一种共晶铝硅合金中共晶硅快速球化处理方法与流程

本发明涉及属于有色金属热处理领域，尤其涉及一种共晶铝硅合金中共晶硅快速球化处理方法。

背景技术：

共晶铝硅合金有较好的熔体流动性和铸型填充性能，尤其是比强度高、热膨胀系数小、耐磨耐蚀性好等特性被广泛应用于汽车或活塞制备行业。未变质的共晶铝硅合金中，共晶硅呈粗大的针状分布在α-al基体，严重割裂基体，降低了合金的力学性能和机加工性能。科技工作者和工业上常采用变质处理来改善共晶硅的形态和尺寸，以满足对共晶铝硅合金性能的要求。

目前，通常采用钠、锶、锑、稀土等单元素对共晶硅进行变质处理。钠变质能力强，但变质效果易衰退，且会降低液态铝硅合金流动性。锶与钠变质机理类似，都是靠吸附在共晶硅的生长台阶上阻碍其生长成片状来达到细化共晶组织的效果，但锶变质后铸件不易除氢，容易形成针孔，且磷、硼、锑等会毒化锶的变质效果。锑变质使共晶硅组织以片状形式产生分枝，达到细化效果。锑对共晶硅变质效果不如钠和锶，但具有不易烧损，可多次重熔使用的特点。加入1.0％的铈可以同时细化过共晶铝硅合金中的初晶硅和共晶硅，0.3％的稀土元素镧可以有效促进共晶硅转变为颗粒状。

虽然采用化学变质剂可以使粗大的针状共晶硅转变为纤维状，但是共晶硅并不是最佳状态。如果能使共晶硅转变为球粒状，则共晶铝硅合金的力学性能将得到进一步提高。现有技术中硅相的球化时间较长，生产效率较低。目前针对过共晶铝硅快速球化的研究较多，一般采用变质处理的方法可以较好地促进和实现初晶硅和共晶硅快速球化，也有采用常规的热处理方法对其快速球化，过共晶铝硅合金既含有初晶硅也含有共晶硅，对过共晶铝硅合金来说，由于初晶硅容易球化，球化后的初晶硅相当于一种球化核心，可以诱导共晶硅也发生球化，在随后的凝固过程中，由于初晶硅的存在，液相中的硅更倾向于向已经存在的初晶硅富集而使其长大，抑制了共晶硅的生长，使得共晶组织中共晶硅数量更少，其尺寸也更为细小，此时采用变质处理或者热处理可以使共晶硅更容易得到球化，因此对过共晶铝硅球化的研究较为容易和成熟。对共晶铝硅合金来说，球化的对象只是共晶硅，共晶硅的球化难度大大高于过共晶铝硅合金中的共晶硅，因此目前针对共晶铝硅球化的研究进展缓慢，没有一种简单快速的处理方法来解决共晶铝硅球化的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，为了使得共晶铝硅合金中的共晶硅得到快速球化，本发明提供一种共晶铝硅合金中共晶硅快速球化处理方法，以大幅度提高共晶铝硅合金中共晶硅的球化效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种共晶铝硅合金中共晶硅快速球化处理方法，具体操作步骤包括：

1.采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼al-12.6wt.％si共晶合金，将合金液浇入金属型中，制得直径5-15mm、高度100mm的圆柱形共晶铝硅合金试样；

2.将步骤1制得的试样放入582～637℃的管式退火炉中进行1～60min球化退火处理；

其中，577℃为共晶铝硅的共晶温度点，582～637℃温度下的共晶铝硅合金完全处于液相区域。

3.退火处理后，将步骤2球化退火处理的试样取出进行冷却。

作为优选，步骤1中制得直径10mm、高度100mm的圆柱形共晶铝硅合金试样。

作为优选，步骤2中对试样球化退火处理条件为587℃条件下退火1～60min、607℃条件下退火1～60min或627℃条件下退火1～60min。

作为优选，步骤2中对试样球化退火处理条件为587℃条件下退火25min、607℃条件下退火15min或627℃条件下退火5min，这样做是在保证95％的共晶硅球化基础上，以达到节约能源的目的。

作为优选，步骤3中冷却方式为喷雾冷却或者风冷，这样可以增加生产效率。

本发明的有益效果是，本发明将共晶铝硅合金在其共晶点温度(577℃)以上5～60℃进行短时球化处理，在液相区域内进行球化，使球粒状的共晶硅均匀分布在铝基体中，从而提高共晶硅的球化效率。随着共晶铝硅合金球化退火温度的提高，共晶硅的球化速率明显提高，球化效果更好。一般认为共晶铝硅中的共晶硅球化困难，而退火温度高，则共晶铝硅会发生过热或过烧现象，所以很少有人通过在共晶温度以上的液相区域对共晶铝硅合金进行球化处理来改变共晶铝硅合金的力学性能，更没有人对其快速球化做深入的研究，而图1-3表明共晶铝硅组织致密，没有发生过热或过烧现象，因此本发明取得了意想不到的技术效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是587℃退火处理的共晶铝硅合金的金相组织图。铝合金化学成分(wt％)为si：12.6，退火时间分别为：(a)0min(原始组织),(b)5min,(c)10min,(d)15min,(e)20min,(f)25min。原始组织中有极少量块状初晶硅和大量针状共晶硅；587℃退火5min，共晶硅未出现明显球化现象；587℃退火10min后，有10％左右的共晶硅发生球化；587℃退火15min后，有30％左右的共晶硅发生球化；587℃退火20min后，有50％左右的共晶硅球化；587℃退火25min后，有95％左右的共晶硅球化，球化时间进一步增加，共晶硅尺寸增加，但无助于实现进一步球化。

图2是607℃退火处理的共晶铝硅合金的金相组织图。铝合金化学成分(wt％)为si：12.6，退火时间分别为：(a)0min(原始组织),(b)5min,(c)10min,(d)15min。原始组织中有极少量块状初晶硅和大量针片状共晶硅；607℃退火5min，有10％左右的共晶硅发生球化；607℃退火10min后，有30％左右的共晶硅发生球化；607℃退火15min后，有95％左右的共晶硅发生球化，球化时间进一步增加，共晶硅尺寸增加，但无助于实现进一步球化。

图3是627℃退火处理的共晶铝硅合金的金相组织图。铝合金化学成分(wt％)为si：12.6，退火时间分别为：a)0min(原始组织),b)5min。原始组织中有极少量块状初晶硅和大量针片状共晶硅；627℃退火5min后，有95％左右的共晶硅发生球化，球化时间进一步增加，共晶硅尺寸增加，但无助于实现进一步球化。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

共晶铝硅合金在587℃退火：

采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼al-12.6wt.％si共晶合金，将合金液浇入金属型中，制得直径10mm、高度100mm的圆柱形共晶铝硅合金试样；将试样放入587℃的管式退火炉中进行5min的球化退火处理；退火处理后，将试样取出进行风冷，得到5min退火时间下的共晶铝硅合金。按照上述操作步骤，将球化退火处理时间分别改为10min、15min、20min、25min，其余操作不变，分别得到10min、15min、20min、25min退火时间下的共晶铝硅合金。5min、10min、15min、20min、25min退火时间下的共晶铝硅合金金相组织图如图1所示。

实施例2

共晶铝硅合金在607℃退火：

采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼al-12.6wt.％si共晶合金，将合金液浇入金属型中，制得直径10mm、高度100mm的圆柱形共晶铝硅合金试样；将试样放入607℃的管式退火炉中进行5min的球化退火处理；退火处理后，将试样取出进行风冷，得到5min退火时间下的共晶铝硅合金。按照上述操作步骤，将球化退火处理时间分别改为10min、15min，其余操作不变，分别得到10min、15min退火时间下的共晶铝硅合金。5min、10min、15min退火时间下的共晶铝硅合金金相组织图如图2所示。

实施例3

共晶铝硅合金在627℃退火：

采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼al-12.6wt.％si共晶合金，将合金液浇入金属型中，制得直径10mm、高度100mm的圆柱形共晶铝硅合金试样；将试样放入627℃的管式退火炉中进行5min的球化退火处理；退火处理后，将试样取出进行风冷，得到5min退火时间下的共晶铝硅合金。5min退火时间下的共晶铝硅合金金相组织图如图3所示。

以上所述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。