CN105728698A - 一种细化铝硅合金凝固组织的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细化铝硅合金凝固组织的方法，其方法包括铝硅合金经常规的熔化、除渣、除气、精炼各工序，其特征在于将熔融的铝硅合金直接浇铸入室温冷却液体中，实现不间断的快速冷却，即可获得组织细化、均匀的铸锭。本发明是通过简单的铸造工艺方法，可细化铝硅合金的凝固组织，改善硅铝合金的力学性能。

Description

一种细化铝硅合金凝固组织的方法

技术领域

本发明涉及一种细化铝硅合金凝固组织的方法，属金属合金铸造工艺领域。

背景技术

铸造铝合金作为传统的金属材料，由于其密度小、比强度高等特点，广泛应用与航空、航天、汽车、机械等各行业。铝硅系列合金具有良好的铸造性能，较小的线胀系数，耐磨性能好，气密性也很好。这种合金被广泛地应用于各种铸件。随着国民经济的高速发展，我国的铸造铝合金也得到迅猛发展。十二五期间，在国际的高度重视和支持下，我国铸造铝合金在产量和质量上都得到了巨大的提高。铸造铝合金的制备方法主要有重力砂型铸造、重力金属型铸造、高压铸造、半固态成型等方法。重力砂型铸造是最常用的成型工艺方法，可以制备大尺寸、形状复杂的铸件，但是冷却凝固速度慢，造成合金组织粗大；重力金属型铸造样品表面光洁，冷却速度快，但是不适合制备大型、复杂的铸件；压力铸造合金的致密度较高，但是成本较高，不适合制备大型铸件；半固态成型成形温度低，模具寿命长，但是易卷气，产生气孔等铸造缺陷。上述方法的一般的铸造工艺是：将铝硅合金熔化、除渣或除气、精炼，然后进行变质处理，变质处理之后将熔融的金属液浇铸入模具中，再将模具冷却，直接得到铸件产品或者得到铸件坯料。

铝硅合金在传统的铸造过程中冷却凝固速度慢，易形成粗大的α-Al相、粗大Si相的凝固组织，这将严重影响材料的力学性能。有铝硅合金凝固组织细化的方法主要有两种：一种是添加细化变质剂，该方法是向熔融的合金液中添加细化剂、变质剂，通过异质形核和抑制晶粒长大实现细化凝固组织；另一种是物理方法，通过机械搅拌、电磁振动、超声波处理等破碎粗大的凝固组织。上述两种方法都存在不足之处，添加细化变质剂会引入杂质元素，物理方法所需设备复杂、投资较大。

针对以上现有技术，目前亟需一种细化铝硅合金凝固组织的方法以及新的铸造工艺。

发明内容

本发明提供了一种细化铝硅合金凝固组织的方法，特别是提供了一种冷却液体直接作用于金属熔体表面，实现不间断的快速冷却，即可获得组织细化、均匀的铸锭。

本发明采用以下技术方案：

一种细化铝硅合金凝固组织的方法，将熔融的铝硅合金液直接浇铸入冷却液体中，实现不间断的快速冷却，即可获得组织细化、均匀的铸锭。

优选的，所述铝硅合金浇铸时的温度为630～750℃。

优选的，所述冷却液体的温度为10～30℃。经过大量试验验证与分析，当冷却液体的温度为10～30℃时，得到的铝硅金属铸锭的微观组织形态和力学性能较好，当温度小于10℃或大于30℃时，得到的铝硅金属铸锭的微观组织形态和力学性能都不理想。

优选的，所述冷却液体包括水、盐水或油。进一步优选的，所述冷却液体为水。

优选的，根据铝硅合金材料的情况，所述熔融的铝硅合金液为硅铝合金经过现有技术中常规的熔化、除渣、除气、精炼工序后得到的铝硅合金液，或者所述熔化的铝硅合金液为硅铝合金经过现有技术中常规的熔化、精炼工序后得到的铝硅合金液。

优选的，所述熔化工序时温度为630～750℃。

经过大量的实验和分析，本发明的工艺方法适合各种铝硅合金。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的细化铝硅合金凝固组织的方法相比于现有技术，不仅工艺步骤、操作方法简单、成本较低，而且效果显著，可细化铝硅合金的凝固组织，提高合金的力学性能。

(2)本发明将熔融的铝硅合金液直接浇铸入冷却液体中，通过不间断的液体中冷却，铝硅合金的凝固组织可以得到不同程度的细化、均匀化，粒径平均尺寸为30μm，其中，初生相α-Al晶粒尺寸明显细化，二次枝晶间距减小；共晶Si相细化，由粗针状向细小的球状转变，分布更均匀，而晶粒大小对合金的力学性能具有较大的影响。

(3)现有技术中的铸件成品往往是采用模具进行成形，而本发明不需要采用模具，直接将熔融的金属液浇入冷却液体中，得到形状不均的铸锭坯料，基于铸锭形状采用机械加工制备得到所需的铸件成品，本发明为制备得到铝合金铸件成品提供了一种新途径和新方法，拓展了铝硅合金铸造工艺。

附图说明

图1为铝硅合金水冷却法获得的显微组织形貌；

图2为铝硅合金常规铸造法获得的显微组织形貌。

具体实施方式

本发明的内容通过实施例加以详细描述，但不被实施例所限。本申请人意外发现将熔融铝硅合金液浇铸入冷却液体中，得到的铝硅合金铸锭的微观组织形态更加均匀、晶粒更加细化。

实施例1

本实施例先将铝硅合金用常规的工艺方法进行熔化、除渣、除气、精炼各工序后，取出合金液浇铸入室温冷却水中，使其在水中不间断的快速冷却，即可获得组织细化、均匀的纽扣铸锭。将合金液浇铸水中形成的纽扣铸锭形状不固定，然后采用二次加工的方法将其加工成所需形状。

本实施例方法所用铝硅合金的化学成分为Al-Si-Mg系合金。

本实施例采用的铝硅合金接近A356牌号，其化学成分如表1所示：

表1铝硅合金的成分

A356铝硅合金在700℃下熔化、除渣、除气、精炼后，所得金属液在700℃下浇入水中，水的温度为室温25℃，凝固后即可获得组织细化、均匀的凝固组织，如图1所示。与传统铸造方法得到的凝固组织相比，如图2所示，白色部分初生相α-Al晶粒尺寸明显细化，二次枝晶间距减小；灰色共晶Si相细化，由粗针状向细小的球状转变，分布更均匀。细化、均匀的凝固组织有利于合金力学性能的提高，测量得到其布氏硬度值为95HB，而传统铸造方法制备合金布氏硬度值仅为66HB。

从上述实施例可见，本发明工艺方法证明，不间断的室温水中冷却可明显细化合金的凝固组织。

实施例2

一种细化铝硅合金凝固组织的方法，所用铝硅合金的成分为表1所示，铝硅合金在630℃下熔化、除渣、除气、精炼后，所得金属液在630℃下浇入油中，油的温度为室温30℃，凝固后即可获得组织细化、均匀的凝固组织。

与传统铸造方法得到的凝固组织相比，初生相α-Al晶粒尺寸明显细化，二次枝晶间距减小；共晶Si相细化，由粗针状向细小的球状转变，分布更均匀。细化、均匀的凝固组织有利于合金力学性能的提高，测量得到其布氏硬度值为89HB。本发明工艺方法证明，不间断的室温油中冷却可明显细化合金的凝固组织。

实施例3

一种细化铝硅合金凝固组织的方法，所用铝硅合金的成分为表1所示，铝硅合金在750℃下熔化、除渣、除气、精炼后，所得金属液在720℃下浇入盐水中，盐水水的温度为室温20℃，凝固后即可获得组织细化、均匀的凝固组织。

与传统铸造方法得到的凝固组织相比，初生相α-Al晶粒尺寸明显细化，二次枝晶间距减小；共晶Si相细化，由粗针状向细小的球状转变，分布更均匀。细化、均匀的凝固组织有利于合金力学性能的提高，测量得到其布氏硬度值为90HB。本发明工艺方法证明，不间断的室温水中冷却可明显细化合金的凝固组织。

Claims (7)

1.一种细化铝硅合金凝固组织的方法，其特征是：将熔融的铝硅合金液直接浇铸入冷却液体中，即可获得组织细化、均匀的铸锭。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述铝硅合金浇铸时的温度为630～750℃。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述冷却液体的温度为10～30℃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述冷却液体包括水、盐水和油。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述熔融的铝硅合金液为硅铝合金经过熔化、除渣、除气、精炼工序后得到的铝硅合金液。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述熔融的铝硅合金液为硅铝合金经过熔化、精炼工序后得到的铝硅合金液。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征是：所述熔化工序时温度为630～750℃。