CN104630667A - 一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其包括以下步骤：1)将喷射成形的铝硅合金锭放入加热炉中，得到半固态的铝硅合金；2)将半固态的铝硅合金放入加热炉中，进行保温处理；3)将保温处理后的半固态的铝硅合金在液压机中，进行压力处理；4)将步骤3)中压力处理后的半固态的铝硅合金从液压机中移出冷却即可。本发明的有益效果为：本发明通过喷射成形的铝硅合金锭依次经过加热炉的加热处理和保温处理、液压机的压力处理，以及冷却后，产品的致密度能够达到99％以上，在保证组织不过分长大的前提下，提高材料的致密度，从而显著改善合金的微观组织及其综合性能。

Description

一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法

技术领域

本发明属于，具体涉及一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法。

背景技术

采用传统铸造工艺生产过共晶铝硅系合金时，由于材料凝固过程中的冷却速度慢(一般小于100K/s)，造成材料中的初晶Si相粗大且形状不规则，即使在冶炼过程中采用了变质处理工艺后，材料中初晶Si相尺寸仍将高达100μm以上，从而限制了这种材料性能的进一步提高和应用范围的扩大，但复杂的工艺过程使材料成本过于昂贵。

喷射成形是用高压惰性气体将合金液流雾化成细小熔滴，在高速气流下飞行并冷却，在尚未完全凝固前沉积成坯件的一种工艺。它具有所获材料组织细小均匀、能够抑制宏观偏析等快速凝固技术的各种优点，又具有从合金熔炼到近终成形一步完成的优势，因而引起人们高度重视。具体优点如下：

1.低含氧量：由于沉积过程的时间很短(约10^-3s)且受到惰性气体保护，沉积氧含量远低于同类粉末合金的水平，而与同类铸造合金相似。

2.快速凝固的显微组织：包括形成细小的等轴晶组织(10～100μm)，宏观偏析的消除，显微偏析和偏析相的生成收到抑制，一次相的析出均匀细小(0.5～15μm)，二次析出和共晶相细化，合金成分更均匀和可形成亚稳过饱和固溶体。

3.合金性能提高：喷射成形材料的性能(如耐蚀、耐磨、磁性及强度和韧性等理化性能和力学性能)比常规铸锻材料有较大的提高，与粉末冶金材料相当。合金热加工性能大大改善，使通常不能变形加工的铸造材料可以热加工成形，甚至可以获得超塑性。

4.工艺流程短，成本低：目前为从熔炼到最终产品最短的工艺路线。可避 免粉末冶金中间工序造成污染的可能性，增加产品可靠性，比粉末冶金产品具有更强的竞争力，日本住友轻金属制造的直径350mm，长1200mm的Al-17Si-6Fe-4.5Cu-0.5Mg喷射成形挤压坯的成本比粉末冶金产品降低约22％。同时具有明显的节能与环保功效。

5.高效率：单个锭坯质量可达1t以上且成品率高，显然有利于工业化生产。

6.灵活的柔性制造系统：具有通用性和产品多样性，适用于多种金属材料(如高低合金钢、铝合金、高温合金、镁和铜合金及高性能金属基复合材料等)。

7.近终成形性：可以直接形成多种接近零件实际形状的大截面尺寸的挤压锻造或榨汁坯料，由于采用喷射成形技术制备铝硅系合金凝固过程中冷却速度快(一般可达10²～10⁴℃/S)，沉积坯件中Si相尺寸通常可控制在1～3μm左右，即使经过后续多道热加工和热处理，材料中Si相尺寸一般也可控制在5～6μm以下，这种显微组织使得材料具有优良的力学性能和耐磨性能，热膨胀系数以及良好的热变形加工和机加工性能，同时与采用传统粉末冶金工艺制备的过共晶铝硅系合金相比，由于材料制备工序的大幅度缩短，因此材料生产成本可得到有效的控制。喷射沉积快速凝固技术的发展推动了高硅铝合金的研究，限制改善了初晶Si相形态，降低了氧含量，提高了合金的性能。

喷射成形技术成形的材料，虽然具有上述中所说的如所成形的材料组织细小均匀、能够抑制宏观偏析等快速凝固技术的各种优点。但也存在着一个巨大的缺陷就是疏松，而疏松则关系着材料各种性能。因此，喷射成形材料必须经过致密化过程，才能达到最佳性能。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其包括以下步骤：

1)将喷射成形的铝硅合金锭放入加热炉中，得到半固态的铝硅合金；

2)将半固态的铝硅合金在加热炉中，进行保温处理；

3)将保温处理后的半固态的铝硅合金在液压机中，进行压力处理；

4)将步骤3)中压力处理后的半固态的铝硅合金从液压机中移出冷却即可。

采用上述技术方案，喷射成形的铝硅合金锭依次经过加热炉的加热处理和保温处理，液压机的压力处理，以及冷却后，能够得到致密化程度较高的产品，与喷射成形后具有孔洞、组织疏松的铝硅合金锭相比，在保证组织不过分长大的前提下，提高材料的致密度，从而显著改善合金的微观组织及其综合性能。本方法还具有可操作性强、控制精确、经济适用的特点。其中步骤4)中的冷却可以采用自然冷却，也可以采用其他冷却方法，进行冷却。

优选地，步骤1)中，所述加热炉内的温度为在5-120min内，由室温上升至540-650℃。该过程中温度太低，最终铝硅合金中依然会存在孔洞，影响后续产品的致密性，而温度太高，则会造成液体析出，导致成分不均匀。

优选地，所述温度为均匀的上升。温度均匀的上升，对减少孔洞具有很大的作用。

优选地，步骤2)中，保温处理的具体条件为，在温度540-650℃的条件下保温5-180min。由于步骤1)中形成的半固态的铝硅合金中温度不均匀，该步骤中的时间和温度，能够保证经过保温处理后的半固态的铝硅合金温度较均匀。

优选地，步骤2)中所述的液压机为卧式压机，所述卧式压机的压力杆的尺寸可调。卧式压机容易操作，易于与其他设备配合，而压力杆的尺寸可调，则能够使应用较少的压力杆即能够生产较多的产品，降低生产成本。

优选地，步骤3)中，压力处理的具体条件为，在压力100-800MPa和温度540-650℃的条件进行压力处理1-60min。通过压力处理，能够去除经加热处理和保温处理后的半固态的铝硅合金中存在的气体，而若压力、温度和时间的数 值太小，不能够有效的将气体去除，依然会存在孔洞，而若压力、温度和时间的数值太大，则会对设备的要求较高，导致生产成本的增加。

优选地，所述铝硅合金锭包括以下重量百分比的成分：Si 10-60％，杂质≤0.3％，余量为Al。该种铝硅合金锭中的成分以及重量百分比，能够很好实现致密化。

本发明的有益效果为：本发明通过喷射成形的铝硅合金锭依次经过加热炉的加热处理和保温处理，液压机的压力处理，以及冷却后，产品的致密度能够达到99％以上，与喷射成形后具有孔洞、组织疏松的铝硅合金锭相比，在保证组织不过分长大的前提下，提高材料的致密度，从而显著改善合金的微观组织及其综合性能。在具有喷射成形的优点的前提下，改善了喷射成形的铝硅合金锭存在的缺点。本方法还具有可操作性强、控制精确、经济适用的特点。

附图说明

图1是实施例1中喷射成形后未采用本发明的致密化方法的全金相显微镜图；

图2是实施例1中喷射成形后采用本发明的致密化方法的全金相显微镜图；

图3是实施例2中喷射成形后未采用本发明的致密化方法的全金相显微镜图；

图4是实施例2中喷射成形后采用本发明的致密化方法的全金相显微镜图；

图5是实施例3中喷射成形后未采用本发明的致密化方法的全金相显微镜图；

图6是实施例3中喷射成形后采用本发明的致密化方法的全金相显微镜图；

图7是本发明实施例4中卧式压机压力杆的第一压力杆的结构示意图；

图8是本发明实施例4中卧式压机压力杆的第二压力杆的结构示意图；

图9是本发明实施例4中卧式压机压力杆的结构示意图；

图10是图9中A-A的剖视图。

图中：1、压力杆；2、第一压力杆；21、第一压力杆本体；22定位结构；23、凸起；3、第二压力杆；31、凹槽；4、连接结构；41、连接套；411、缺口；412、过孔；413、螺纹孔；42、螺钉。

具体实施方式

实施例1

本发明提供了一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其包括以下步骤：

1)将喷射成形的铝硅合金锭放入加热炉中，在5min内，加热炉内的温度由室温均匀上升至540℃，得到半固态的铝硅合金；所述铝硅合金锭中成分的重量百分比为：Si 10％，Al 89.7％，杂质0.3％。

2)将半固态的铝硅合金在加热炉中，在温度540℃的条件下保温处理50min。

3)将保温处理后的半固态的铝硅合金在压力杆的尺寸可调的卧式压机中，在压力100MPa和温度540℃的条件进行压力处理1min。

4)将步骤3)中压力处理后的半固态的铝硅合金从液压机中移出冷却即可。

在相同的条件下，对采用本发明致密化方法前后的材料性能进行测试，测试后得到的数值如表1所示：

表1致密化方法前后性能对比

从表1中可以明显看出采用本发明的致密化方法前后，抗拉强度、延伸率 和致密度均具有明显的增加，屈服强度下降，因此采用本发明的致密化方法后材料的各项性能均具有明显的改善，特别是致密度具有显著的增加。

为了进一步对本发明的致密化方法进行说明，将采用本发明的致密化方法前后的材料在400倍的全金相显微镜下，进行观测，图1为未进行致密化之前的材料，图2为进行致密化之后的材料，对比图1和图2，可以明显看出图1中孔洞较多，如图2中所示的A、B、C、D、E、F等，而图2中则基本不存在孔洞，且图1与图2中的组织相比，图2中的组织不过分长大。因而从图1和图2，能够进一步验证本发明的致密化方法的有效性。

实施例2

本发明提供了一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其包括以下步骤：

1)将喷射成形的铝硅合金锭放入加热炉中，在60min内，加热炉内的温度由室温均匀上升至580℃，得到半固态的铝硅合金；所述铝硅合金锭中成分的重量百分比为：Si 30％，Al 69.8％，杂质0.2％。

2)将半固态的铝硅合金在加热炉中，在温度580℃的条件下保温处理5min。

3)将保温处理后的半固态的铝硅合金压力杆的尺寸可调的卧式压机中，在压力500MPa和温度580℃的条件进行压力处理30min。

4)将步骤3)中压力处理后的半固态的铝硅合金从液压机中移出冷却即可。

在相同的条件下，对采用本发明的致密化方法前后的材料的性能进行测试，测试后得到的数值如表2所示：

表2致密化方法前后性能对比

从表2中可以明显看出采用本发明的致密化方法前后，抗拉强度、延伸率和致密度均具有明显的增加，屈服强度下降，因此采用本发明的致密化方法后材料的各项性能均具有明显的改善，特别是致密度具有显著的增加。

为了进一步对本发明的致密化方法进行说明，将采用本发明的致密化方法前后的材料在400倍的全金相显微镜下，进行观测，图3为未进行致密化之前的材料，图4为进行致密化之后的材料，对比图3和图4，可以明显看出图3中孔洞较多，如图3中所示的G、H、I、J等，而图4中则基本不存在孔洞，且图4与图3中的组织相比，图2中的组织不过分长大。因而从图3和图4，能够进一步验证本发明的致密化方法的有效性。

实施例3

本发明提供了一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其包括以下步骤：

1)将喷射成形的铝硅合金锭放入加热炉中，在120min内，加热炉内的温度由室温均匀上升至650℃，得到半固态的铝硅合金；所述铝硅合金锭中成分的重量百分比为：Si 60％，Al 39.9％，杂质0.1％。

2)将半固态的铝硅合金在加热炉中，在温度650℃的条件下保温处理180min。

3)将保温处理后的半固态的铝硅合金在压力杆的尺寸可调的卧式压机中，在压力800MPa和温度650℃的条件进行压力处理60min。

4)将步骤3)中压力处理后的半固态的铝硅合金从液压机中移出冷却即可。

在相同的条件下，对采用本发明的致密化方法前后的材料的性能进行测试， 测试后得到的数值如表3所示：

表3致密化方法前后性能对比

从表3中可以明显看出采用本发明的致密化方法前后，抗拉强度、延伸率和致密度均具有明显的增加，屈服强度下降，因此采用本发明的致密化方法后材料的各项性能均具有明显的改善，特别是致密度具有显著的增加。

为了进一步对本发明的致密化方法进行说明，将采用本发明的致密化方法前后的材料在400倍的全金相显微镜下，进行观测，图5为未进行致密化之前的材料，图6为进行致密化之后的材料，对比图5和图6，可以明显看出图5中孔洞较多，如图5中所示的K、L、M、N等，而图6中则基本不存在孔洞，且图6与图5中的组织相比，图6中的组织不过分长大。因而从图5和图6，能够进一步验证本发明的致密化方法的有效性。

实施例4

如图7-10之一所示，本发明提供了一种长度可调的卧式压机压力杆，所述压力杆1包括第一压力杆2和第二压力杆3，所述第一压力杆2的一端固定于卧式压机中液压缸(图中省略)的一端，所述第一压力杆2的另一端通过连接结构4与所述第二压力杆3可拆卸连接；所述第一压力杆2和所述第二压力杆3的轴线相同。

采用上述结构，将压力杆1设置成第一压力杆2和第二压力杆3，通过可拆卸的方式连接在一起，在生产压力杆1的时候，一个第一压力杆2对应若干个第二压力杆3，使用时，第一压力杆2与其中一个第二压力杆3可拆卸连接， 当遇到需要调整压力杆1的长度时，可以通过更换第二压力杆3的方式实现。由于第二压力杆3只是压力杆1的一部分，因此与制备整体的压力杆1相比，大大的降低了材料和费用，而且在使用的过程中能够满足不同生产工件的不同需要，适用范围更广，此外，第二压力杆3较整体的压力杆1的重量的降低，在使用的过程中更便于更换。

作为优选方案，所述连接结构4包括横截面的形状为C字型的连接套41和螺钉42。沿所述连接套41的轴线方向，所述连接套41的外壁设有贯穿所述连接套的缺口411；所述连接套41在所述缺口411的两侧壁上分别设有过孔412和螺纹孔413，所述螺钉42穿过所述过孔412后固定于所述螺纹孔413。C字型的连接套41结构简单，便于操作，易于第二压力杆3的更换，且连接41套的直径能够调整，应用范围更广。此外通过缺口411与螺钉42、过孔412和螺纹孔413的配合，能够实现对连接套41的直径进行调整，还能起到连接后固定性较好的作用。所述螺钉42优选为内六角螺钉。

为了使第一压力杆2与第二压力杆3连接的过程中，第一压力杆2与第二压力杆3的轴线保持在同一条直线上，所述第一压力杆2包括第一压力杆本体21和阶梯状的定位结构22，所述定位结构22的一端连接所述第一压力杆本体21，所述定位结构22的另一端连接所述第二压力杆3；所述定位结构22与所述第一压力杆本体21的轴线相同，且所述定位结构22的直径小于所述第一压力杆本体21的直径。定位结构22在使用的过程中，第一压力杆2与第二压力杆3在连接时的轴线保持在同一条直线上，便于后续的应用，能够实现现有压力杆的功能。

优选地，所述定位结构22的外壁上设有外螺纹(图中省略)，所述连接结构4的内壁上设有内螺纹(图中省略)，所述定位结构4的外螺纹与所述连接结构4的内螺纹相互配合。使第一压力杆2与第二压力杆3连接的位置固定性更好。

此外，为了便于第一压力杆2和第二压力杆3更好的固定，第一压力杆2在与第二压力杆3连接的端面上设有凸起23，而第二压力杆3对应凸起设有凹 槽31。

本发明的有益效果为：本发明在现有压力杆1的基础上，将压力杆1设置成第一压力杆2和第二压力杆3，通过可拆卸的方式连接在一起，与制备整体的压力杆1相比，大大的降低了材料和费用，而且在使用的过程中能够满足不同生产工件的不同需要，适用范围更广，此外，第二压力杆3较整体的压力杆1的重量的降低，在使用的过程中更便于更换。

调节卧式压机压力杆长度的方法：

将压力杆1中的第一压力杆2的一端固定于卧式压机的液压缸的一端，然后将第二压力杆3放置于第一压力杆2的另一端，将连接结构4中的连接套41通过螺纹连接套设于第一压力杆2和第二压力杆3的连接处，将内六角螺钉穿过过孔412，然后固定于螺纹孔413，进而使第一压力杆1和第二压力杆3通过连接套41进行固定，连接为一个整体。

当加工的工件尺寸或型号发明变化时，松开内六角螺钉，使连接套41脱离第一压力杆2和第二压力杆3的连接处，更换满足尺寸需要的新的第二压力杆3，然后再将新的第二压力杆3通过连接结构4进行固定，即重复上述步骤。

卧式压机容易操作，易于与其他设备配合，本发明压力杆的尺寸可调，则能够使应用较少的压力杆即能够生产较多的产品，降低生产成本。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其特征在于：其包括以下步骤：

1)将喷射成形的铝硅合金锭放入加热炉中，得到半固态的铝硅合金；

2)将半固态的铝硅合金在加热炉中，进行保温处理；

3)将保温处理后的半固态的铝硅合金在液压机中，进行压力处理；

4)将步骤3)中压力处理后的半固态的铝硅合金从液压机中移出冷却即可。

2.根据权利要求1所述的一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其特征在于：步骤1)中，所述加热炉内的温度为在5-120min内，由室温上升至540-650℃。

3.根据权利要求2所述的一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其特征在于：所述温度为均匀的上升。

4.根据权利要求1所述的一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其特征在于：步骤2)中，保温处理的具体条件为，在温度540-650℃的条件下保温5-180min。

5.根据权利要求1所述的一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其特征在于：步骤2)中所述的液压机为卧式压机，所述卧式压机的压力杆的尺寸可调。

6.根据权利要求1所述的一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其特征在于：步骤3)中，压力处理的具体条件为，在压力100-800MPa和温度540-650℃的条件进行压力处理1-60min。

7.根据权利要求1-6之一所述的一种提高喷射成形铝硅合金塑性的致密化方法，其特征在于：所述铝硅合金锭包括以下重量百分比的成分：Si 10-60％，杂质≤0.3％，余量为Al。