CN106367700B - 一种共晶铝硅合金中共晶硅球化热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种共晶铝硅合金中共晶硅球化热处理方法，所述共晶硅球化热处理方法指的是在铝硅合金的共晶温度(577℃)进行球化退火。本发明在共晶铝硅合金共晶温度点对合金进行退火，使针状共晶硅发生快速球化，是一种简单且有效的共晶硅球化热处理方法，目的是提高共晶铝硅合金的力学性能。

Description

一种共晶铝硅合金中共晶硅球化热处理方法
技术领域
本发明涉及的领域属于金属热处理领域，具体涉及一种共晶铝硅合金共晶硅的球化热处理方法。
背景技术
铝硅合金因具有密度小、比强度高、热稳定性好、耐磨耐蚀性好、热膨胀系数小以及高温性能好等优点被广泛应用于活塞制备行业中。
在常规铸造铝硅合金中，由于存在针状的共晶硅和粗大且形状复杂的初晶硅，恶化了铝硅合金的力学性能。科技工作者和工业上常采用变质处理来改善铝硅合金中初晶硅和共晶硅相的微观形态，使其以有利的形状和较小的尺寸均匀分布在基体中，提高该合金的综合力学性能。由于共晶铝硅合金中的共晶硅为长条的针状,严重割裂基体组织,对共晶铝硅合金的综合力学性能有很大不利影响，引起了科技工作者的高度关注。
目前,为改善共晶铝硅合金的力学性能,通常采用钠、锶和锑等对共晶铝硅合金进行变质处理,通过变质处理改善共晶铝硅合金中共晶硅的形态、尺寸与分布。钠变质能力强,但存在变质衰退快及过变质等问题。锶具有较好的变质能力,同时变质有效期长,没有明显的过变质问题,其变质孕育期的长短主要与合金中的磷的含量有关。锑变质具有长效性,重熔后仍然具有变质的能力,但变质效果较差,其变质机理与钠和锶不同。
虽然采用化学变质剂对共晶铝硅合金进行变质处理能够细化共晶硅片或促使片状共晶硅转变为纤维状共晶硅，应用也很广泛，但是共晶硅的形态仍然不是最佳状态，共晶铝硅合金的强韧性的提高仍然受到一定的制约。如果能够使共晶硅变为球粒状，则共晶铝硅合金的力学性能将得到进一步提高。本发明是一种简单、快速、有效的使共晶硅球化的热处理方法，以最经济的手段达到大幅度提高共晶铝硅合金力学性能。
发明内容
本发明所要解决的问题是，提供一种使共晶铝硅合金中共晶硅快速球化的热处理方法，以最经济的技术手段达到大幅度提高共晶铝硅合金综合力学性能的目的。
为达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案：
一种共晶铝硅合金中共晶硅球化热处理方法，其特征在于：将共晶铝硅合金在其共晶点温度(577℃)条件下进行1～10小时的退火，使球粒状的共晶硅均匀分布在铝基体中，从而最大限度地改善共晶铝硅合金综合力学性能的目的。具体步骤如下：
1.采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-11.7wt.％Si共晶铝硅合金，将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的共晶铝硅合金试样。
2.将试样放入577℃的管式退火炉中进行1～10小时的球化退火处理。
3.退火处理后，将试样取出进行空冷。
577℃退火3-5小时后，95％左右的共晶硅以细小球粒状形式存在，退火时间优选为3～5h。进一步地实验表明，在保证硅球化的基础上，为节约能源以及综合考虑，退火时间优选为3h。
对共晶铝硅合金在共晶温度577℃下进行球化退火处理后，与该合金在500℃和560℃两个温度下进行球化退火的结果对比后发现，在共晶温度577℃下进行球化退火时，共晶硅的球化速度明显提高，球化效果更好。由图1、图2和图3可以明显看出共晶铝硅合金在共晶点温度577℃进行球化退火时共晶硅的球化效果。
附图说明
图1是500℃退火不同时间共晶铝硅合金的金相组织照片。铝合金化学成分(wt％)为Si：11.7,退火时间分别为：a)0h(原始组织),b)1h,c)2h,d)3h，e)4h，f)5h，g)10h。原始组织中有极少量块状初晶硅和大量针片状共晶硅；500℃退火1小时，共晶硅未出现球化；500℃退火2-3小时后，共晶硅开始球化；500℃退火4小时后，共晶硅出现比较明显的球化现象，但是大部分共晶硅以片状形式存在；500℃退火5小时后，仍有70％左右的片状共晶硅；500℃退火10小时后，大部分硅以粗大扁块状形式存在，部分以细小球状形式存在。
图2是560℃退火不同时间共晶铝硅合金的金相组织照片。铝合金化学成分(wt％)为Si：11.7,退火时间分别为：a)0h(原始组织),b)1h,c)2h,d)3h，e)4h，f)5h，g)10h。原始组织中有极少量块状初晶硅和大量针片状共晶硅；560℃退火1小时，部分共晶硅已开始球化；560℃退火2-4小时后，仍有50％左右的片状共晶硅；560℃退火5小时后，片状共晶硅长度进一步缩短；560℃退火10小时后，大部分硅以粗大扁块状形式存在，部分以细小球状形式存在。
图3是共晶铝硅合金在共晶点温度577℃退火不同时间后的显微组织照片。铝合金化学成分(wt％)为Si：11.7,退火时间分别为：a)0h(原始组织),b)1h,c)2h,d)3h，e)4h，f)5h，g)10h。原始组织中有极少量块状初晶硅和大量粗针片状共晶硅；577℃退火1小时，30％左右的共晶硅已经球化；577℃退火2小时后，50％左右的共晶硅以细小球粒状形式存在；577℃退火3-5小时后，95％左右的共晶硅以细小球粒状形式存在；560℃退火10小时后，球粒状共晶硅有所长大，并出现了少量粗大扁块状共晶硅。
表1为共晶铝硅合金在577℃退火3小时前后力学性能的数据，由表1可见，球化退火后合金的抗拉强度仅下降了8.4％，硬度下降了8.6％，而合金的延伸率则提高了79.6％，因此球化退火后使铝硅合金的综合性能得到了很大提高。
表1为共晶铝硅合金在577℃退火3小时前后力学性能的数据
性能项目 原始 退火3h
抗拉强度 194.3MPa 178MPa
延伸率 6.31％ 11.33％
布氏硬度 187HB 171HB
具体实施方式
为使对本发明的特征及所达成的功效有更进一步的了解和认识，用实施例详细加以说明：
实施例1：共晶铝硅合金在577℃退火1小时
采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-11.7wt.％Si共晶铝硅合金，将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的共晶铝硅合金试样。将试样分别放入577℃的管式退火炉中进行1小时的球化退火处理。退火处理后，将试样取出进行空冷。球化退火1小时后共晶铝硅合金的显微组织如图3(b)所示，可见577℃退火1小时，30％左右的共晶硅已经球化。
实施例2：共晶铝硅合金在577℃退火2小时
采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-11.7wt.％Si共晶铝硅合金，将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的共晶铝硅合金试样。将试样分别放入577℃的管式退火炉中进行2小时的球化退火处理。退火处理后，将试样取出进行空冷。球化退火1小时后共晶铝硅合金的显微组织如图3(c)所示，可见577℃退火2小时，50％左右的共晶硅已经球化。
实施例3：共晶铝硅合金在577℃退火3小时
采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-11.7wt.％Si共晶铝硅合金，将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的共晶铝硅合金试样。将试样分别放入577℃的管式退火炉中进行3小时的球化退火处理。退火处理后，将试样取出进行空冷。球化退火1小时后共晶铝硅合金的显微组织如图3(d)所示，可见577℃退火3小时，95％左右的共晶硅已经球化。
实施例4：共晶铝硅合金在577℃退火4小时
采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-11.7wt.％Si共晶铝硅合金，将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的共晶铝硅合金试样。将试样分别放入577℃的管式退火炉中进行4小时的球化退火处理。退火处理后，将试样取出进行空冷。球化退火1小时后共晶铝硅合金的显微组织如图3(e)所示，可见577℃退火4小时，95％左右的共晶硅已经球化。
实施例5：共晶铝硅合金在577℃退火5小时
采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-11.7wt.％Si共晶铝硅合金，将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的共晶铝硅合金试样。将试样分别放入577℃的管式退火炉中进行5小时的球化退火处理。退火处理后，将试样取出进行空冷。球化退火后共晶铝硅合金的显微组织如图3(f)所示，可见577℃退火5小时后，95％左右的共晶硅以细小球粒状形式存在，球化效果良好。
实施例6：共晶铝硅合金在577℃退火10小时
采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-11.7wt.％Si共晶铝硅合金，将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的共晶铝硅合金试样。将试样分别放入577℃的管式退火炉中进行1小时的球化退火处理。退火处理后，将试样取出进行空冷。球化退火后共晶铝硅合金的显微组织如图3(g)所示，可见577℃退火10小时后，大部分硅有所长大但仍以球粒状形式存在，小部分以粗大的扁块状形式存在。
本发明的应用范围，不受其说明书描述的限制。

Claims (2)

1.一种共晶铝硅合金共晶硅的球化热处理方法，其特征在于：将共晶铝硅合金在其共晶点温度577℃条件下进行3小时的退火，使球粒状的共晶硅均匀分布在铝基体中，从而最大限度地改善共晶铝硅合金综合力学性能的目的；所述共晶铝硅合金为Al-11.7wt.％Si共晶铝硅合金。
2.如权利要求1所述的一种共晶铝硅合金共晶硅的球化热处理方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-11.7wt.％Si共晶铝硅合金，将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的共晶铝硅合金试样；
(2)将试样放入577℃的管式退火炉中进行3小时的球化退火处理；
(3)退火处理后，将试样取出进行空冷。
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