一种利用熔体净化作用消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法

1.本发明涉及有色合金成型技术领域，尤其是一种利用熔体净化作用消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法。


背景技术：

2.过共晶铝硅合金是一种重要的铸造铝合金，由于其具有密度小、比强度高、耐磨性好、热膨胀系数低等优点，因而被广泛应用于汽车、航空航天、船舶海洋、化学化工等领域。在汽车领域，过共晶铝硅合金作为传统铸铁的理想替代材料用以制作汽车发动机用活塞和缸套等耐磨零部件，不仅可以提高发动机的工作效率，而且可以减轻汽车重量、提高燃油利用率和减少尾气排放。然而，与其他常见的铝合金系相比，随着硅含量的增加，其初生硅相也会逐渐粗大，成为形状不规则的板块状晶体，使合金的强度、尤其是塑性变得很差，并使切削加工性能变得很坏，加工时初生硅会整块剥落而使表面不光。未变质过共晶铝硅合金，初生硅是由一些极薄的六角形板片状晶重叠而成，板块与板块之间的结合很弱，受拉力时，一般在板块间断裂，而且容易在si相尖端和棱角处引起应力集中，所以抗拉强度很低，塑性更差。
3.目前，对过共晶铝硅合金中初生硅的细化研究较多，主要有磷变质及其复合处理、其他微量合金元素作用、熔体热处理等等。工业上主要采用磷变质方法，在通过含磷中间合金变质处理后，初生硅的尺寸明显下降，形状也变得较为规则。在过共晶铝硅合金中添加稀土(re)元素，也可以抑制初生硅的生长，起到细化初生硅的作用。熔体热处理也是提高过共晶铝硅合金强度的一种重要途径。虽然熔体热处理后合金的硬度和强度及耐磨性有所提高，但是初生硅的形态和尺寸在热处理过程中并无明显变化。为了提高过共晶铝硅合金的综合力学性能，可以通过变质处理和热处理二者相结合来实现。但是含磷变质剂的污染较为严重，使用后会对人体和环境产生危害，而其他微量元素作用中稀土元素的添加会使生产成本大幅提高，并且变质处理和熔体热处理的结合处理不仅会使工艺流程复杂繁琐，而且会增加合金的生产成本。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种利用熔体净化作用消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用熔体净化作用消除过共晶铝硅合金中初生硅的方法，首先按一定比例配制卤盐净化剂，然后采用熔融卤盐使al
‑
18si合金熔体在一定温度和时间下进行净化处理，最后将合金熔体浇注到室温金属型中凝固，得到无初生硅的al
‑
18si过共晶铝硅合金凝固组织。
6.优选地，所述的卤盐净化剂的成分配比为30～50％nacl+30～50％kcl+10～20％na3alf6的熔融复合盐。
7.进一步地，所述的卤盐净化剂的用量必须确保在al
‑
18si合金熔化后能被其所浸
没。
8.所述的卤盐净化剂的熔化温度和al
‑
18si合金熔体净化温度相同，al
‑
18si合金熔体在720～880℃温度范围内进行净化处理，al
‑
18si合金熔体净化时间为20～40min。
9.本发明的有益效果是：本发明采用卤盐对al
‑
18si过共晶铝硅合金熔体进行净化，可吸附al
‑
18si合金熔体中的杂质颗粒和微量元素，使合金凝固组织中的初生硅相得以消除。与传统的细化过共晶铝硅合金中初生硅的方法不同，本发明不需要加入合金变质剂，也不需要采用其他复杂的处理工艺，是一种操作简单、成本低廉的很有应用前景的消除过共晶铝硅合金凝固组织中初生硅的工艺方法。
附图说明
10.图1是对比例1中al
‑
18si合金试样横截面处的显微组织照片。
11.图2是对比例2中al
‑
18si合金试样横截面处的显微组织照片。
12.图3是对比例3中al
‑
18si合金试样横截面处的显微组织照片。
13.图4是实施例1中al
‑
18si合金试样横截面处的显微组织照片。
14.图5是实施例2中al
‑
18si合金试样横截面处的显微组织照片。
15.图6是实施例3中al
‑
18si合金试样横截面处的显微组织照片。
具体实施方式
16.现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
17.对比例1
18.al
‑
18si过共晶铝硅合金在750℃熔炼保温30分钟后，浇注在室温金属铸型中，具体操作步骤如下：
19.(1)采用al2o3坩埚在井式电阻炉中熔炼al
‑
18si过共晶铝硅合金，熔炼温度为750℃；
20.(2)待合金完全熔化后，刮去表面浮渣，再用六氯乙烷进行精炼，精炼后再保温30分钟，保温过程中使用石墨棒充分搅拌熔体，防止成分偏析。
21.(3)保温结束，将al
‑
18si过共晶铝硅合金浇注在室温金属型中，其内腔尺寸为φ12
×
120；
22.(4)待合金冷却至室温，取其距离底部10mm的截面，使用金相显微镜进行观察，其金相组织照片如图1所示，其显微组织中有粗大且不规则的初生硅存在。
23.对比例2
24.al
‑
18si过共晶铝硅合金在800℃熔炼保温30分钟后，浇注在室温金属铸型中，具体操作步骤如下：
25.(1)采用al2o3坩埚在井式电阻炉中熔炼al
‑
18si过共晶铝硅合金，熔炼温度为800℃；
26.(2)待合金完全熔化后，刮去表面浮渣，再用六氯乙烷进行精炼，精炼后再保温30分钟，保温过程中使用石墨棒充分搅拌熔体，防止成分偏析。
27.(3)保温结束，将al
‑
18si过共晶铝硅合金浇注在室温金属型中，其内腔尺寸为φ12
×
120；
28.(4)待合金冷却至室温，取其距离底部10mm的截面，使用金相显微镜进行观察。其金相组织照片如图2所示，其显微组织中还存在较为粗大且不规则的初生硅，但其尺寸比对比例1中初生硅的尺寸有所减小。
29.对比例3
30.al
‑
18si过共晶铝硅合金在850℃熔炼保温30分钟后，浇注在室温金属铸型中，具体操作步骤如下：
31.(1)采用al2o3坩埚在井式电阻炉中熔炼al
‑
18si过共晶铝硅合金，熔炼温度为850℃；
32.(2)待合金完全熔化后，刮去表面浮渣，再用六氯乙烷进行精炼，精炼后再保温30分钟，保温过程中使用石墨棒充分搅拌熔体，防止成分偏析。
33.(3)保温结束，将al
‑
18si过共晶铝硅合金浇注在室温金属型中，其内腔尺寸为φ12
×
120；
34.(4)待合金冷却至室温，取其距离底部10mm的截面，使用金相显微镜进行观察。其金相组织照片如图3所示，其显微组织中仍存在较为粗大且不规则的初生硅，但其尺寸比对比例2中初生硅的尺寸有所减小。
35.实施例1
36.采用复合熔盐对过共晶铝硅合金熔体进行净化，al
‑
18si过共晶铝硅合金在750℃熔炼保温30分钟后，浇注在室温金属铸型中，具体操作步骤如下：
37.(1)按照42.5％nacl+42.5％kcl+15％na3alf6的成分比例配制卤盐净化剂，其用量必须确保al
‑
18si合金熔化后能被其所浸没；
38.(2)将放入卤盐净化剂的al2o3坩埚放入750℃的井式电阻炉中保温，等待其熔化，微微倾斜且转动坩埚，使其内壁均匀地覆盖一层盐膜；
39.(3)将al
‑
18si合金置于al2o3坩埚中，待合金熔化，此时熔化的卤盐净化剂完全包裹着熔融态的铝硅合金。轻轻摇晃坩埚，使得熔体成分均匀，并保温30分钟；
40.(4)浇注前先将大部分熔融态的卤盐净化剂去除，再将al
‑
18si合金液浇注在内腔尺寸为φ12
×
120的室温金属型中；
41.(5)待合金冷却至室温，取其距离底部10mm的截面，使用金相显微镜观察。凝固后合金的金相组织照片如图4所示，合金组织由发达的细小初生铝树枝晶和细小的共晶组织组成，在显微组织中没有发现初生硅相的存在。
42.实施例2
43.采用复合熔盐对过共晶铝硅合金熔体进行净化，al
‑
18si过共晶铝硅合金在800℃熔炼保温30分钟后，浇注在室温金属铸型中，具体操作步骤如下：
44.(1)按照42.5％nacl+42.5％kcl+15％na3alf6的成分比例配制卤盐净化剂，含量确保al
‑
18si合金熔化后能被其所浸没；
45.(2)将放入卤盐净化剂的al2o3坩埚放入800℃的井式电阻炉中保温，等待其熔化，微微倾斜且转动坩埚，使其内壁均匀地覆盖一层盐膜；
46.(3)将al
‑
18si合金置于al2o3坩埚中，待合金熔化，此时熔化的卤盐净化剂完全包裹着熔融态的合金。轻轻摇晃坩埚，使得熔体成分均匀，并保温30分钟；
47.(4)浇注前先将大部分熔融态的卤盐净化剂去除，再将al
‑
18si合金液浇注在内腔
尺寸为φ12
×
120的室温金属型中；
48.(5)待合金冷却至室温，取其距离底部10mm的截面，使用金相显微镜观察。其金相组织照片如图5所示，凝固后合金的金相组织照片如图5所示，合金组织由较粗大的初生铝树枝晶和细小的共晶组织组成，在显微组织中没有发现初生硅相的存在。
49.实施例3
50.采用复合熔盐对过共晶铝硅合金熔体进行净化，al
‑
18si过共晶铝硅合金在850℃熔炼保温30分钟后，浇注在室温金属铸型中，具体操作步骤如下：
51.(1)按照42.5％nacl+42.5％kcl+15％na3alf6的成分比例配制卤盐净化剂，含量确保al
‑
18si合金熔化后能被其所浸没；
52.(2)将放入卤盐净化剂的al2o3坩埚放入850℃的井式电阻炉中保温，等待其熔化，微微倾斜且转动坩埚，使其内壁均匀地覆盖一层盐膜；
53.(3)将al
‑
18si合金置于al2o3坩埚中，待合金熔化，此时熔化的卤盐净化剂完全包裹着熔融态的合金。轻轻摇晃坩埚，使得熔体成分均匀，并保温30分钟；
54.(4)浇注前先将大部分熔融态的卤盐净化剂去除，再将al
‑
18si合金液浇注在内腔尺寸为φ12
×
120的室温金属型中；
55.(5)待合金冷却至室温，取其距离底部10mm的截面，使用金相显微镜观察。凝固后合金的金相组织照片如图6所示，合金组织由少量粗大的初生铝树枝晶和较细小的共晶组织组成，在显微组织中没有发现初生硅相的存在。
56.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。