CN106521376A - 一种过共晶铝硅合金中共晶硅快速球化退火方法 - Google Patents

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    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
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Abstract

本发明涉及的领域属于金属热处理领域，具体涉及一种过共晶铝硅合金共晶硅的快速球化退火方法。本发明在587℃对过共晶铝硅合金进行5～25分钟的短时球化退火后，使针片状共晶硅快速球化变成细小的颗粒状，是一种经济且有效的共晶硅球化退火新工艺，目的是改善过共晶铝硅合金的力学性能。

Description

一种过共晶铝硅合金中共晶硅快速球化退火方法
技术领域
本发明涉及的领域属于金属热处理领域，具体涉及一种过共晶铝硅合金共晶硅的快速球化退火方法。
背景技术
过共晶铝硅合金多用来生产各种耐磨合金，具有高温高强度、耐蚀、耐磨和热膨胀系数小。这一系列的优点使得共晶铝硅合金在活塞制备行业备受青睐，但是未变质的铝硅合金的组织中存在粗大的Si相，严重割裂了基体，使合金的力学性能和铸造性能严重恶化。
在含硅量超过Al-Si共晶点的铝硅合金即过共晶铝硅合金中，硅颗粒可明显提高合金的耐磨性，组成一类用途很广的耐磨合金。而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。工业上一般采用添加含磷和钠元素的变质剂的方法，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。但是这些变质剂都有各自的缺点，如对环境产生危害，并会放出有毒气体。此外，不管采用何种变质剂，都很难使铝硅合金中的共晶硅变为细小的颗粒状，因此，通过变质处理难以彻底改善过共晶铝硅合金的综合力学性能。
发明内容
本发明旨在提供一种使过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极大改善过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：一种过共晶铝硅合金中共晶硅快速球化退火方法，其特征在于：将过共晶铝硅合金在其共晶点温度以上10℃(587℃)进行5～25分钟的退火，使针片状共晶硅得以球化并均匀分布在铝基体中，同时使初晶硅的圆整度增加，从而最大限度地改善过共晶铝硅合金综合力学性能。具体步骤如下：
1.采用井式炉在石墨坩埚中熔炼Al-16wt.％Si、Al-21wt.％Si、Al-30wt.％Si过共晶铝硅合金，将该合金液浇入室温金属型中，得到直径为10毫米的不同成分的过共晶铝硅合金试样。
2.将上述试样放入587℃的管式退火炉中进行5～25分钟的球化退火处理。
3.退火处理后，将试样取出进行空冷或水冷。
对过共晶铝硅合金在587℃下进行不同时间球化退火后，使果共晶铝硅合金中的针片状共晶硅得以球化并均匀分布在铝基体中，同时使初晶硅的圆整度增加，最佳的球化退火时间为15分钟。
附图说明
图1是Al-16Si合金在587℃退火不同时间过共晶铝硅合金的金相组织照片。退火时间分别为a)0min(原始组织)，b)5min，c)15min，d)25min。原始组织中有少量块状初晶硅及大量针片状的共晶硅；587℃退火5min，共晶硅开始球化，但是未出现明显球化现象；587℃退火15min后，大部分共晶硅球化，细小的颗粒共晶硅均匀分布于基体中，存在极少量长杆状共晶硅，初晶硅圆整度增加；587℃退火25min后，粒状共晶硅长大，变为粗大粒状共晶硅，分布不太均匀，且有少量长杆状硅存在，初晶硅圆整度增加。
图2是Al-21Si合金在587℃退火不同时间过共晶铝硅合金的金相组织照片。退火时间分别为a)0min(原始组织)，b)5min，c)15min，d)25min。原始组织中有部分块状初晶硅，共晶硅为细小点状和针片状；587℃退火5min，共晶硅开始球化，但是未出现明显球化现象，反而出现长针片状共晶硅，初晶硅圆整度有所改善；587℃退火15min后，大部分共晶硅得以球化，共晶硅转变为细小的颗粒状，且均匀分别在基体中，存在极少量长杆状硅，初晶硅圆整度明显增加。587℃退火25min后，粒状共晶硅长大，变为粗大颗粒状，分布比较均匀，少量长杆状硅存在，初晶硅圆整度较好。
图3是Al-30Si合金在587℃退火不同时间过共晶铝硅合金的金相组织照片。退火时间分别为a)0min(原始组织)，b)5min，c)15min，d)25min。原始组织中有大量块状初晶硅，大部分共晶硅成点状分布、部分共晶硅呈细小针片状；587℃退火5min，共晶硅开始球化，但仍有针片状共晶硅存在；587℃退火15min后，共晶硅球化，共晶硅转变为极为细小的颗粒状，且均匀分布于基体中，初晶硅圆整度有所增加。587℃退火25min后，共晶硅长大为粗大球状颗粒，分布均匀性和圆整度变差，初晶硅圆整度较好。
图4表征了三种成分过共晶铝硅合金的力学性能，图(a)是这三种成分合金热处理前后的抗拉强度，图(b)是合金热处理前后的断后伸长率。相较于热处理前的合金，Al-xSi合金的抗拉强度因为共晶硅的球化而略有下降，但是合金的塑性有了明显的提高，其中以Al-16Si最为显著，断后伸长率从3.6％提高至8.1％。球化退火后，虽然抗拉强度的略微减少，由于Al-xSi合金塑性的明显提升，因此使Al-xSi合金的综合力学性能有了明显的提升。
综合考虑，过共晶铝硅合金的最佳球化工艺为587℃退火15min。
具体实施方式
为使本发明的特征及所达成的功效有进一步的了解和认识，用实施例详细加以说明：
实施例1：Al-16Si合金在587℃退火15min
采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-16wt.％Si过共晶铝硅合金。将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的过共晶铝硅合金试样。将试样放入587℃的管式退火炉中进行15min的球化退火处理。退火处理后，将试样取出进行水冷。球化退火15min后过共晶铝硅合金的显微组织如图1(c)所示，可见587℃退火15min，80％左右的共晶硅已经球化。该合金在球化热处理前的抗拉强度为176.2Mpa，球化退火后的抗拉强度下降到156.2Mpa，降低了11.4％；但是该合金的延伸率由3.6％增加到8.1％，增加了125％。
实施例2：Al-21Si合金在587℃退火15min
采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-21wt.％Si过共晶铝硅合金。将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的过共晶铝硅合金试样。将试样放入587℃的管式退火炉中进行15min的球化退火处理。退火处理后，将试样取出进行水冷。球化退火15min后过共晶铝硅合金的显微组织如图2(c)所示，可见587℃退火15min，85％左右的共晶硅已经球化。该合金在球化热处理前的抗拉强度为124.6Mpa，球化退火后的抗拉强度下降到102.4Mpa，降低了17.8％；但是该合金的延伸率由1.5％增加到3.3％，增加了120％。
实施例3：Al-30Si合金在587℃退火15min
采用井式电炉在石墨坩埚中熔炼Al-21wt.％Si过共晶铝硅合金。将该合金液浇入金属型中，得到直径为10毫米的过共晶铝硅合金试样。将试样放入587℃的管式退火炉中进行15min的球化退火处理。退火处理后，将试样取出进行水冷。球化退火15min后过共晶铝硅合金的显微组织如图3(c)所示，可见587℃退火15min，85％左右的共晶硅已经球化。该合金在球化热处理前的抗拉强度为117.3Mpa，球化退火后的抗拉强度下降到112.6Mpa，降低了4％；但是该合金的延伸率由2.4％增加到3.2％，增加了33.3％。
本发明的应用范围，不受其说明书描述的限制。

Claims (3)

1.一种过共晶铝硅合金中共晶硅快速球化退火方法，其特征在于：将过共晶铝硅合金在其共晶点温度以上10℃(587℃)进行5～25分钟的退火，使针片状共晶硅得以球化并均匀分布在铝基体中，同时使初晶硅的圆整度增加，从而最大限度地改善过共晶铝硅合金综合力学性能。
2.如权利要求1所述的一种过共晶铝硅合金中共晶硅快速球化退火方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)采用井式炉在石墨坩埚中熔炼Al-16wt.％Si、Al-21wt.％Si或Al-30wt.％Si过共晶铝硅合金，将该合金液浇入室温金属型中，得到直径为10毫米的不同成分的过共晶铝硅合金试样。
(2)将上述试样放入587℃的管式退火炉中进行5～25分钟的球化退火处理。
(3)退火处理后，将试样取出进行空冷或水冷。
3.如权利要求1或2所述的一种过共晶铝硅合金中共晶硅快速球化退火方法，其特征在于，退火时间为15min。
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