一种新型粒化过共晶Al-Si合金的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝合金材料制备方法，尤其是涉及一种新型粒化过共晶Al-Si合金的制备方法。
【背景技术】
[0002]过共晶Al-Si合金具有低密度、高硬度、耐高温、耐磨、低热膨胀系数的特点，最适合制造高性能汽车发动机的气缸、活塞等零件，所以自出现之日起就备受重视，并且发展非常迅速。近十年来，形成了很多变质处理、外场处理等新技术，使过共晶Al-Si合金向实际应用不断靠近。
[0003]由于过共晶Al-Si合金组织中有大块初生硅的存在导致材料很脆，无法直接应用。为了使这种优秀的材料能够应用，人们开始从改善初生硅形态与细化初生硅晶粒入手，展开了大量的研究工作，可以将初生Si的尺寸控制在20 μ m左右。
[0004]过共晶Al-Si合金Sr变质可以得到粒状共晶Si，但Sr恶化P的变质效果，重新使初生Si粗化。喷射成型、雾化沉积和快速凝固方法也可以得到粒状共晶Si，但设备与工艺比较复杂、成本较高。磁场和超声波处理方法处理后对于改变共晶Si形态的效果也不明显。
[0005]过共晶Al-Si合金初生硅细化与改变形态的效果基本稳定，简单实用的方法是变质处理，比较好的变质剂为P+Sr+Ti+B，变质处理后能够得到细小、块状、均匀分布的初生硅。要想方便、稳定地得到球状初生硅，难度大，目前没有成熟的制备方法。
[0006]过共晶Al-Si合金在特殊铸造条件下，初生硅并没有达到球状的程度，但其延伸率偶尔也能够达到15%，说明过共晶Al-Si合金具有高延伸率的潜在能力，但到目前为止使过共晶Al-Si合金稳定地获得高的延伸率还没有实质性进展。
【发明内容】
[0007]本发明是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种一种新型粒化过共晶Al-Si合金的制备方法，其工艺简单，操作方便，容易实现，所制备的过共晶铝硅合金凝固组织中共晶硅呈细小颗粒状。
[0008]为了实现本发明的目的，采用的技术解决方案是:
[0009](1)将Si含量为15%?30%的过共晶Al-Si合金熔化，加热到1000°C?1100°C，精炼，静止lOmin?15min ;加入占过共晶Al_Si合金质量0.1 %的P进行变质处理，搅拌，保温 lOmin ?15min ；
[0010](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量为Al_Si合金总重量的2.5%?3.5%，保温20min?30min ;进行第二次精炼，保温lOmin?15min ；
[0011 ] (3)待溶液温度降至800 °C?900 °C时浇注到水冷金属型内。
[0012]本发明的有益效果是:A1-Si合金中，硅相是裂纹扩展首选路径，并且几乎无阻挡裂纹扩展的能力。对于过共晶Al-Si合金而言，在初生硅数量、大小、形状一定的条件下，共晶硅成为限制韧性提高的关键因素，即共晶硅数量越少、形状越圆整，过共晶Al-Si合金的韧性就越高。为此，在初生硅为细小、块状、均匀分布的基础上，减少或消灭片层状共晶组织是现阶段提高过共晶Al-Si合金延伸率的另一有效途径。为此本发明将Al-Zr加入到经过P变质后的过共晶Al-Si合金熔体中，则熔体中的ZrAl3与变质处理时形成的A1P反应形成的ZrP，而后ZrP与Si反应生成ZrSi2+P，释放出的P与A1反应，形成二次A1P，这个反应直到凝固结束。二次A1P颗粒小并且弥散分布在熔体之中，在较大过冷度下，这些细小颗粒的二次A1P，成为硅相的形核核心，Si相在熔体中析出并且自由生长，同时使Si相周围熔体贫Si而形成α相，α相将Si相包围后Si相基本上停止生长，形成α相包围细小颗粒状Si相的凝固组织，这个过程直到凝固结束，凝固组织中典型的片层状共晶组织消失，得到类似于球墨铸铁中石墨球与奥氏体的离异共晶组织。本发明工艺简单，操作方便，容易实现。所制备的过共晶铝硅合金凝固组织中共晶硅呈细小颗粒状。
【附图说明】
[0013]图1是实施例1过共晶Al-Si变质后加Zr的金相组织图；
[0014]图2是实施例2过共晶Al-Si变质后加Zr的金相组织图；
[0015]图3是实施例3过共晶Al-Si变质后加Zr的金相组织图；
[0016]图4是实施例4过共晶Al-Si变质后加Zr的金相组织图；
[0017]图5是实施例5过共晶Al-Si变质后加Zr的金相组织图。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
[0019]Al-20% Si 合金，用(λ 1%的 Ρ 变质，Zr 含量 3.0%。
[0020](1)将Si含量为20%的过共晶Al-Si的合金熔化，加热到1000°C，精炼，静止lOmin ;加入占过共晶Al_Si合金质量0.1%的P进行变质处理，搅拌，保温lOmin。
[0021](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量为Al-Si合金总重量的3.0%，保温25min ；进行第二次精炼，保温15min。
[0022](3)待溶液温度降至850°C时浇注到水冷金属型内，凝固组织如图1所示。
[0023]实施例2
[0024]Al-25% Si 合金，用 0.1 % 的 P 变质剂，Zr 含量 3.0%。
[0025](1)将Si含量为25%的过共晶Al-Si合金熔化，加热到1100°C，精炼，静止lOmin ;加入占过共晶Al-Si合金质量0.1%的P进行变质处理，搅拌，保温15min。
[0026](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量为Al-Si合金总重量的3.0%，保温20min ；进行第二次精炼，保温15min。
[0027](3)待溶液温度降至900°C时浇注到水冷金属型内，凝固组织如图2所示。
[0028]实施例3
[0029]Al-20 % Si 合金，用 0.1 % 的 P 变质，Zr 含量 3.5%。
[0030](1)将含量为20%的过共晶Al-Si合金熔化，加热到1000°C，精炼，静止lOmin ;加入占过共晶Al-Si合金质量0.1%的P进行变质处理，搅拌，保温lOmin。
[0031](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量为Al_Si合金总重量的3.5%，保温25min ；进行第二次精炼，保温15min。
[0032](3)待溶液温度降至850°C时浇注到水冷金属型内，凝固组织如图3所示。
[0033]实施例4
[0034]Al-30 % Si 合金，用 0.12 % 的 P 变质，Zr 含量 3.5%。
[0035](1)将Si含量为30%的过共晶Al-Si合金熔化，加热到1100°C，精炼，静止lOmin ;加入占过共晶Al-Si合金质量0.12%的P进行变质处理，搅拌，保温15min。
[0036](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量为Al_Si合金总重量的3.5 %，保温20min ；进行第二次精炼，保温lOmin。
[0037](3)待溶液温度降至900°C时浇注到水冷金属型内，凝固组织如图4所示。
[0038]实施例5
[0039]Al-15% Si 合金，用 0.15%的 Ρ 变质，Zr 含量 2.5%。
[0040](1)将Si含量为15%的过共晶Al-Si合金熔化，加热到1050°C，精炼，静止15min ;加入占过共晶Al-Si合金质量0.1%的P进行变质处理，搅拌，保温12min。
[0041](2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量为Al_Si合金总重量的2.5%，保温30in ；进行第二次精炼，保温12min。
[0042](3)待溶液温度降至800°C时浇注到水冷金属型内，凝固组织如图5所示。
[0043]以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种新型粒化过共晶Al-Si合金共晶硅的方法，其特征是步骤如下: (1)将Si含量为15%?30%的过共晶Al-Si合金熔化，加热到1000°C?1100°C，精炼，静止lOmin?15min ;加入占过共晶Al_Si合金质量0.1%的P进行变质处理，搅拌，保温 lOmin ?15min ； (2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量为Al-Si合金总重量的2.5 %?3.5 %，保温20min?30min ;进行第二次精炼，保温lOmin?15min ； (3)待溶液温度降至800°C?900°C时浇注到水冷金属型内。
【专利摘要】一种新型粒化过共晶Al-Si合金的制备方法，其步骤是：(1)将Si含量为15％～30％的过共晶Al-Si合金熔化，加热到1000℃～1100℃，精炼，静止10min～15min；加入占过共晶Al-Si合金质量0.1％的P进行变质处理，搅拌，保温10min～15min；(2)加入Al-Zr合金，控制Zr的加入量为Al-Si合金总重量的2.5％～3.5％，保温20min～30min；进行第二次精炼，保温10min～15min；(3)待溶液温度降至800℃～900℃时浇注到水冷金属型内。其工艺简单，操作方便，容易实现，所制备的过共晶铝硅合金凝固组织中共晶硅呈细小颗粒状。
【IPC分类】C22C1/03, C22C1/06, C22C21/04
【公开号】CN105401012
【申请号】CN201510603989
【发明人】常国威, 岳旭东, 陈淑英, 李青春
【申请人】辽宁工业大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年9月21日