CN102312136A

CN102312136A - 一种用电磁悬浮熔炼技术制备过共晶铝硅合金的方法

Info

Publication number: CN102312136A
Application number: CN201110289504A
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: 2012-01-11

Abstract

一种用电磁悬浮熔炼技术制备过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Si19-21％，Mg0.3-0.4％，Ti0.12-0.18％，余量为铝的过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，当温度在到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过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过共晶铝硅合金的方法。

背景技术

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。

过共晶铝硅合金中初生硅的显微硬度很高，可达HV1000～1300，而α(Al)的显微硬度仅为HV60～100。该合金是一种软基体上分布着硬质点的轻质耐磨结构材料，其体积稳定性比亚共晶铝硅合金高。但由于过共晶铝硅合金中的针状共晶硅及粗大的多角形或板条状的初晶硅严重割裂了基体，在硅相的尖角处和棱角处容易引起应力集中，使合金变脆，并使其力学性能，特别是延伸率显著降低，且合金的切削性能亦很差，严重制约了该合金在工业生产中的的广泛应用。因此，改善初生硅的形貌、减小初生硅的尺寸，是提高过共晶铝硅合金力学性能和改善切削加工性能的重要途径。至今人们投入了大量的研究，取得了一定的成果，如采用变质处理工艺等，但已有的这些处理方法在操作的可行性及效果的稳定性方面仍不令人满意，迫切需要寻求一种新工艺来解决过共晶铝硅合金细化的问题。本发明开发出一种用电磁悬浮熔炼技术制备过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过共晶铝硅合金的方法，其特征为：将成分为Si19-21％，Mg0.3-0.4％，Ti0.12-0.18％，余量为铝的过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，采用DK7720型电火花线切割机加工而成。

为了便于对比，过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。可以看到常规熔炼条件下过共晶铝硅合金组织粗大，且存在气孔、夹杂物等缺陷。组织中共晶硅为粗大针片状，而初生硅相呈粗大板块状，杂乱地分布在基体中。硅相的棱角和端部尖锐，极易引起应力集中，导致材料变脆，性能降低。

图4表示输出电流分别为50A、70A、90A时，电磁悬浮熔炼后过共晶铝硅合金的金相组织。与常规熔炼相比，组织明显细化，初生硅由粗大板块状变为小碎块状，共晶硅变得细小致密，组织间距大大减小，尖锐棱角基本被钝化。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，继续增大电流达到90A后，晶粒尺寸反而粗化。

上述输出电流中，输出电流可优选为70A。

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常规熔炼条件下过共晶铝硅合金相组织

图4电磁悬浮熔炼条件下过共晶铝硅合金相组

(a)底面(b)顶面(c)纵面

具体实施方式

实施例1

将成分为Si19％，Mg0.3％，Ti0.12％，余量为铝的过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，组织明显细化，初生硅由粗大板块状变为小碎块状，共晶硅变得细小致密，组织间距大大减小，尖锐棱角基本被钝化。金相组织见图3和图4，力学性能见表1。

实施例2

将成分为Si20％，Mg0.35％，Ti0.15％，余量为铝的过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，组织更加细化，初生硅由变成更小的碎块状，共晶硅变得更加细小致密，组织间距大大减小，尖锐棱角基本被钝化。金相组织见图3和图4，力学性能见表1。

实施例3

将成分为Si21％，Mg0.4％，Ti0.18％，余量为铝的过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，组织还是细化，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3和图4，力学性能见表1。

对比例

将成分为Si20％，Mg0.35％，Ti0.15％，余量为铝的过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。可以看到常规熔炼条件下过共晶铝硅合金组织粗大，且存在气孔、夹杂物等缺陷，组织中共晶硅为粗大针片状，而初生硅相呈粗大板块状，杂乱地分布在基体中，硅相的棱角和端部尖锐，极易引起应力集中，导致材料变脆，性能降低。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

Claims

1.一种用电磁悬浮熔炼技术制备过共晶铝硅合金的方法，其特征为：将成分为Si19-21％，Mg0.3-0.4％，Ti0.12-0.18％，余量为铝的过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，当温度在到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，组织明显细化，初生Si由粗大板块状变为小碎块状，共晶硅变得细小致密，组织间距大大减小，尖锐棱角基本被钝化；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；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，组织反而有所粗化。

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