专利名称：过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法
技术领域：
本发明涉及金属材料类及冶金领域，具体涉及到一种过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法。
背景技术：
过共晶Al-Si系合金由于具有密度小、热膨胀系数小、体积稳定性好、耐蚀、耐磨以及高温强度高等特点，在汽车活塞制造行业中得到了广泛的重视和应用。但过共晶Al -
Si合金组织中存在粗大的初晶硅，严重割裂基体，使其性能下降而不能满足实际应用的需求。因此，采取有效的手段来改善初晶硅的形貌和分布是必要的。另外，改变共晶相中硅相形态也有助于力学等性能的改善。
·
改善初晶硅的形貌和分布的传统方法是利用变质剂对其进行变质处理，通过改变合金的晶相组织、形态与分布来提高合金的力学性能。在变质剂变质处理基础上综合运用其它方法如添加合金强化元素、激光处理等手段以协同优化合金的凝固组织，则可以大幅度提高合金材料的力学性能。但变质剂的加入量需要严格控制，成本较高，工艺较复杂，易造成合金的夹杂、吸氢的倾向增加。铸造合金材料的获得都要经历由液态到固态的凝固过程，由于液态金属结构具有变化和遗传性，合金的预结晶状态对最终的凝固组织和力学性能有着重要的影响。因此，通过控制合金熔体凝固时的结构状态可以有效地改善合金的凝固组织。合金熔体热处理是指根据合金熔体结构随温度的变化关系以及其在冷却过程中的变化规律，采用一定的热作用使熔体结构及其变化进程发生改变，从而改善合金的铸态组织、结构和性能的工艺过程。合金熔体热处理不仅可以改善合金组织结构，改善合金的使用性能，而且还能改善合金的铸&十生倉泛。
发明内容
为了解决以上过共晶Al-Si合金中初晶硅粗大造成性能下降的问题，本发明提供了一种初晶硅尺寸较小，提高抗拉强度和硬度的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法。本发明是通过以下措施实现的
一种过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，包括以下步骤
(1)将铝和硅总重量的67-90%和占合金总量(Γ2.0%的铜和(Tl. 5%的镁混合，过热到8700C 980°C，保温10mirT30min得到过热合金液；
(2)将预热到50°C 200°C的剩余的硅和铝加入到过热合金液中，使温度降至7300C ^7800C，加入占合金总量O. Γ1. 0%的混合稀土和(Γθ. 05%的磷，经过精炼，静置后浇
注，即得。所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，将硅、磷分别与铝制成合金，再使用。所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，铝硅合金为含硅14-22%的合金。
所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，铝磷合金为含磷3. 5-5%的合金。所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，得到的初晶硅尺寸为12 25i!m，抗拉强度为16(T300MPa，布氏硬度为47 110HB。所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其特征在于步骤(I)中将合金量的80-86%过热到870°C 980°C，保温。所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，铝硅合金为含硅18%的合金，总合金中含有2. 0%的铜、I. 5%的镁、I. 0%的混合稀土和0. 05%的磷。所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，铝硅合金为含硅18%的合金，总合金中含有I. 5%的铜、0. 6%的镁、0. 6%的混合稀土和0. 035%的磷。本发明选用过共晶铝-硅合金作为母体，该合金具有良好的強度、硬度和体积稳定性，并且耐磨、耐腐蚀性好，是制造发动机活塞的理想材料。然而，该合金结晶温度范围 较宽，初晶硅硬而脆，其尺寸和形态明显影响合金力学性能，強度及塑性明显降低，应用受到限制。为了改变初晶硅的不利影响，研究采用了新的熔体热处理并稀土变质的方法。通过研究分析过共晶铝-硅合金熔体结构的变化，以所掌握的熔体结构状态的信息为依据，选取合适的熔体过热温度、保温时间、熔体激冷方式等エ艺參数，通过控制合金的预结晶状态和稀土变质的熔体状态，改善了过共晶Al-Si合金的组织和性能。有益效果含硅量在14-22%的过共晶铝-硅合金经热处理后，最佳条件下初晶硅的尺寸由70um左右被细化到16um左右，棱角钝化，分布也比较均匀，抗拉强度由152MPa左右上升到175MPa左右，硬度由45HB左右上升到50HB左右；铝-硅中添加铜镁合金化后，经过熔体热处理和稀土及磷的复合变质处理，合金抗拉强度提高到287MPa左右，布氏硬度为102HB左右。
具体实施例方式为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例来进ー步说明。实施实例I :
将占铝-18%硅合金质量的80%合金料放入电炉中过热到930°C，保温20min后，向熔体中加入预热到大约100°C的剰余合金料，并进行迅速的搅拌，使熔体温度迅速冷却到770V附近，经过精炼，扒渣后回炉保温静置8分钟，浇注金属型，浇注温度约为750°C。经热处理后，该合金中初晶硅尺寸由70um左右被细化到18um左右，棱角钝化，分布均匀；抗拉强度由未热处理时的152MPa上升到178MPa，硬度由45HB上升到52HB。实施实例2:
将375g配比为铝-14%硅的合金放入电炉中过热到870°C，保温30min后，向熔体中加入预热到大约130°C的65g固态Al-14%Si合金，并进行迅速的搅拌，使熔体温度迅速冷却到770°C附近，经过精炼，扒渣后回炉保温静置8分钟，浇注金属型，浇注温度约为750°C。经热处理后，该合金中初晶硅的尺寸由65um左右被细化到25um左右，棱角钝化，分布也比较均匀；抗拉强度由156MPa上升到163MPa，硬度由43HB上升到47HB。实施实例3:
将占铝-22%硅合金质量的80%合金料放入电炉中过热到930°C，保温15min后，向熔体中加入预热到大约80°C的剰余合金料，并进行迅速的搅拌，使熔体温度迅速冷却到770°C附近，经过精炼，扒渣后回炉保温静置10分钟，浇注金属型，浇注温度约为750°c。经热处理后，该合金中初晶硅的平均尺寸由IOOum左右被细化到30um左右，棱角钝化且弥散分布；抗拉强度由145MPa上升到170MPa，硬度由52HB上升到60HB。实施实例4
将375g配比为铝-22%硅的合金放入电炉中过热到930°C，保温IOmin后，向熔体中加入预热到大约80°C的IlOg固态Al-22%Si合金，并进行迅速的搅拌，使熔体温度迅速冷却到770°C附近，然后加入占最后得到的总合金量O. 1%的混合稀土进行变质处理，经过精炼，扒渣后回炉保温静置8分钟，浇注金属型，浇注温度约为750°C。合金经复合处理后，初晶硅的形貌变为细小圆滑的块状，分布较均匀，平均尺寸被细化到约25 μ m ;抗拉强度由145MPa上升到198MPa，硬度由52HB上升到68HB。实施实例5
在375g配比为铝-18%硅的合金中加入占总合金量2. 0%铜和I. 5%镁，然后过热到9300C，保温20min后，向熔体中加入预热到90°C的80g固态铝-18%硅合金，使熔体温度迅速冷却到770°C附近，再加入占最后得到的总合金量I. 0%的混合稀土和I. 0%的Al-3. 5P中间合金进行变质处理，并进行迅速的搅拌，经过精炼，扒渣后回炉保温静置8分钟，浇注金属型，浇注温度为750°C左右。该合金经熔体热处理与稀土及磷变质复合处理后，合金中初晶硅的形貌变为细小的粒状，尺寸被细化到16 μ m左右，抗拉强度达到248MPa，布氏硬度达到110HB，与常规熔炼工艺所得该合金相比，抗拉强度和布氏硬度分别提高了 20%和18%。实施实例6
在375g配比为铝-18%硅的合金中加入占总合金量的I. 5%铜和O. 6%镁，然后过热到9300C，保温20min后，向熔体中加入预热到大约70°C的80g固态铝-18%硅合金，使熔体温度迅速冷却到770°C附近，然后加入占最后得到的总合金量O. 6%的混合稀土和1.0%的Al-3. 5P中间合金进行变质处理，并进行迅速的搅拌，经过精炼，扒渣后回炉保温静置8分钟，浇注金属型，浇注温度为750°C左右。该处理方法获得的合金中，初晶硅的形貌变为更细小的粒状，尺寸被细化到12 μ m左右，合金抗拉强度达到287MPa，布氏硬度达到102HB。通过上述实施例可以看出，对铝-18%硅合金采用本发明的熔体热处理方法，初晶硅的尺寸由70um左右被细化到18um左右，棱角钝化，分布也比较均匀，抗拉强度由152MPa左右上升到175MPa左右，硬度由45HB左右上升到52HB左右；铝-硅中添加铜镁合金化后，经过熔体热处理与稀土及磷复合变质处理，合金抗拉强度提高到287MPa左右，布氏硬度为102HB左右。在具体的熔体热处理方法中，硅和铝、磷和铝可以预先做成合金，再加入，也可以分别单独加入，这是本领域的普通技术人员可以根据现有技术不花费创造性劳动就可以进行随意选择的，并且不会对得到的合金产生影响。
权利要求
1.一种过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其特征是包括以下步骤 (1)将铝和硅总重量的67-90%和占合金总量0 2.0%的铜和(Tl. 5%的镁混合，过热到8700C 980°C，保温IOminlOmin得到过热合金液； (2)将预热到50°C 200°C的剩余的硅和铝加入到过热合金液中，使温度降至7300C ^7800C，加入占合金总量0. ri. 0%的混合稀土和(TO. 05%的磷，经过精炼，静置后浇注，即得。
2.根据权利要求I所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其特征在于将硅、磷分别与铝制成合金，再使用。
3.根据权利要求2所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其特征在于铝硅合金为含娃14-22%的合金。
4.根据权利要求2或3所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其特征在于铝磷合金为含磷3. 5-5%的合金。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其特征在于得到的初晶硅尺寸为12 25 iim，抗拉强度为16(T300MPa，布氏硬度为47 110HB。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其特征在于步骤(I)中将合金量的80-86%过热到870°C 980°C，保温。
7.根据权利要求I或6中所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其特征在于铝硅合金为含硅18%的合金，总合金中含有2. 0%的铜、I. 5%的镁、I. 0%的混合稀土和0. 05%的磷。
8.根据权利要求I或6中所述的过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法，其特征在于铝硅合金为含硅18%的合金，总合金中含有I. 5%的铜、0. 6%的镁、0. 6%的混合稀土和0. 035%的磷。
全文摘要
本发明涉及金属材料类及冶金领域，具体涉及到一种过共晶铝-硅合金熔体复合处理方法将铝和硅总重量的67-90%和占合金总量0~2.0%的铜和0~1.5%的镁混合，过热到870℃~980℃，保温10min~30min得到过热合金液；将室温的剩余的硅和铝加入到过热合金液中，使温度急降至730℃~780℃，加入占过共晶铝-硅合金总量0.1~0.8%的混合稀土和0~0.05%的磷，经过精炼,静置后浇注，即得。铝-18硅-1.5铜%-0.6镁合金经稀土及磷变质和热处理复合处理后，合金抗拉强度提高到287MPa，布氏硬度为102HB。
文档编号C22C1/02GK102796923SQ20121032786
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者耿浩然, 王庆磊, 李灿灿, 张振伟, 闫兴臣, 彭熙 申请人:济南大学