CN103381472B - 过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法；所述方法包括如下步骤：步骤1，取铝硅合金，预热，之后将铝硅合金熔化，搅拌，第一次静置，降温，精炼，搅拌并扒渣，第二次静置，同时调整铝硅合金熔体的温度，使得该温度比合金的液相线温度高30～60℃；步骤2，将铝合金铸造涂料涂抹于机械滚筒内壁上，烘干，预热；步骤3，将铝硅合金熔体通过定量浇注系统迅速注射进入机械滚筒中，搅拌，得过共晶铝硅合金半固态浆料；步骤4，将所述半固态浆料浇注进入金属铸锭模，其凝固后所得即为过共晶铝硅合金半固态坯料。发明制备方法工艺步骤简单、容易实施，在降低了设备生产成本，同时还提高了初生硅细小的过共晶铝硅合金的制备效率。
Description
技术领域
本发明属于半固态金属制备技术领域，特别涉及一种过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法。
背景技术
进入21世纪，随着原油价格的上涨、社会的进步、制造技术的飞速发展，在节能、减重的要求下，交通、航空等工业行业所用材料进一步朝着轻量化方向发展，以达到高速、高效、节能的目的。过共晶铝硅合金由于比重小、强度高、耐磨性好、铸造成型好、尺寸稳定性高等诸多优点，在材料使用节能、轻量化的要求下取代了部分钢铁材料，被广泛应用在航空、航天、汽车、机械制造、船舶等工业中。工业上广泛应用的过共晶铝硅合金Si含量在13～18wt%之间，该系列合金的使用性能与Si元素的含量和形态紧密相关。Si元素在合金中往往以粗大的初生硅加上不同形态的共晶硅形式存在。粗大的初生硅严重割裂合金基体，外力作用下，合金中的硅相尖端和棱角部位易引起局部应力集中，从而显著降低合金的力学性能，尤其影响其塑性和耐磨性。因此，研究过共晶铝硅合金初生硅的细化工艺，对该系列合金的力学性能和应用推广具有重大意义。
20世纪70年代初，由美国麻省理工的Spencer等人开发的半固态成形技术利用金属在固态液态之间相互转变时固液共存的特性，降低了加工温度和金属的变形抗力，从而为形状复杂、高精度零件的近净成形提供了一条新途径。机械搅拌法是制备半固态浆料最有效的方法之一，它主要通过对凝固过程中的熔体施加机械剪切力以达到破碎枝晶、细化晶粒的目的。（如美国专利：专利号为5501266、5040589和3958650；日本专利：专利号为1-192447；中国专利：专利公开号为CN2471450Y），而近几年提出的近液相线铸造法（中国专利：专利公开号为CN1305876A）扩大了半固态制备技术的概念，使得人们对合金的半固态处理不再局限于固液两相区间，扩大了制备工艺的应用范围。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法。
本发明提供一种过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法，所述铝硅合金中Si的质量百分比为13～18%，所述方法包括如下步骤：
步骤1，取铝硅合金，预热，之后将铝硅合金熔化，搅拌，第一次静置，降温，精炼，搅拌并扒渣，之后第二次静置，同时调整铝硅合金熔体的温度，使得该温度比合金的液相线温度高30～60℃；
步骤2，将铝合金铸造涂料涂抹于机械滚筒内壁上，烘干，预热；所述铝合金铸造涂料为潍坊华师铸造材料有限公司的铝合金铸造涂料，本实施例使用的铝合金铸造涂料是本领域技术人员公知常识的涂料。
步骤3，将铝硅合金熔体通过定量浇注系统迅速注射进入机械滚筒中，搅拌，得过共晶铝硅合金半固态浆料；
步骤4，将所述过共晶铝硅合金半固态浆料浇注进入金属铸锭模，其凝固后所得即为过共晶铝硅合金半固态坯料。
优选地，步骤1中，所述铝硅合金的液相线温度为600～700℃。
优选地，步骤1中，所述预热温度为150～250℃。
优选地，步骤1中，所述搅拌的温度为680～750℃，所述第一次静置的时间为10～15分钟，所述精炼温度为680～720℃，精炼时间为10～15分钟，所述第二次静置时间为10～20分钟。
优选地，步骤2中，所述预热温度为200～300℃。
优选地，步骤3中，所述机械滚筒相对水平地面倾斜角度为10～45°。
优选地，步骤3中，所述机械滚筒的搅拌速度为30～200r/min。
本发明采用过热度的合金液浇注进入高速旋转的机械滚筒，金属液在滚筒内壁激冷作用下凝固，产生大量初生硅晶核。高速转动的滚筒对金属液产生剪切力，促使激冷产生的初生硅晶核从内壁脱落在熔体中游离，从而提高其形核率。此外，强烈的剪切力会抑制初生硅的长大，使其在以小平面的方式生长的过程中产生的尖端棱角破碎并趋于圆滑。另一方面，金属液非平衡凝固过程中生成的树枝状初生铝在高速剪切下得到破碎，对于浆料成形后的铸件性能会有更进一步的提高作用。经过机械搅拌处理，在激冷和剪切的综合作用下，制备获得晶粒细小、边缘圆滑的初生硅相的过共晶半固态铝合金浆料。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明针对过共晶铝硅合金初生硅相在熔体冷却到液相线附近的时候析出的特点，采用机械搅拌法结合近液相线铸造技术可在初生硅开始析出的时候对其施加机械力，达到破碎初生硅的目的；同时满足对过共晶铝硅合金高力学性能的要求。
（2）本发明方法制备过共晶铝合金浆料或坯料的效率高，可通过与高压铸造、挤压铸造等成型技术结合能制备出表面质量良好、力学性能优良的铸件，具有较大的市场推广价值。
（3）本发明制备方法工艺步骤简单、容易实施，在降低了设备生产成本的同时还提高了初生硅细小的过共晶铝硅合金的制备效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明采用型号为YL117的铝硅合金未经半固态处理直接水淬的微观组织图；
图2为本发明方法处理后合金半固态浆料水淬后的微观组织图；
图3为本发明采用型号为YL117的铝硅合金未经任何处理直接浇注进入铸锭模的微观组织图；
图4为本发明方法处理后合金在铸锭模凝固后的微观组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种过共晶铝硅合金半固态浆料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将型号为AlSi12Cu的铝硅合金（其中，Si的重量百分比含量为12.5～13.5%，铝硅合金的液相线温度为600～610℃）在温度为150～250℃条件下进行预热，加入坩埚电阻炉中加热熔化，待铝硅合金熔化后，在温度为670～680℃搅拌，第一次静置10～15分钟，降温至650～660℃，精炼10～15分钟，搅拌并扒渣，第二次静置10～20分钟，同时调整铝硅合金熔体的温度，使得该温度比合金的液相线温度高30～60℃；
步骤2，将潍坊华师铸造材料有限公司的铸造铝合金涂料涂抹于机械滚筒内壁上，本实施例使用的铝合金铸造涂料属于本领域公知常识。烘干，预热200～300℃；
步骤3，将铝硅合金熔体通过定量浇注系统迅速注射进入相对水平地面倾斜角度为10°的机械滚筒中，以30r/min速度搅拌，得过共晶铝硅合金半固态浆料；
实施例2
本实施例涉及一种过共晶铝硅合金半固态浆料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将型号为YL117的铝硅合金（其中，Si的重量百分比含量为16～18%，铝硅合金的液相线温度为690～700℃）在温度为150～250℃条件下进行预热，加入坩埚电阻炉中加热熔化，待铝硅合金熔化后，在温度为680～750℃搅拌，第一次静置10～15分钟，降温至680～720℃，精炼10～15分钟，搅拌并扒渣，第二次静置10～20分钟，同时调整铝硅合金熔体的温度，使得该温度比合金的液相线温度高30～60℃；
步骤2，将内部涂有铸造潍坊华师铸造材料有限公司的铸造铝合金涂料的机械滚筒预热至300℃，本实施例使用的铝合金铸造涂料属于本领域公知常识；
步骤3，将铝硅合金熔体通过定量浇注系统迅速注射进入相对水平地面倾斜角度为45°的机械滚筒中，以80r/min速度搅拌，得过共晶铝硅合金半固态浆料；
实施例3
本实施例涉及一种过共晶铝硅合金半固态坯料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将型号为YL117的铝硅合金（其中，Si的重量百分比含量为16～18%，铝硅合金的液相线温度为690～700℃）在温度为150～250℃条件下进行预热，加入坩埚电阻炉中加热熔化，待铝硅合金熔化后，在温度为680～750℃搅拌，第一次静置10～15分钟，降温至680～720℃，精炼10～15分钟，搅拌并扒渣，第二次静置10～20分钟，同时调整铝硅合金熔体的温度，使得该温度比合金的液相线温度高30～60℃；
步骤2，将铝合金铸造潍坊华师铸造材料有限公司的铸造铝合金涂料涂抹于机械滚筒内壁上，烘干，预热200～300℃，本实施例使用的铝合金铸造涂料属于本领域公知常识；
步骤3，将铝硅合金熔体通过定量浇注系统迅速注射进入相对水平地面倾斜角度为30°的机械滚筒中，以200r/min速度搅拌，得过共晶铝硅合金半固态浆料；
步骤4，将所述过共晶铝硅合金半固态浆料直接浇注金属铸锭模中，凝固，即可得过共晶铝硅合金半固态坯料。
实施例4
本实施例涉及一种过共晶铝硅合金半固态坯料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将型号为YL117的铝硅合金（其中，Si的重量百分比含量为16～18%，铝硅合金的液相线温度为690～700℃）在温度为150～250℃条件下进行预热，加入坩埚电阻炉中加热熔化，待铝硅合金熔化后，在温度为680～750℃搅拌，第一次静置10～15分钟，降温至680～720℃，精炼10～15分钟，搅拌并扒渣，第二次静置10～20分钟，同时调整铝硅合金熔体的温度，使得该温度比合金的液相线温度高30～60℃；
步骤2，将内部涂有铸造潍坊华师铸造材料有限公司的铸造铝合金涂料的机械滚筒预热至250℃，本实施例使用的铝合金铸造涂料属于本领域公知常识；
步骤3，将铝硅合金熔体通过定量浇注系统迅速注射进入相对水平地面倾斜角度为30°的机械滚筒中，以200r/min速度搅拌，得过共晶铝硅合金半固态浆料；
步骤4，将所述过共晶铝硅合金半固态浆料直接浇注金属铸锭模中，凝固，即可得过共晶铝硅合金半固态坯料。
实施效果：图1所示为YL117合金未经半固态处理直接水淬的微观组织，图2为采用本发明方法处理后该合金半固态浆料水淬后的微观组织。从图1可以明显看出，经本发明处理后，YL117合金的初生硅尺寸得到较明显的细化，晶粒边缘棱角较为圆滑，非常适合后续的压铸成形。图3所示为YL117合金未经任何处理直接浇注进入铸锭模的微观组织，图4为采用本发明方法处理后该合金在铸锭模凝固后的微观组织。对比图3、4，可以发现YL117合金初生硅经过本发明方法处理后明显地实现细化、棱角圆滑化，非常适合后续的触变成型。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (2)
1.一种过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法，所述过共晶铝硅合金中Si的质量百分比为13～18％，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，取液相线温度为600～700℃铝硅合金，在150～250℃下进行预热，之后将铝硅合金熔化，在680～750℃下进行搅拌，第一次静置10～15分钟，降温，在680～720℃下精炼10～15分钟，搅拌并扒渣，之后第二次静置10～20分钟，同时调整铝硅合金熔体的温度，使得该温度比合金的液相线温度高30～60℃；
步骤2，将铝合金铸造涂料涂抹于机械滚筒内壁上，烘干，预热，所述预热的温度为200～300℃；
步骤3，将铝硅合金熔体通过定量浇注系统迅速注射进入机械滚筒中，搅拌，得过共晶铝硅合金半固态浆料；所述机械滚筒相对水平地面倾斜角度为10～45°；
步骤4，将所述过共晶铝硅合金半固态浆料浇注进入金属铸锭模，其凝固后所得即为过共晶铝硅合金半固态坯料。
2.如权利要求1所述的过共晶铝硅合金半固态浆料或坯料的制备方法；其特征在于，步骤3中，所述机械滚筒的搅拌速度为30～200r/min。
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