一種新型?；^共晶Al-Si合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金材料制備方法，尤其是涉及一種新型?；^共晶Al-Si合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]過共晶Al-Si合金具有低密度、高硬度、耐高溫、耐磨、低熱膨脹系數(shù)的特點，最適合制造高性能汽車發(fā)動機的氣缸、活塞等零件，所以自出現(xiàn)之日起就備受重視，并且發(fā)展非常迅速。近十年來，形成了很多變質(zhì)處理、外場處理等新技術(shù)，使過共晶Al-Si合金向?qū)嶋H應(yīng)用不斷靠近。
[0003]由于過共晶Al-Si合金組織中有大塊初生硅的存在導(dǎo)致材料很脆，無法直接應(yīng)用。為了使這種優(yōu)秀的材料能夠應(yīng)用，人們開始從改善初生硅形態(tài)與細(xì)化初生硅晶粒入手，展開了大量的研究工作，可以將初生Si的尺寸控制在20 μ m左右。
[0004]過共晶Al-Si合金Sr變質(zhì)可以得到粒狀共晶Si，但Sr惡化P的變質(zhì)效果，重新使初生Si粗化。噴射成型、霧化沉積和快速凝固方法也可以得到粒狀共晶Si，但設(shè)備與工藝比較復(fù)雜、成本較高。磁場和超聲波處理方法處理后對于改變共晶Si形態(tài)的效果也不明顯。
[0005]過共晶Al-Si合金初生硅細(xì)化與改變形態(tài)的效果基本穩(wěn)定，簡單實用的方法是變質(zhì)處理，比較好的變質(zhì)劑為P+Sr+Ti+B，變質(zhì)處理后能夠得到細(xì)小、塊狀、均勻分布的初生硅。要想方便、穩(wěn)定地得到球狀初生硅，難度大，目前沒有成熟的制備方法。
[0006]過共晶Al-Si合金在特殊鑄造條件下，初生硅并沒有達(dá)到球狀的程度，但其延伸率偶爾也能夠達(dá)到15%，說明過共晶Al-Si合金具有高延伸率的潛在能力，但到目前為止使過共晶Al-Si合金穩(wěn)定地獲得高的延伸率還沒有實質(zhì)性進(jìn)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種一種新型?；^共晶Al-Si合金的制備方法，其工藝簡單，操作方便，容易實現(xiàn)，所制備的過共晶鋁硅合金凝固組織中共晶硅呈細(xì)小顆粒狀。
[0008]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)解決方案是:
[0009](1)將Si含量為15%?30%的過共晶Al-Si合金熔化，加熱到1000°C?1100°C，精煉，靜止lOmin?15min ;加入占過共晶Al_Si合金質(zhì)量0.1 %的P進(jìn)行變質(zhì)處理，攪拌，保溫 lOmin ?15min ；
[0010](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量為Al_Si合金總重量的2.5%?3.5%，保溫20min?30min ;進(jìn)行第二次精煉，保溫lOmin?15min ；
[0011 ] (3)待溶液溫度降至800 °C?900 °C時澆注到水冷金屬型內(nèi)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:A1-Si合金中，硅相是裂紋擴(kuò)展首選路徑，并且?guī)缀鯚o阻擋裂紋擴(kuò)展的能力。對于過共晶Al-Si合金而言，在初生硅數(shù)量、大小、形狀一定的條件下，共晶硅成為限制韌性提高的關(guān)鍵因素，即共晶硅數(shù)量越少、形狀越圓整，過共晶Al-Si合金的韌性就越高。為此，在初生硅為細(xì)小、塊狀、均勻分布的基礎(chǔ)上，減少或消滅片層狀共晶組織是現(xiàn)階段提高過共晶Al-Si合金延伸率的另一有效途徑。為此本發(fā)明將Al-Zr加入到經(jīng)過P變質(zhì)后的過共晶Al-Si合金熔體中，則熔體中的ZrAl3與變質(zhì)處理時形成的A1P反應(yīng)形成的ZrP，而后ZrP與Si反應(yīng)生成ZrSi2+P，釋放出的P與A1反應(yīng)，形成二次A1P，這個反應(yīng)直到凝固結(jié)束。二次A1P顆粒小并且彌散分布在熔體之中，在較大過冷度下，這些細(xì)小顆粒的二次A1P，成為硅相的形核核心，Si相在熔體中析出并且自由生長，同時使Si相周圍熔體貧Si而形成α相，α相將Si相包圍后Si相基本上停止生長，形成α相包圍細(xì)小顆粒狀Si相的凝固組織，這個過程直到凝固結(jié)束，凝固組織中典型的片層狀共晶組織消失，得到類似于球墨鑄鐵中石墨球與奧氏體的離異共晶組織。本發(fā)明工藝簡單，操作方便，容易實現(xiàn)。所制備的過共晶鋁硅合金凝固組織中共晶硅呈細(xì)小顆粒狀。
【附圖說明】
[0013]圖1是實施例1過共晶Al-Si變質(zhì)后加Zr的金相組織圖；
[0014]圖2是實施例2過共晶Al-Si變質(zhì)后加Zr的金相組織圖；
[0015]圖3是實施例3過共晶Al-Si變質(zhì)后加Zr的金相組織圖；
[0016]圖4是實施例4過共晶Al-Si變質(zhì)后加Zr的金相組織圖；
[0017]圖5是實施例5過共晶Al-Si變質(zhì)后加Zr的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
[0019]Al-20% Si 合金，用(λ 1%的 Ρ 變質(zhì)，Zr 含量 3.0%。
[0020](1)將Si含量為20%的過共晶Al-Si的合金熔化，加熱到1000°C，精煉，靜止lOmin ;加入占過共晶Al_Si合金質(zhì)量0.1%的P進(jìn)行變質(zhì)處理，攪拌，保溫lOmin。
[0021](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量為Al-Si合金總重量的3.0%，保溫25min ；進(jìn)行第二次精煉，保溫15min。
[0022](3)待溶液溫度降至850°C時澆注到水冷金屬型內(nèi)，凝固組織如圖1所示。
[0023]實施例2
[0024]Al-25% Si 合金，用 0.1 % 的 P 變質(zhì)劑，Zr 含量 3.0%。
[0025](1)將Si含量為25%的過共晶Al-Si合金熔化，加熱到1100°C，精煉，靜止lOmin ;加入占過共晶Al-Si合金質(zhì)量0.1%的P進(jìn)行變質(zhì)處理，攪拌，保溫15min。
[0026](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量為Al-Si合金總重量的3.0%，保溫20min ；進(jìn)行第二次精煉，保溫15min。
[0027](3)待溶液溫度降至900°C時澆注到水冷金屬型內(nèi)，凝固組織如圖2所示。
[0028]實施例3
[0029]Al-20 % Si 合金，用 0.1 % 的 P 變質(zhì)，Zr 含量 3.5%。
[0030](1)將含量為20%的過共晶Al-Si合金熔化，加熱到1000°C，精煉，靜止lOmin ;加入占過共晶Al-Si合金質(zhì)量0.1%的P進(jìn)行變質(zhì)處理，攪拌，保溫lOmin。
[0031](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量為Al_Si合金總重量的3.5%，保溫25min ；進(jìn)行第二次精煉，保溫15min。
[0032](3)待溶液溫度降至850°C時澆注到水冷金屬型內(nèi)，凝固組織如圖3所示。
[0033]實施例4
[0034]Al-30 % Si 合金，用 0.12 % 的 P 變質(zhì)，Zr 含量 3.5%。
[0035](1)將Si含量為30%的過共晶Al-Si合金熔化，加熱到1100°C，精煉，靜止lOmin ;加入占過共晶Al-Si合金質(zhì)量0.12%的P進(jìn)行變質(zhì)處理，攪拌，保溫15min。
[0036](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量為Al_Si合金總重量的3.5 %，保溫20min ；進(jìn)行第二次精煉，保溫lOmin。
[0037](3)待溶液溫度降至900°C時澆注到水冷金屬型內(nèi)，凝固組織如圖4所示。
[0038]實施例5
[0039]Al-15% Si 合金，用 0.15%的 Ρ 變質(zhì)，Zr 含量 2.5%。
[0040](1)將Si含量為15%的過共晶Al-Si合金熔化，加熱到1050°C，精煉，靜止15min ;加入占過共晶Al-Si合金質(zhì)量0.1%的P進(jìn)行變質(zhì)處理，攪拌，保溫12min。
[0041](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量為Al_Si合金總重量的2.5%，保溫30in ；進(jìn)行第二次精煉，保溫12min。
[0042](3)待溶液溫度降至800°C時澆注到水冷金屬型內(nèi)，凝固組織如圖5所示。
[0043]以上僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種新型?；^共晶Al-Si合金共晶硅的方法，其特征是步驟如下: (1)將Si含量為15%?30%的過共晶Al-Si合金熔化，加熱到1000°C?1100°C，精煉，靜止lOmin?15min ;加入占過共晶Al_Si合金質(zhì)量0.1%的P進(jìn)行變質(zhì)處理，攪拌，保溫 lOmin ?15min ； (2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量為Al-Si合金總重量的2.5 %?3.5 %，保溫20min?30min ;進(jìn)行第二次精煉，保溫lOmin?15min ； (3)待溶液溫度降至800°C?900°C時澆注到水冷金屬型內(nèi)。
【專利摘要】一種新型粒化過共晶Al-Si合金的制備方法，其步驟是：(1)將Si含量為15％～30％的過共晶Al-Si合金熔化，加熱到1000℃～1100℃，精煉，靜止10min～15min；加入占過共晶Al-Si合金質(zhì)量0.1％的P進(jìn)行變質(zhì)處理，攪拌，保溫10min～15min；(2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量為Al-Si合金總重量的2.5％～3.5％，保溫20min～30min；進(jìn)行第二次精煉，保溫10min～15min；(3)待溶液溫度降至800℃～900℃時澆注到水冷金屬型內(nèi)。其工藝簡單，操作方便，容易實現(xiàn)，所制備的過共晶鋁硅合金凝固組織中共晶硅呈細(xì)小顆粒狀。
【IPC分類】C22C1/03, C22C1/06, C22C21/04
【公開號】CN105401012
【申請?zhí)枴緾N201510603989
【發(fā)明人】常國威, 岳旭東, 陳淑英, 李青春
【申請人】遼寧工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年9月21日