CN102319875A - 一种过共晶铝硅合金铸件的制备方法 - Google Patents

一种过共晶铝硅合金铸件的制备方法 Download PDF

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陈志�
王铁军
倪伟
贾石
张丙岩
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Abstract

一种过共晶铝硅合金铸件的制备方法，按以下步骤进行：（1）将坩埚预热，将AlSi合金、AlCu合金和AlNi合金置于坩埚中升温，熔化后将金属镁压入物料中；（2）将变质剂压入合金熔体中并搅拌均匀，然后保温；（3）将ZnCl2压入合金熔体中，保温除气后扒渣，再浇注成铸坯；（4）将铸坯进行热处理获得过共晶铝硅合金铸件。本发明的方法制备的产品其力学性能优于同类过共晶铝合金产品，工艺简单，易于实现工业化，制备成本低。

Description

一种过共晶铝硅合金铸件的制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种过共晶铝硅合金铸件的制备方法。
背景技术
过共晶铝硅合金具有低膨胀性能，高耐磨性，高耐蚀性和良好的导热性，广泛应用于汽车、航空、航天等领域，作为制作关键零部件的材料 发动机活塞、转子等。铝硅过共晶合金中随着硅含量的增大，合金组织中初晶硅与共晶硅的颗粒也逐渐增大，呈现粗大块状初晶硅和长针状共晶硅组织，严重割裂合金基体，降低了过共晶铝硅合金的力学性能，导致切削加工性能变坏，限制了高硅含量的过共晶铝硅合金的使用范围。
发明内容
针对现有含硅较高的过共晶铝硅合金在性能上存在的问题，本发明提供一种过共晶铝硅合金铸件的制备方法，采用磷铜合金作为变质剂，在制备过程中对铝硅过共晶合金进行细化变质处理，改变硅相的组织形态，减少其对基体的削弱作用，提高合金的综合性能。
本发明的过共晶铝硅合金铸件的制备方法按以下步骤进行：
1、将坩埚预热至400±5℃，将Al28Si合金、Al50Cu合金和Al8Ni合金置于坩埚中，升温至720±5℃，待全部物料熔化后用钟罩将金属镁压入熔化的物料中，金属镁熔化后获得合金熔体；
2、用钟罩将变质剂压入合金熔体中并搅拌均匀，然后在820±5℃保温10~15min；所述的变质剂为Cu10P合金，变质剂的加入量按Cu10P合金中的P占合金熔体总重量的0.07~0.08%；
3、用钟罩将ZnCl2压入合金熔体中，在820±5℃保温5~8min除气，然后扒渣，再在770~800℃浇注制成过共晶铝硅合金铸坯，其成分按重量百分比为Si20~22%，Cu1.0~2.0%，Ni1.1~1.6%，Mg1.0~1.6%，杂质≤0.6%，余量为Al；ZnCl2的加入量为合金熔体总重量的0.15~0.20%； 
4、将过共晶铝硅合金铸坯加热至525±5℃，保温3~5h，然后在60~80℃的水中冷却进行固溶处理，再在180±5℃条件下保温5~8h进行时效处理，获得过共晶铝硅合金铸件。
上述方法获得的过共晶铝硅合金铸件的的抗拉强度（σb）为20~28kg/mm2，伸长率（δ5）为1.0~1.5%，布氏硬度为129~138HB。
上述的浇注制成过共晶铝硅合金铸坯采用砂型铸造法、熔模铸造法或金型铸造法进行浇注。
本发明的方法采用铜磷合金作为变质剂，对合金熔体进行变质处理，获得金相组织致密的过共晶铝硅合金铸件，该合金具有热膨胀系数小，体积稳定、收缩率小、流动性好、气密性好、热裂倾向小、密度小、高温强度高、耐磨、耐蚀等优点，其力学性能优于同类过共晶铝合金产品。本发明的方法工艺简单，易于实现工业化，制备成本低，获得的产品尤其适用于发动机活塞，能广泛应用于汽车、航空、航天等领域的关键零部件，解决了目前国内长期存在的该类产品性能差、韧性低、加工难度大的问题。
附图说明
图1为本发明实施例1中的过共晶铝硅200倍金相组织图。
具体实施方式
本发明实施例中选用的Al28Si合金中Si的重量含量为26~28%，Al50Cu合金中Cu的重量含量为49~51%，Al8Ni合金中Ni的重量含量为7~9%，Cu10P合金中P的重量含量为10~11%。
本发明实施例中采用的Al28Si合金、Al50Cu合金、Al8Ni合金、Cu10P合金和金属镁的杂质含量≤0.5%。
实施例1
将坩埚预热至400±5℃，将Al28Si合金、Al50Cu合金和Al8Ni合金置于坩埚中，升温至720±5℃，待全部物料熔化后用钟罩将金属镁压入熔化的物料中，金属镁熔化后获得合金熔体；
用钟罩将变质剂Cu10P合金压入合金熔体中并搅拌均匀，然后在820±5℃保温10min，变质剂的加入量按Cu10P合金中的P占合金熔体总重量的0.07%；
用钟罩将ZnCl2压入合金熔体中，加入量为合金熔体总重量的0.20%，在820±5℃保温5min除气，然后扒渣，再在770℃浇注制成过共晶铝硅合金铸坯，其成分按重量百分比为Si20%，Cu2.0%，Ni1.1%，Mg1.6%，杂质0.6%，余量为Al； 
将过共晶铝硅合金铸坯加热至525±5℃，保温4h，然后在60℃的水中冷却进行固溶处理，再在180±5℃条件下保温8h进行时效处理，获得过共晶铝硅合金铸件，拉强度（σb）为28kg/mm2，伸长率（δ5）为1.0%，布氏硬度为138HB；
共晶铝硅合金浇注时的线收缩率为0.6%，低于ZL105合金在tL+50~80℃的线收缩率（1.05~1.1%），过共晶铝硅合金铸件与ZL105合金进行耐磨性比较，试验条件为：试片Φ35×10mm，试验介质为机油，试验时间为10h，试验负荷为50kg，测得过共晶铝硅合金铸件磨掉的重量为0.0087g，ZL105合金磨掉的重量为0.0269g。
实施例2
将坩埚预热至400±5℃，将Al28Si合金、Al50Cu合金和Al8Ni合金置于坩埚中，升温至720±5℃，待全部物料熔化后用钟罩将金属镁压入熔化的物料中，金属镁熔化后获得合金熔体；
用钟罩将变质剂Cu10P合金压入合金熔体中并搅拌均匀，然后在820±5℃保温12min，变质剂的加入量按Cu10P合金中的P占合金熔体总重量的0.071%；
用钟罩将ZnCl2压入合金熔体中，加入量为合金熔体总重量的0.18%，在820±5℃保温6min除气，然后扒渣，再在780℃浇注制成过共晶铝硅合金铸坯，其成分按重量百分比为Si22%，Cu1.0%，Ni1.6%，Mg1.0%，杂质0.5%，余量为Al； 
将过共晶铝硅合金铸坯加热至525±5℃，保温5h，然后在70℃的水中冷却进行固溶处理，再在180±5℃条件下保温7h进行时效处理，获得过共晶铝硅合金铸件，拉强度（σb）为25kg/mm2，伸长率（δ5）为1.2%，布氏硬度为136HB；
共晶铝硅合金浇注时的线收缩率为0.8%；过共晶铝硅合金铸件与ZL105合金进行耐磨性比较，试验条件为：试片Φ35×10mm，试验介质为机油，试验时间为10h，试验负荷为50kg，测得过共晶铝硅合金铸件磨掉的重量为0.0012g，ZL105合金磨掉的重量为0.0063g。
实施例3
将坩埚预热至400±5℃，将Al28Si合金、Al50Cu合金和Al8Ni合金置于坩埚中，升温至720±5℃，待全部物料熔化后用钟罩将金属镁压入熔化的物料中，金属镁熔化后获得合金熔体；
用钟罩将变质剂Cu10P合金压入合金熔体中并搅拌均匀，然后在820±5℃保温14min，变质剂的加入量按Cu10P合金中的P占合金熔体总重量的0.074%；
用钟罩将ZnCl2压入合金熔体中，加入量为合金熔体总重量的0.16%，在820±5℃保温7min除气，然后扒渣，再在790℃浇注制成过共晶铝硅合金铸坯，其成分按重量百分比为Si21%，Cu1.5%，Ni1.4%，Mg1.2%，杂质0.5%，余量为Al； 
将过共晶铝硅合金铸坯加热至525±5℃，保温4h，然后在70℃的水中冷却进行固溶处理，再在180±5℃条件下保温6h进行时效处理，获得过共晶铝硅合金铸件，拉强度（σb）为22kg/mm2，伸长率（δ5）为1.4%，布氏硬度为132HB；
共晶铝硅合金浇注时的线收缩率为0.7%。
实施例4
将坩埚预热至400±5℃，将Al28Si合金、Al50Cu合金和Al8Ni合金置于坩埚中，升温至720±5℃，待全部物料熔化后用钟罩将金属镁压入熔化的物料中，金属镁熔化后获得合金熔体；
用钟罩将变质剂Cu10P合金压入合金熔体中并搅拌均匀，然后在820±5℃保温15min，变质剂的加入量按Cu10P合金中的P占合金熔体总重量的0.08%；
用钟罩将ZnCl2压入合金熔体中，加入量为合金熔体总重量的0.15%，在820±5℃保温8min除气，然后扒渣，再在800℃浇注制成过共晶铝硅合金铸坯，其成分按重量百分比为Si22%，Cu1.7%，Ni1.2%，Mg1.5%，杂质0.6%，余量为Al； 
将过共晶铝硅合金铸坯加热至525±5℃，保温3h，然后在80℃的水中冷却进行固溶处理，再在180±5℃条件下保温5h进行时效处理，获得过共晶铝硅合金铸件，拉强度（σb）为20kg/mm2，伸长率（δ5）为1.5%，布氏硬度为129HB；
共晶铝硅合金浇注时的线收缩率为0.6%。

Claims (2)

1.一种过共晶铝硅合金铸件的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将坩埚预热至400±5℃，将Al28Si合金、Al50Cu合金和Al8Ni合金置于坩埚中，升温至720±5℃，待全部物料熔化后用钟罩将金属镁压入熔化的物料中，金属镁熔化后获得合金熔体；
（2）用钟罩将变质剂压入合金熔体中并搅拌均匀，然后在820±5℃保温10~15min；所述的变质剂为Cu10P合金，变质剂的加入量按Cu10P合金中的P占合金熔体总重量的0.07~0.08%；
（3）用钟罩将ZnCl2压入合金熔体中，在820±5℃保温5~8min除气，然后扒渣，再在770~800℃浇注制成过共晶铝硅合金铸坯，其成分按重量百分比为Si20~22%，Cu1.0~2.0%，Ni1.1~1.6%，Mg1.0~1.6%，杂质≤0.6%，余量为Al；ZnCl2的加入量为合金熔体总重量的0.15~0.20%； 
（4）将过共晶铝硅合金铸坯加热至525±5℃，保温3~5h，然后在60~80℃的水中冷却进行固溶处理，再在180±5℃条件下保温5~8h进行时效处理，获得过共晶铝硅合金铸件。
2.根据权利要求1所述的一种过共晶铝硅合金铸件的制备方法，其特征在于所述的过共晶铝硅合金铸件的的抗拉强度为20~28kg/mm2，伸长率为1.0~1.5%，布氏硬度为129~138HB。
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