0017]圖6是實施例3變質(zhì)后Al-17% Si合金顯微組織圖；
[0018]圖7是實施例4變質(zhì)后Al-17% Si合金顯微組織圖；
[0019]圖8是變質(zhì)后Al-17% Si合金中α -Al枝晶面積百分比。
【具體實施方式】
[0020]下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不因此局限于下述實施例，而是由本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書限定。
[0021]實施例1
[0022](I)利用單輥甩帶法快速凝固制備細晶過共晶Al-17% Si合金中間合金薄帶，制備過程單棍轉(zhuǎn)速為40m/s，瞬時最高溫度為1300°C時，凝固速度為106k/s ;所得薄帶可連續(xù)制備，表面光滑，無飛刺和明顯宏觀缺陷，其宏觀形貌和顯微組織分別如圖1和圖2所示；其中初晶Si尺寸細小，平均尺寸約I μπι，共晶Si呈高度分枝的纖維狀。
[0023](2)將基體過共晶Al-17% Si合金在電阻爐中熔融，升溫至750°C，保溫15min，得到熔融的過共晶Al-Si合金金屬液；未變質(zhì)過共晶Al-17% Si合金原始顯微組織如圖3所示，初晶Si呈粗大的板片狀，平均尺寸約44 μ m，共晶Si呈針狀。
[0024](3)按細晶中間合金與基體合金質(zhì)量比為1:9，將步驟⑴所得相同成分的細晶中間合金加入步驟(2)所得恪融的過共晶Al-17% Si合金金屬液中，機械攪拌3?5min，保溫1min ;