本发明涉及有色金属热处理技术领域，尤其是一种过共晶铝硅合金中共晶硅在液相线温度处的球化退火方法。
背景技术：
过共晶铝硅合金具有低膨胀性、高的耐磨性、耐蚀性、较小的比重和良好的导热性等优良性能，广泛应用在航空航天、船舶制造和汽车工业等方面，是一种优良的发动机活塞材料。过共晶铝硅合金中存在的粗大的初晶硅和针片状的共晶硅严重割裂基体，使其力学性能下降，初晶硅作为合金的硬质点，虽然可以提高其硬度和耐磨性，但也使其机械加工性能变差。细化初晶硅和球化共晶硅可以提高过共晶铝硅合金的综合力学性能，工业上通常采用含有钠、磷、锶等元素的变质剂细化初晶硅。变质处理可细化共晶硅但难以使其得到球化，申请号为201610901148.1的“一种过共晶铝硅合金中共晶硅快速球化退火方法”，将过共晶铝硅合金在其共晶点温度以上10℃(587℃)进行5～25分钟的短时退火，使针片状共晶硅得以球化并均匀分布在铝基体中，同时使初晶硅的圆整度增加，从而最大限度地改善过共晶铝硅合金综合力学性能。研究表明：过共晶铝硅合金的最佳球化工艺为在587℃退火15min，退火时间还是较长。因此，有必要寻求更高效的球化退火工艺。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种过共晶铝硅合金中共晶硅在液相线温度处的球化退火方法，以快速、高效的方式实现过共晶铝硅合金中共晶硅的球化。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种过共晶铝硅合金中共晶硅在液相线温度处的球化退火方法，具有如下步骤：
a、采用石墨坩埚在井式电炉中熔炼al-18wt.％si过共晶铝硅合金，将合金液浇入金属型中，制得直径5～15mm、高度100mm的圆柱形过共晶铝硅合金试样；
b、将制得的合金试样放入处于合金液相线温度范围635℃～675℃的管式退火炉中，进行135～270秒的球化退火处理，使al-18si合金中针片状的共晶硅得以球化并均匀分布在铝基体中；
c、将退火处理后的合金试样取出在空气中进行冷却。
最佳地，所述的管式退火炉温度为655℃，球化退火时间为180～200秒。
本发明的有益效果是：本发明将退火温度设定在al-18si合金的液相线温度655℃附近，在此温度下合金中的硅可完全溶解到熔体中，熔体中溶解的硅含量接近18wt.％。可明显降低硅相球化的难度、提高硅相球化的驱动力。同时从热力学的角度来看，温度越高，硅元素的扩散速度和溶解速度越快，也使得共晶硅可以得到快速球化。
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al-18si合金在635℃退火不同时间的金相显微组织照片。
图2是al-18si合金在655℃退火不同时间的金相显微组织照片。
图3是al-18si合金在675℃退火不同时间的金相显微组织照片。
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。
一种过共晶铝硅合金中共晶硅在液相线温度处的球化退火方法，具有如下步骤：
a、采用石墨坩埚在井式电炉中熔炼al-18wt.％si过共晶铝硅合金，将合金液浇入金属型中，制得直径5～15mm、高度100mm的圆柱形过共晶铝硅合金试样；
b、将制得的合金试样放入处于合金液相线温度范围635℃～675℃的管式退火炉中，进行135～270秒的球化退火处理，使al-18si合金中针片状的共晶硅得以球化并均匀分布在铝基体中；
c、将退火处理后的合金试样取出在空气中进行冷却。
实施例1过共晶al-18si合金在635℃退火
将合金试样放入635℃的管式退火炉中进行不同时间的球化退火处理，退火处理时间分别为0、135、180、225和270秒。原始组织中有少量块状初晶硅及大量针片状的共晶硅，如图1(a)所示。当al-18si合金在635℃退火135秒和180秒时，共晶硅没有明显的变化，如图1(b)和(c)所示。当al-18si合金在635℃退火225秒时针片状共晶硅开始断裂，如图1(d)所示。在635℃退火270秒后，针片状共晶硅转变为小块状，球化效果不明显，如图1(e)所示。
实施例2过共晶al-18si合金在655℃退火
将合金试样放入655℃的管式退火炉中进行不同时间的球化退火处理，退火处理时间分别为0、135、160、180、200、225和270秒。原始组织中有少量块状初晶硅及大量针片状共晶硅，如图2(a)所示；当al-18si合金在655℃退火135秒后，共晶硅没有明显的变化，如图2(b)所示；当al-18si合金在655℃退火160秒后，部分针片状共晶硅转变为球粒状，如图2(c)所示；当al-18si合金在655℃退火180秒时，大部分针片状共晶硅转化为颗粒状和短片状，如图2(d)所示；当al-18si合金在655℃退火200秒时，细小的粒状共晶硅长大为较粗大的颗粒状，如图2(e)所示；当al-18si合金在655℃退火225秒和270秒时，共晶硅长大粗化转变为小块状，如图2(f)-(g)所示。
实施例3过共晶al-18si合金在675℃退火
将合金试样放入675℃的管式退火炉中进行不同时间的球化退火处理，退火处理时间分别为0、135、180、225和270秒。原始组织中有少量块状初晶硅及大量针片状共晶硅，如图3(a)所示；当al-18si合金在675℃退火135秒时共晶硅没有明显变化，如图3(b)所示；当al-18si合金在675℃退火180秒时，共晶硅开始断裂并发生球化，如图3(c)所示；当al-18si合金在675℃退火225秒时，针状共晶硅转变为较粗大的短片状共晶硅，并没有发生球化，如图3(d)所示；当al-18si合金在675℃退火270秒时，短片状共晶硅转变为小块状和粗大长片状，球化效果不明显，如图1(e)所示。
综合考虑，过共晶al-18si合金的最佳球化工艺为：在655℃退火180秒。
本发明将最佳的退火温度设定在al-18si合金的液相线温度655℃，在此温度下al-18si合金中的硅可完全溶解到熔体中，熔体中溶解的硅含量接近18wt.％，在此温度下，初晶硅是不能稳定存在的，但是在保温时间较短的时候仍有可能有部分残余的初晶硅存在于液相中。而对共晶硅而言，由于球化温度大大超过共晶点温度(577℃)，在此温度下共晶硅将很难稳定存在，只有在极短的保温时间下，才能使共晶硅溶解一部分而仍保留部分未溶解共晶硅核心，从而在随后的冷却过程中使其发生球化，同时也使得共晶硅溶解和球化的驱动力明显提高，共晶硅球化的难度下降。因此，从合金热力学的角度来看，温度越高，硅元素的扩散速度和溶解速度越快，也使得共晶硅可以得到快速球化。
而申请号201610901148.1中所述的退火温度在共晶温度以上10℃，即为587℃，在此温度下合金处于初晶硅+液态铝的固液两相区，此时熔体中硅的溶解度明显降低，此时仍有大量的初晶硅能稳定存在于液态铝中。此外，在较短的保温时间内共晶硅也仍有可能稳定地存在于液相中，其最大溶解硅含量接近共晶点(12.6wt.％)，导致熔体中大量初晶硅的稳定存在。
以上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。