CN108467955A - 一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Al‑16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法,首先将Al‑16Si合金在高温下进行熔炼和保温,以获得无残余初晶硅的合金熔体;然后使合金液流经超低温铜管实现熔体在固液两相区的快速冷却,以抑制初晶硅的析出;最后将强制冷却的合金液浇注到预热温度为527℃的铁板上进行非平衡凝固,最终得到全部的伪共晶组织。本发明彻底消除了Al‑16Si合金液中的残余初晶硅质点,在铝硅合金固液两相区内实现快速冷却以彻底抑制初晶硅的析出,并在共晶点以下适当温度进行伪共晶凝固,最终得到全部伪共晶组织。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属加工技术领域,尤其是一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法。
背景技术
过共晶Al-Si合金具有高强度、铸造成型性好以及耐磨耐蚀等优良性能,在航天航空以及汽车、造船等工业领域内具有广泛应用,是重要的结构材料。
过共晶Al-Si合金的铸造组织由α-Al枝晶、共晶硅以及初晶硅组成,其中初晶硅可以作为硬质点提高过共晶Al-Si合金的耐磨性能。但是若合金中出现粗大的初晶硅,硅粒子四周的棱角锋利,当外加载荷作用在具有这种形态初生硅上时,很容易引起应力集中而导致裂纹的萌生和扩展,致使合金的强度和塑性大大降低,并因此而过早失效。
要求过共晶铝硅合金具有良好的力学性能,必须解决初晶硅的细化问题,科学家经过多年的研究,取得诸多研究成果。对过共晶铝硅合金进行变质处理可以细化晶粒组织和初晶硅,工业上对初晶硅的变质细化主要采用P变质方法,经过含磷中间合金变质处理后,初晶硅的尺寸明显下降,形状也变得较为规则,并且分布更均匀,合金性能得到显著改善。热处理也是提高过共晶铝硅合金强度的一个重要途径,针片状的共晶硅在热处理过程中会逐渐球化,热处理后会提高合金的硬度和强度及耐磨性。但是初晶硅的形态和尺寸在热处理过程中变化不大。为提高过共晶铝硅合金的综合力学性能,可以通过变质处理和热处理二者相结合来实现。但是含磷变质剂使用后会对人体和环境产生危害,此外变质处理和热处理将使合金的生产成本有较大增加。因此,有必要采用更为经济有效的手段细化过共晶铝硅合金中的初晶硅,以达到提高合金力学性能的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:为了克服现有技术中之不足,本发明提供一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法,以彻底消除Al-16Si合金液中的残余初晶硅质点,彻底抑制初晶硅的析出,在共晶点以下适当温度进行伪共晶凝固而得到全部伪共晶组织。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法,具有如下步骤:
a、采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16wt.%Si过共晶铝硅合金,合金熔炼温度为900℃,保温时间为80min,实现初晶硅的完全溶解;
b、将内径为30mm、长度为500mm的铜管放入液氮中冷却,得到超低温的铜管;
c、经液氮冷却的铜管倾斜放置,从铜管上端将10克熔炼成的合金液浇注到铜管中,并从铜管下端流出;
d、从铜管下端流出的过冷合金液被浇注到预热温度为527℃~627℃的铁板上进行非平衡凝固。
最佳地,所述的过冷合金液在预热温度为527℃的铁板上进行非平衡凝固,凝固后,合金液中的初晶硅析出被完全抑制,可得到全部的伪共晶组织。而当铁板的预热温度分别为577℃和627℃时,组织中均有初晶硅析出,也就不能得到完全的伪共晶组织。
本发明的有益效果是:本发明彻底消除了Al-16Si合金液中的残余初晶硅质点,在铝硅合金固液两相区内实现快速冷却以彻底抑制初晶硅的析出,并在共晶点以下适当温度进行伪共晶凝固,最终得到全部伪共晶组织。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是Al-16Si过共晶铝硅合金原始组织图。
图2是Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min后,10克合金液流经室温冷却后的铜管,浇注到预热温度为527℃的铁板上的试样组织结构图。
图3是Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min后,10克合金液流经液氮冷却后的铜管,浇注到预热温度为527℃的铁板上的试样组织结构图。
图4是Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min后,10克合金液流经液氮冷却后的铜管,浇注到预热温度为577℃的铁板上的试样组织结构图。
图5是Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min后,10克合金液流经液氮冷却后的铜管,浇注到预热温度为627℃的铁板上的试样组织结构图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法,具有如下步骤:
a、采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16wt.%Si过共晶铝硅合金,合金熔炼温度为900℃,保温时间为80min,实现初晶硅的完全溶解;
b、将内径为30mm、长度为500mm的铜管放入液氮中冷却,得到超低温的铜管;
c、经液氮冷却的铜管倾斜放置,从铜管上端将10克熔炼成的合金液浇注到铜管中,并从铜管下端流出;
d、从铜管下端流出的过冷合金液被浇注到预热温度为527℃~627℃的铁板上进行非平衡凝固。
实施例1:
Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min,室温铜管冷却,铁板预热至527℃,具体步骤如下:
采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16Si过共晶铝硅合金,熔炼温度为900℃,保温时间为80min。将10g合金液浇注到倾斜摆放着的常温铜管中,在铜管下端放好预热温度为527℃的铁板,合金熔液流经铜管后浇注到铁板上,获得薄片状合金凝固样品,其金相组织如图2所示,可见合金组织中有明显的粗大初晶硅。
实施例2:
Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min,铜管经过液氮冷却,铁板预热至527℃,具体步骤如下:
采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16Si过共晶铝硅合金,熔炼温度为900℃,保温时间为80min;将10g合金液浇注到倾斜摆放着并且经过液氮冷却的铜管中,在铜管下端放好预热温度为527℃的铁板,合金熔液流经铜管后浇注到铁板上,获得薄片状合金凝固样品,其金相组织如图3所示,可见此时获得了全部伪共晶组织。
实施例3:
Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min,铜管经过液氮冷却,铁板预热至577℃,具体步骤如下:
采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16Si过共晶铝硅合金,熔炼温度为900℃,保温时间为80min;将10g合金液浇注到倾斜摆放着并且经过液氮冷却的铜管中,在铜管下端放好预热温度为577℃的铁板,合金熔液流经铜管后浇注到铁板上,获得薄片状合金凝固样品,其金相组织如图4所示,可见合金中有部分粗大初晶硅,不能得到完全的伪共晶组织。
实施例4:
Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min,铜管经过液氮冷却,铁板预热至627℃,具体步骤如下:
采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16Si过共晶铝硅合金,熔炼温度为900℃,保温时间为80min;将10g合金液浇注到倾斜摆放着并且经过液氮冷却的铜管中,在铜管下端放好预热温度为577℃的铁板,合金熔液流经铜管后浇注到铁板上,获得薄片状合金凝固样品,其金相组织如图5所示,可见合金中仍有少量初晶硅,不能得到完全的伪共晶组织。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (2)
1.一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法,其特征是:具有如下步骤:
a、采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16wt.%Si过共晶铝硅合金,合金熔炼温度为900℃,保温时间为80min,实现初晶硅的完全溶解;
b、将内径为30mm、长度为500mm的铜管放入液氮中冷却,得到超低温的铜管;
c、经液氮冷却的铜管倾斜放置,从铜管上端将10克熔炼成的合金液浇注到铜管中,并从铜管下端流出;
d、从铜管下端流出的过冷合金液被浇注到预热温度为527℃~627℃的铁板上进行非平衡凝固。
2.如权利要求1所述的Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法,其特征是:所述的过冷合金液在预热温度为527℃的铁板上进行非平衡凝固。
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