CN102304630A

CN102304630A - 一种用电磁悬浮熔炼技术制备亚共晶铝硅合金的方法

Info

Publication number: CN102304630A
Application number: CN201110289511A
Authority: CN
Inventors: 司松海; 司乃潮; 刘光磊; 赵罗根; 杨嵩
Original assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2012-01-04

Abstract

一种用电磁悬浮熔炼技术制备亚共晶铝硅合金的方法，属于电磁悬浮熔炼和铝合金技术领域，其特征为：将成分为Si 8-10％，Mg0.3-0.5％，Cu0.5-1.0％，Ti0.12-0.18％，余量为铝的亚共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流分别采用50A、70A、90A三种规格，当温度达到780℃-800℃时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样进行金相显微组织观察和力学性能试验。

Description

一种用电磁悬浮熔炼技术制备亚共晶铝硅合金的方法

技术领域

本发明属于电磁悬浮熔炼和铝合金技术领域，特指一种用电磁悬浮熔炼技术制备亚共晶铝硅合金的方法。

背景技术

亚共晶铝硅合金是美国于70年代研制的一种铸造铝-硅-镁系合金，具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小等优点，经过变质和热处理后，具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和较好的机械加工性能，可用于铸造各种壳体零件、飞机的泵体、汽车变速箱、燃油箱的弯管、飞机配件、汽车和摩托车轮毂及其他承受载荷的零件。

随着汽车工业的迅速发展，许多学者对亚共晶铝硅合金的熔炼配制工艺，细化变质工艺，以及生产铝轮毂的压铸工艺等进行了研究，得出了一些有意义的结果。但是，亚共晶铝硅合金在熔炼、铸造过程中仍然存在一些问题，至今未得到较好的解决，比如制备铸件中易产生气孔、疏松等缺陷，同时亚共晶铝硅合金凝固过程中硅偏析现象仍然严重，对合金的机械性能和加工性能造成不良影响。

通过试验研究和生产应用，人们发现共晶硅颗粒在铝基体中的分布及形状影响了亚共晶铝硅合金的机械性能。细小球状、均匀分布的硅颗粒可以提高该合金的拉伸、冲击及疲劳性能。

电磁场在材料科学研究和加工应用是当前材料科学研究的一个热点，取得了很大的进展。电磁场在金属凝固过程中起着非常重要的作用，它可以有效改善合金的组织及性能。电磁悬浮熔炼技术正是利用电磁场来实现材料的熔化、搅拌和软接触成形，被广泛应用于航空航天、国防军事、机械电子和冶金制造等领域。本发明开发出一种用电磁悬浮熔炼技术制备亚共晶铝硅合金的方法。

发明内容

本发明的目的是开发出一种用电磁悬浮熔炼技术制备亚共晶铝硅合金的方法，其特征为：将成分为Si8-10％，Mg0.3-0.5％，Cu0.5-1.0％，Ti0.12-0.18％，余量为铝的亚共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流分别采用50A、70A、90A三种规格，当温度达到780℃-800℃时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样。

金相显微组织观察分别从熔炼出的合金顶面、底面和纵面取样，如图1所示。金相试样尺寸大约为1cm×1cm×1cm。

拉伸试样按图2所示的尺寸、规格，采用DK7720型电火花线切割机加工而成。

为了便于对比，亚共晶铝硅合金先采用常规熔炼方法，在中频感应电炉中进行熔炼，当温度达到780℃-800℃时，保温5分钟，进行浇注，然后制备合金试样，金相组织如图3所示。可以明显看到组织中晶粒比较粗大，呈无规则排列，晶粒边界参差不齐，而且还存在较多的气孔、夹杂物等缺陷。图中白色部分是枝晶状初生α固溶体，灰色针片状为共晶硅，杂乱地分布在初生α铝相的晶界上。

图4表示输出电流分别为50A、70A、90A时，电磁悬浮熔炼后亚共晶铝硅合金的金相组织。与常规熔炼相比，晶粒尺寸明显减小，共晶硅细密地分布在组织中，α固溶体由树枝状逐渐变为蔷薇状和椭球状的混合形状，组织缺陷也大为减少。产生这些变化的原因主要是激烈的电磁搅拌使熔体温度场和溶质场均匀化，硅相形核区域增大，晶核增多，同时硬质硅相的机械破碎和相互摩擦抑制了其各向异性生长，因而组织得到细化。当输出电流一定时，试样顶面组织较其底面和纵面更为细密，等轴晶数量更多。这种变化是由水冷铜坩埚倒锥形部位磁力线更密集，电磁悬浮和搅拌作用更强烈，冷却速度更快造成的。

在交变电磁场作用下，熔体受电磁力的作用产生强烈的对流，有利于晶粒的细化，另一方面，电流通过金属熔体时，将产生焦耳热效应，从而导致熔体温度的变化，对于凝固体系来说，焦耳热相当于内热源，它将使凝固系统的整体冷却速度降低，过冷度减小，导致组织有可能发生粗化，最终的凝固组织是由这两方面共同作用的结果。所以，当输出电流从50A提高到70A时，组织不断细化，但继续增大电流达到90A后，晶粒尺寸反而粗化。

附图说明

图1金相试样的取样部位示意图

图2拉伸试样规格

图3常规熔炼条件下亚共晶铝硅合金组织

图4电磁悬浮熔炼条件下亚共晶铝硅合金组织

(a)底面(b)顶面(c)纵面

具体实施方式

实施例1

将成分为Si8％，Mg0.3％，Cu0.5％，Ti0.12％，余量为铝的亚共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流采用50A，当温度达到780℃-800℃时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样。与常规熔炼相比，晶粒尺寸明显减小，共晶硅细密地分布在组织中，α固溶体由树枝状逐渐变为蔷薇状和椭球状的混合形状，组织缺陷也大为减少。当输出电流50A时，试样顶面组织较其底面和纵面较为细密，等轴晶数量较多。金相组织见图4，力学性能见表1。

实施例2

将成分为Si9％，Mg0.4％，Cu0.75％，Ti0.15％，余量为铝的亚共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流采用70A，当温度达到780℃-800℃时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样。与常规熔炼相比，晶粒尺寸更加减小，共晶硅细密地分布在组织中，α固溶体由树枝状逐渐变为蔷薇状和椭球状的混合形状，组织缺陷也大为减少。当输出电流70A时，试样顶面组织较其底面和纵面更为细密，等轴晶数量更多。金相组织见图4，力学性能见表1。

实施例3

将成分为Si10％，Mg0.5％，Cu1.0％，Ti0.18％，余量为铝的亚共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流采用90A，当温度达到780℃-800℃时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样。与常规熔炼相比，晶粒尺寸明显减小，共晶硅细密地分布在组织中，α固溶体由树枝状逐渐变为蔷薇状和椭球状的混合形状，组织缺陷也大为减少。但与输出电流采用70A相比，组织反而有所粗化。金相组织见图4，力学性能见表1。

对比例

将成分为Si9％，Mg0.4％，Cu0.75％，Ti0.15％，余量为铝的亚共晶铝硅合金采用常规熔炼方法，在中频感应电炉中进行熔炼，当温度达到780℃-800℃时，保温5分钟，进行浇注，然后制备合金试样。可以明显看到组织中晶粒比较粗大，呈无规则排列，晶粒边界参差不齐，而且还存在较多的气孔、夹杂物等缺陷。图中白色部分是枝晶状初生α固溶体，灰色针片状为共晶硅，杂乱地分布在初生α铝相的晶界上。金相组织见图3，力学性能见表1。

表1各组试样的拉伸力学性能

试样	抗拉强度σb/MPa	延伸率δ(％)
			亚共晶常规	118.5	3.4
亚共晶50A	178.9	7.5
			亚共晶70A	184.9	9.6
亚共晶90A	177.2	7.2

Claims

1.一种用电磁悬浮熔炼技术制备亚共晶铝硅合金的方法，其特征为：将成分为Si8-10％，Mg0.3-0.5％，Cu0.5-1.0％，Ti0.12-0.18％，余量为铝的亚共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流分别采用50A、70A、90A三种规格，当温度达到780℃-800℃时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样进行金相显微组织观察和力学性能试验；与常规熔炼相比，晶粒尺寸明显减小，共晶硅细密地分布在组织中，α固溶体由树枝状逐渐变为蔷薇状和椭球状的混合形状，组织缺陷也大为减少，当输出电流一定时，试样顶面组织较其底面和纵面更为细密，等轴晶数量更多；当输出电流从50A提高到70A时，组织不断细化，继续增大电流达到90A后，晶粒尺寸反而增大。

2.根据权利要求1所述一种用电磁悬浮熔炼技术制备亚共晶铝硅合金的方法，输出电流可优选为70A。