近共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法及其产品与流程

本发明属于半固态金属制备技术领域，特别涉及一种初生相球化的近共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法及其制得的产品。

背景技术：

进入新世纪，随着社会文明的进步、工业技术的发展，在环保节能、减重减排的要求下，交通、航空、航天等工业为实现高效、节能、环保的目标，材料轻量化是必然的发展方向。以日本标准牌号ADC12铝合金、AC8A铝合金、美国标准牌号A413铝合金、欧洲牌号EN44200铝合金等为代表的近共晶铝硅合金(含硅量为10.5～13wt.％)具有低密度、高比强度、铸造性能优秀、耐腐蚀等优点，被广泛应用于汽车产业，是工业应用最广泛的铝合金之一。这类合金Si含量靠近Al-Si二元共晶点，凝固区间狭窄，往往需要在高过热度下铸造成形，容易造成卷气、夹杂等缺陷，从而降低合金的力学性能和延伸率，限制了该类合金的进一步应用。

金属半固态流变成形技术与传统液态成形(高压铸造、挤压铸造、低压铸造等)相比，具有合金力学性能高、模具寿命长、能耗低、可热处理、近净成形等优点，被誉为21世纪最具前途的金属材料加工技术之一。流变成形技术对合金力学性能的强化主要原因在于破碎树枝状的初生相并使其转变为圆整的颗粒状组织。获得圆整初生相的最佳方法是将固态合金加热到固液两相温度区间进行长时间的保温，但近共晶铝硅合金由于固液区间狭窄，难以进行准确的保温加热，更难以进行流变处理，因此关于该类合金半固态流变加工的专利非常有限。

专利号为CN103381471B的中国专利公开了一种近共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法，该方法通过机械旋转滚筒法成功制备出树枝状初生相破碎的半固态流变浆料和坯料，但并未获得圆整度较高、分布均匀的初生相，不能最大限度发挥半固态流变加工的优势，所制备得到的流变浆料和坯料在后续成形难以获得最大的性能提升。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种初生相圆整度高、分布均匀的近共晶铝硅合金流变浆料和坯料的制备方法和产品。

技术实现要素：

针对现有工业技术、专利、科研论文中对高圆整度初生相近共晶铝硅合金流变浆料、坯料制备技术的不足，本发明专利吸收传统半固态流变制浆技术和等温保温工艺的优点，创造性的提出一种半固态浆料或坯料的制备方法，适用于制备硅含量10.5～13wt.％的硅铝合金，该方法包括以下步骤：

熔化合金母料，得到合金液；

对所述合金液进行流变处理，制备初生相破碎的半固态流变浆料；

对所述初生相破碎的半固态流变浆料进行等温保温处理。

进一步地，所述等温保温处理的温度为相对该合金组分下合金液相线温度-30～+15℃。

进一步地，所述等温保温处理的保温时间为2～300秒。

进一步地，在所述将合金母料熔化过程前，在270～280℃对所述合金母料进行3～5小时预热。

进一步地，在所述合金母料熔化为合金液之后，对所述合金液在640～650℃下进行搅拌。

进一步地，在所述将合金母料熔化过程后，对所述合金液进行除气和/或精炼处理。

更进一步地，所述除气和/或精炼过程在630～640℃下进行。

更进一步地，在所述除气和/或精炼过程完成10-20分钟后，进行扒渣和搅拌。

进一步地，采用机械搅拌或超声震荡等任何一种半固态流变浆料制备方法进行所述流变处理。

进一步地，完成所述等温保温处理后，将处理后的所述半固态流变浆料注入铸模，凝固后得到半固态坯料。

本发明还提供了一种由上述任一方法制备的近共晶铝硅合金流变浆料或坯料，使用上述方法经破碎和熟化过程制备的浆料或坯料具有初生相圆整度高的特点，具有良好的加工性能，可以通过高压铸造、挤压铸造等成型工艺制备出高强度、高表面质量的铸件。

技术效果

初生相球化的近共晶铝硅合金流变浆料和坯料的制备方法，一方面通过等温静置作用使流变浆料中的初生相颗粒从制浆初期的偏聚状态转变为均匀分布；另一方面在液相线附近进行保温能发挥奥斯瓦尔德熟化的作用，使初生相颗粒变得圆整，最大程度提高合金力学性能。

本方法克服近共晶铝硅合金固液温度区间狭窄难以进行流变处理的缺点，制备的近共晶铝硅合金流变浆料和坯料初生相圆整度高，制浆效率高，可连续性生产；浆料通过高压铸造、挤压铸造等成型工艺能制备出高强度、高表面质量的铸件，是该系列合金半固态流变加工的理想方法，具有巨大的应用价值。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明实施实例1中ADC12合金流变浆料未经本发明处理时的淬火组织形貌；

图2是本发明实施实例1中ADC12合金流变浆料经本专利等温处理后淬火组织形貌；

图3是发明实施实例2中AC8A合金流变浆料未经本发明处理时的淬火组织形貌；

图4是本发明实施实例2中AC8A合金流变浆料经本专利等温处理后淬火组织形貌；

图5是发明实施实例3中EN44200合金流变浆料未经本发明处理时的淬火组织形貌；

图6是本发明实施实例3中EN44200合金流变浆料经本专利等温处理后淬火组织形貌。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种初生相球化的近共晶铝硅合金流变浆料和坯料的制备方法及其产品，通常适用于Si含量10.5～13wt.％的铝硅合金。以下通过三个具体实施例进一步阐述本发明提供的制备方法在不同牌号铝合金加工工艺中的应用及其制得的铝硅合金浆料或坯料的金相结构特点。

实施例中的制备方法均包括以下步骤：

步骤1：采用熔炼设备将母料熔化为金属液；

步骤2：充分搅拌使合金液成分均匀，静置；

步骤3：将金属液降温后进行除气、精炼，一段时间后扒渣、搅拌，随后将金属液静置；

步骤4：将不同温度的金属液通过机械搅拌、超声震荡等任何一种半固态流变浆料制备方法进行流变处理，获得树枝状初生相破碎的具有一定固相率的流变浆料；

步骤5：把制备得到的流变浆料迅速转移到具有温度控制系统的设备进行等温保温处理；

步骤6：将等温保温后的半固态流变浆料直接浇注进入金属铸锭模，凝固后得到初生相球状的可进行触变成型的半固态坯料。

使用该方法处理后的流变浆料或坯料初生相边缘圆滑、球化明显，圆整度大幅提高，具有良好的加工性能，可以通过高压铸造、挤压铸造等成型工艺制备出高强度、高表面质量的铸件。

实施例1

本实施例涉及一种初生相球化的近共晶铝硅合金流变浆料和坯料的制备方法，包括如下步骤：

ADC12合金流变浆料和坯料的制备(其中，Si的重量百分比为10.5wt.％，液相线温度为585℃)。将合金在坩埚电阻炉内加热熔化，在640℃充分搅拌，静置15分钟。在630℃除气、精炼、扒渣，静置15分钟。随后将机械搅拌制备得到树枝状初生相破碎的流变浆料转移到温度为600℃的保温炉中保温10秒，随后迅速进行压铸成形或浇注进铸锭模制备半固态坯料。图1为ADC12合金经机械搅拌后的浆料水淬组织，图2为采用本发明方法等温保温处理后的水淬组织。从图2明显看出，采用本发明方法处理后流变浆料初生相边缘圆滑，圆整度大幅度提高，球化明显，是理想的半固态浆料。

实施例2

本实施例涉及一种初生相球化的近共晶铝硅合金流变浆料和坯料的制备方法，包括如下步骤：

AC8A合金流变浆料和坯料的制备(其中，Si的重量百分比为13wt.％，液相线温度为605℃)。将合金在坩埚电阻炉内加热熔化，在650℃充分搅拌，静置15分钟。在640℃除气、精炼、扒渣，静置15分钟。将制备得到的树枝状初生相破碎的流变浆料转移到温度为575℃的保温炉中保温300秒，随后迅速进行压铸成形或浇注进铸锭模制备半固态坯料。图3为AC8A合金旋转滚筒流变处理后的微观组织，图4为采用本发明方法对浆料等温保温处理后的水淬组织。对比图3、图4发现，经本发明方法对流变浆料等温处理，浆料初生相在长时间的保温下发生奥斯瓦尔德熟化，呈边缘光滑圆整的球状，属于理想的半固态浆料。

实施例3

本实施例涉及一种初生相球化的近共晶铝硅合金流变浆料和坯料的制备方法，包括如下步骤：

EN44200合金流变浆料和坯料的制备(其中，Si的重量百分比为12wt.％，液相线温度为595℃)。把合金在坩埚电阻炉内熔化，640℃充分搅拌，静置15分钟。在635℃除气、精炼、扒渣，静置15分钟。把流变浆料放在温度为600℃的保温装置内静置50秒，迅速转移进行高压、低压、挤压铸造成形，或者将其浇铸到铸锭模制备半固态坯料。图5为EN44200合金机械滚筒搅拌后流变浆料的淬火组织，图6为采用本发明方法对浆料等温保温处理后的淬火组织。对比图5、图6发现，经本发明方法对流变浆料等温处理，在长时间奥斯瓦尔德熟化作用下，浆料初生相逐渐演变为边缘光滑圆整的球状，成为理想的半固态浆料。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。