CN112226653B - 适于半固态成形的过共晶铝硅合金的制备方法及成形工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金技术领域,涉及一种适于半固态成形的过共晶铝硅合金和制备方法及成形工艺。制备过程中一是收集初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料,将所述半固态过共晶铝硅合金浆料送往压铸机或挤压铸造机的压室,进行半固态流变成形,获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件。二是采用电磁感应加热方式将所述完全凝固的半固态过共晶铝硅合金固态坯料重新加热到其固液两相区,将该坯料送往压铸机或挤压铸造机的压室,进行半固态触变成形,获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件。本发明在压铸件和挤压铸件保持较高强度的同时,塑性得到明显改善,伸长率可达到3.5%。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域,特别是涉及一种适于半固态成形的过共晶铝硅合金的制备方法及成形工艺。
背景技术
过共晶铝硅合金的耐磨性通常会随硅含量的提高而增强,热膨胀系数会随硅含量的提高而下降,但是当硅含量较高而又未作特殊熔体处理时,凝固时合金会析出粗大的板片状或多角块状的初生硅,严重割裂过共晶铝硅合金的基体,显著恶化铸件的力学性能、耐磨性能和机加工性能。根据文献“过共晶铝硅合金变质处理的研究进展”(胥铠,刘徽平,袁帮谊,王甫.热加工工艺,2009,(3):32-35)、“ZAS23活塞过共晶铝硅合金及铸造工艺的国产化”(王公平,摩托车技术,1992,(5):26-31)、“变质处理对过共晶铝硅合金组织和性能的影响”(林家平,徐建秋,肖于德,王伟,裴斐,乔翔,机械工程材料,2010,34(3):31-34,60)、“Size of primary silicon particles and mechanical properties of as cast high-silicon Al alloys”(Mandal P.,Trans AFS,1991,99:643-651)、“Review of effect ofP and Sr on modification and porosity development in Al-Si alloys”(CampbellJ,Tiryakioglu M.,Materials Science and Technology,2010,26(3):262-268)、“过共晶铝硅合金的生产及其应用”(蔡宗德,张连芳,孙建荣,特种铸造及有色合金,1990,(4):37-39,22)、“过共晶铝硅合金活塞的挤压铸造”(乐秀伟,韦吉华,王道胤,丁玉文,北京理工大学学报,1995,15(1):61-66)、“The nucleation sites of primary Si in Al-Si alloysafter addition of boron and phosphorus”(Liu Xiang-fa,Wu Yu-ying,Bian Xiu-fang,Journal of Alloys and Compounds,2005,391(1/2):90-94)报道,为了满足活塞、缸套、带轮、斜盘等耐磨零件的性能要求,一般需要利用适量的磷或硫对过共晶铝硅合金的初生硅进行化学细化,或者利用快速凝固方法对过共晶铝硅合金的初生硅进行细化[刘文水,王日初,彭超群,莫静贻,朱学卫,彭健.喷射沉积电子封装用高硅铝合金的研究进展.中国有色金属学报,2012,(12):3446-3455]。即使采用磷或硫化学细化过共晶铝硅合金的初生硅,但受限于磷或硫的化学细化效果,过共晶铝硅合金的硅含量也受到限制,目前铸造过共晶铝硅合金的硅含量不超过25%,所以铸造过共晶铝硅合金耐磨零件的耐磨性能的提高也受到硅含量的限制。
根据上述耐磨铸件壁厚的不同,经过加入适量的磷或硫,硅含量为16%~25%的过共晶铝硅合金铸件中的初生硅可以细化到30~60μm,基本可以满足目前汽车、摩托车等对这类耐磨铸件的要求。但是,学者和业界工程师都清楚这类过共晶铝硅合金铸件的共晶硅也应该进行变质处理,才可能进一步提高这类铸件的性能,而且也很清楚同时有效化学细化初生硅和变质共晶硅非常困难,导致目前这类铸件的常规生产工艺不得已只能保留对初生硅的细化而放弃对共晶硅的变质。因为初生硅细化元素磷、硫与共晶硅变质元素Na、Sr、Sb等之间易于发生化学反应,这两类元素同时加入到过共晶铝硅合金中会产生相互削弱的作用,既降低初生硅的细化作用,又削弱共晶硅的变质作用[蔡宗德.磷和锶对过共晶铝硅合金组织与性能的影响.特种铸造及有色合金,1986,(5):17-20;赵恒先,陈润辉.过共晶铝硅合金细化变质的进展.轻金属,1992,(2):60-64;康积行,傅高升,黄利光,廖锦明.铝硅合金中Si初细化的现状与初探.福州大学学报,1996,24(6):46-51;姚书芳,毛卫民,赵爱民,钟雪友.过共晶铝硅合金变质细化剂的研究.特种铸造及有色合金,2000,(5):1-3;王泽华,毛协民,张金龙,欧阳志英.Sr-PM复合变质过共晶铝硅合金.特种铸造及有色合金,2005,25(4):241-243;孙虎.过共晶铝硅合金复合变质的研究进展.科技咨询,2011,(15):102-103;孔凡校.P、Sr、RE变质对过共晶Al-Si合金组织形态的影响.有色金属,2011,(12):46-49]。由于不能同时充分细化初生硅和有效变质共晶硅,如中国牌号的YL117、ZL117等过共晶铝硅合金铸件的力学性能较低,尤其是伸长率则很低,一般都低于1%(中国机械工程学会铸造分会.铸造手册-铸造非铁合金.北京:机械工业出版社,2011,第3版)。因此,自从过共晶铝硅合金铸件应用以来,同时细化初生硅和变质共晶硅一直成为国内外业界渴望攻克的世界性难题。
为了尝试解决这个难题,许多学者利用磷和稀土复合细化过共晶铝硅合金的初生硅并同时变质共晶硅,或者单独利用稀土尝试变质共晶硅,发现稀土在一定程度上促进磷对初生硅的细化,共晶硅也由针片状转变为短杆状、蠕球杆状,或者说稀土元素使共晶硅达到了亚变质水平[康积行,傅高升,黄利光,廖锦明.铝硅合金中Si初细化的现状与初探.福州大学学报,1996,24(6):46-51]。Weiss等学者的实验也证明0.8%的稀土铈对过共晶铝硅合金的共晶硅只有中等程度的变质作用,但对初生硅几乎没有细化作用[Weiss J C,Loper CR.Primary silicon in hypereutectic aluminum-silicon casting alloys.AFS Trans,1987,32:51-62]。陈冲等再次实验证明了稀土元素对初生硅的细化作用微弱,主要是磷细化了初生硅,而且也发现稀土元素对共晶硅只有中等程度的变质作用,磷还在一定程度上削弱稀土对共晶硅的变质作用[Chen Chong(陈冲),Liu Zhong-xia(刘忠侠),Ren Bo(任波),Wang Ming-xing(王明星),Weng Yong-gang(翁永刚),Liu Zhi-yong(刘志勇).Influences of complex modification of P and RE on microstructure andmechanical properties of hypereutectic Al-20Si alloy.Trans Nonferrous Met SocChina,2007,17:301-306]。张荻等实验表明2.91%~3.15%的La对硅含量为17%的过共晶铝硅合金的初生硅不具有细化作用,而对硅含量为25%的过共晶铝硅合金的初生硅具有一定的细化作用;从显微组织看,3%左右的La对共晶硅也只有中等程度的变质作用[ZhangDi(张荻),Yi Hong-kun(易宏坤),Lu Wei-jie(吕维洁),Fan Tong-xiang(范同祥).Influence of La on microstructures of hypereutectic Al-Si alloys.TransNonferrous Met Soc China,2003,13:541-545]。因此,上述实验结果表明单独添加稀土或复合添加磷和稀土对过共晶铝硅合金的共晶硅变质仍然未取得令人满意的效果,至于稀土元素与磷的复合加入是否明显细化初生硅的实验结论也相互矛盾,而且稀土元素的加入量需要达到0.6%~3.15%,这无疑会显著增加此类铸件的生产成本,还会加速世界性稀缺的稀土资源消耗,这种复合变质方法的应用前景值得商榷。所以,在充分化学细化过共晶铝硅合金的初生硅的同时可有效变质共晶硅在目前仍然是尚未有效克服的技术难题。
半固态成形是指在液态合金的凝固过程中对其进行强烈的扰动作用,使传统凝固形成的初生枝晶骨架转变为分散的球状初生固相,从而获得半固态合金浆料或坯料,然后将其压铸成铸件,也可将其挤压铸造成铸件。在传统凝固过程中,初生固相将以枝晶方式长大,当固相分数达到0.2左右时,初生枝晶就会形成骨架,合金熔体就会失去宏观流动性。如果合金被制备成具有球状初生相的半固态合金,即使固相分数达0.5以上时仍然具有很好的流变性和触变性,从而可利用压铸机、挤压铸造机等来实现合金的半固态成形。半固态成形合金的凝固收缩率小,可以减轻或避免缩孔、疏松、裹气等缺陷,可以成形薄壁复杂铸件,铸件更致密,可以进行热处理强化,铸件的力学性能更高。
发明内容
本发明公开了一种适于半固态成形的过共晶铝硅合金的制备方法及成形工艺,以解决现有过共晶铝硅合金同时充分细化初生硅和有效变质共晶硅的技术难题以及其他潜在问题中的任一问题。
为了达到上述目的,本发明公开了一种适于半固态成形的过共晶铝硅合金,所述合金具体成分的质量百分比为:Si13.0%~35.0%,Mg0.2%~1.2%,Cu0.2%~3.5%,Mn0.1%~1.0%,Sr0.002%~0.10%,Sb0.002%~0.80%,Fe0.2%~1.0%,P、S<0.001%,其余为Al和不可避免的杂质,所述不可避免的杂质元素的总质量百分比低于0.20%。
一种如上所述适于半固态成形的过共晶铝硅合金的制备方法,具体包括以下步骤:
S1)熔炼:先将熔炼炉加热,根据过共晶铝硅合金的设计成分,将铝含量≥99.8%的纯铝锭和各种中间合金及纯金属Sb加入到熔炼炉中,熔化加热温度为780~950℃,待合金完全熔化后,搅拌合金液体5~10分钟,使合金元素充分均匀混合于液体中;
S2)精炼:将惰性气体或精炼剂通入所述合金液体以除气精炼,精炼时间大于10分钟,再静置5~30分钟,然后扒除渣料;
S3)制备浆料:将所述精炼后的过共晶铝硅合金液体降温,使其过热度保持在该合金液相线温度以上5~80℃,再将该预定过热度的过共晶铝硅合金液体浇入一蛇形通道的入口,利用一坩埚收集蛇形通道出口流出的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料;
S4)制备坯料:将步骤S3)得到的所述半固态过共晶铝硅合金浆料完全凝固,得到初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金坯料。
一种采用如上所述方法制备的半固态过共晶铝硅合金浆料或坯料的半固态成形工艺,其特征在于,半固态成形工艺分为两种,一种是半固态流变成形工艺,一种是半固态触变成形工艺;其中半固态流变成形工艺具体包括以下步骤:
步骤1.将上述步骤S3所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料送往压铸机或挤压铸造机的压室;
步骤2.所述压铸机或挤压铸造机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的半固态过共晶铝硅合金浆料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件;
步骤3.将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
进一步地,所述半固态触变成形工艺具体包括以下步骤:
步骤1.利用电磁感应加热方式将上述步骤S4所述完全凝固的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金坯料重新加热到该合金的固液两相区;
步骤2.将所述的处于固液两相区的半固态过共晶铝硅合金坯料送往压铸机或挤压铸造机的压室;
步骤3.所述压铸机或挤压铸造机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内处于固液两相区的半固态过共晶铝硅合金坯料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出压铸件或挤压铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件;
步骤4.将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
进一步地,所述模具预热温度为150~250℃、压射冲头速度为0.1~1.5m/s、压射比压为40~150MPa、保压时间为2~10s。
进一步地,所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件加热到400~500℃进行固溶处理,保温2~8小时,再将固溶处理的压铸件或挤压铸件淬入温度为60~100℃的水中。
进一步地,所述固溶处理后的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件加热到180~200℃进行时效处理,时效时间为2~5小时,然后将时效后的压铸件或挤压铸件出炉空冷。
进一步地,所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件的抗拉强度为200~350MPa、伸长率为0.5%~3.5%、硬度为120~160HB。
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
(1)弯曲的蛇形通道内壁具有强烈的激冷细化和游离细化初生硅的能力,过共晶铝硅合金液体中不添加磷或硫就可以充分细化初生硅;
(2)过共晶铝硅合金液体中不存在磷、硫元素,不会与锶、锑等共晶硅变质元素产生化学反应而削弱其变质作用,可预先将锶、锑等共晶硅的长效化学变质剂加入到过共晶铝硅合金液体中,在初生硅充分细化的同时可产生共晶硅的有效化学变质;
(3)可进一步提高过共晶铝硅合金耐磨压铸件和挤压铸件的性能,在压铸件和挤压铸件保持较高强度的同时,塑性得到明显改善,伸长率甚至可以达到3.5%,而且不需要消耗稀缺而昂贵的稀土资源;
(4)由于初生硅可得到蛇形通道的充分细化、共晶硅同时得到有效化学变质,适于半固态成形的过共晶铝硅合金的硅含量可以高达35%,远高于目前可用于铸造的过共晶铝硅合金的最高25%的硅含量,可进一步提高耐磨压铸件和挤压铸件的耐磨性能。
附图说明
图1为Al-28%Si过共晶铝硅合金熔体的传统凝固组织,其中初生硅很粗大,初生硅的等效圆直径超过100μm,而且共晶硅也呈粗大的针片状。
图2为纯铜质蛇形通道处理的Al-28%Si过共晶铝硅合金熔体的凝固组织,其中初生硅得到充分细化(初生硅等效圆直径为46~53μm),但共晶硅仍然呈粗大的针片状。
图3为纯铜质蛇形通道处理的含0.03%Sr的Al-28%Si过共晶铝硅合金的凝固组织,其中初生硅得到充分细化(初生硅等效圆直径为46~53μm),而且共晶硅也得到有效变质,呈现出一般铝硅合金中共晶硅有效化学变质后的纤维状。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详述,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明公开了一种适于半固态成形的过共晶铝硅合金,所述合金具体成分的质量百分比为:Si13.0%~35.0%,Mg0.2%~1.2%,Cu0.2%~3.5%,Mn0.1%~1.0%,Sr0.002%~0.10%,Sb0.002%~0.80%,Fe0.2%~1.0%,P、S<0.001%,其余为Al和不可避免的杂质,所述不可避免的杂质元素的总质量百分比低于0.20%。
本发明提供一种如上所述适于半固态成形的过共晶铝硅合金的制备方法,具体包括以下步骤:
S1)熔炼:先将熔炼炉加热,根据过共晶铝硅合金的设计成分,将铝含量≥99.8%的纯铝锭和各种中间合金及纯金属Sb加入到熔炼炉中,熔化加热温度为780~950℃,待合金完全熔化后,搅拌合金液体5~10分钟,使合金元素充分均匀混合于液体中;
S2)精炼:将惰性气体或精炼剂通入所述合金液体以除气精炼,精炼时间大于10分钟,再静置5~30分钟,然后扒除渣料;
S3)制备浆料:将所述精炼后的过共晶铝硅合金液体降温,使其过热度保持在该合金液相线温度以上5~80℃,再将该预定过热度的过共晶铝硅合金液体浇入一蛇形通道的入口,利用一坩埚收集蛇形通道出口流出的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料;
S4)制备坯料:将步骤S3)得到的所述半固态过共晶铝硅合金浆料完全凝固,得到初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金坯料。
本发明的另一目的是提供一种适于所述过共晶铝硅合金的半固态流变成形工艺,该工艺具体包括以下步骤:
步骤1.将上述步骤S3所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料送往压铸机或挤压铸造机的压室;
步骤2.所述压铸机或挤压铸造机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的半固态过共晶铝硅合金浆料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件;
步骤3.将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
根据本发明所述的半固态流变成形工艺,其特征在于:模具预热温度为150~250℃、压射冲头速度为0.1~1.5m/s、压射比压为40~150MPa、保压时间为2~10s。
根据本发明所述的半固态流变成形工艺,其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件加热到400~500℃进行固溶处理,保温2~8小时,再将固溶处理后的压铸件或挤压铸件淬入温度为60~100℃的水中;将所述淬水后的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件加热到180~200℃进行时效处理,时效时间为2~5小时,然后将时效后的压铸件或挤压铸件出炉空冷。
根据本发明所述的半固态流变成形工艺,其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件的抗拉强度为200~350MPa、伸长率为0.5%~3.5%、硬度为120~160HB。
本发明的另一目的是提供一种适于上述过共晶铝硅合金的半固态触变成形工艺,该工艺具体包括以下步骤:
步骤1.利用电磁感应加热方式将上述步骤S4所述完全凝固的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金坯料重新加热到该合金的固液两相区;
步骤2.将所述的处于固液两相区的半固态过共晶铝硅合金坯料送往压铸机或挤压铸造机的压室;
步骤3.所述压铸机或挤压铸造机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的处于固液两相区的半固态过共晶铝硅合金坯料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件;
步骤4.将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
根据本发明所述的半固态触变成形工艺,其特征在于:模具预热温度为150~250℃、压射冲头速度为0.1~1.5m/s、压射比压为40~150MPa、保压时间为2~10s。
根据本发明所述的半固态触变成形工艺,其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件加热到400~500℃进行固溶处理,保温2~8小时,再将固溶处理后的压铸件或挤压铸件淬入温度为60~100℃的水中;将所述淬水后的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件加热到180~200℃进行时效处理,时效时间为2~5小时,然后将时效后的压铸件或挤压铸件出炉空冷。
根据本发明所述的半固态触变成形工艺,其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件的抗拉强度为200~350MPa、伸长率为0.5%~3.5%、硬度为120~160HB。
实施例1:
本实施例的适于半固态成形的过共晶铝硅合金,由以下具体成分及质量百分比构成:Si28.0%,Mg0.2%,Cu0.2%,Mn0.1%,Sr0.03%,Sb<0.001%,Fe0.3%,P0.0005%、S0.0005%,其余为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质元素总质量百分比低于0.20%。
本发明提供了适于所述过共晶铝硅合金的制备方法和半固态成形工艺,包括以下步骤:
(1)将70公斤铝含量为99.8wt.%的纯铝锭和各种中间合金干燥后放入熔炼炉中,将熔炼炉升温至950℃,待完全熔化后,并对合金熔体进行氩气搅拌5分钟,使合金元素充分混合均匀;
(2)将氩气通入所述过共晶铝硅合金液体,除气精炼12分钟,再静置10分钟后扒渣;
(3)将所述精炼后的过共晶铝硅合金液体降温,使其过热度保持在该合金液相线温度以上40℃,然后将所述预定过热度40℃的过共晶铝硅合金液体浇入一个4弯道的内径为30mm的纯铜质蛇形通道的入口中,利用一个内径为80mm的坩埚收集蛇形通道出口流出的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料;
(4)将所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料送往压铸机的压室;
(5)所述压铸机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的半固态过共晶铝硅合金浆料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件;
(6)将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
根据本发明所述步骤(5),其特征在于:模具预热温度为150℃、压射冲头速度为0.1m/s、压射比压为150MPa、保压时间为4s。
根据本发明所述步骤(6),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件加热到400℃进行固溶处理,保温2小时,再将固溶处理后的压铸件淬入温度为65℃的水中;将所述淬水后的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件加热到180℃进行时效处理,时效时间为2小时,然后将时效后的压铸件出炉空冷。
根据本发明所述步骤(6),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件的抗拉强度为250MPa、伸长率为1.5%、硬度为150HB。
实施例2:
本实施例的适于半固态成形的过共晶铝硅合金,由以下具体成分及质量百分比构成:Si13.0%,Mg1.2%,Cu3.2%,Mn0.9%,Sr0.08%,Sb<0.002%,Fe1.0%,P0.0009%,S0.0009%,其余为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质元素总质量百分比低于0.20%。
本发明提供了适于所述过共晶铝硅合金的制备方法和半固态成形工艺,包括以下步骤:
(1)将50公斤铝含量为99.8wt.%的纯铝锭和各种中间合金干燥后放入熔炼炉中,将熔炼炉升温至780℃,待完全熔化后,并对合金熔体进行氩气搅拌10分钟,使合金元素充分混合均匀;
(2)将氩气通入所述过共晶铝硅合金液体,除气精炼12分钟,再静置10分钟后扒渣;
(3)将所述精炼后的过共晶铝硅合金液体降温,使其过热度保持在该合金液相线温度以上10℃,然后将所述预定过热度10℃的过共晶铝硅合金液体浇入一个5弯道的内径为25mm的石墨质蛇形通道的入口中,利用一个内径为70mm的坩埚收集蛇形通道出口流出的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料;
(4)将所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料送往压铸机的压室;
(5)所述压铸机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的半固态过共晶铝硅合金浆料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件;
(6)将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
根据本发明所述步骤(5),其特征在于:模具预热温度为250℃、压射冲头速度为1.2m/s、压射比压为40MPa、保压时间为10s。
根据本发明所述步骤(6),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件加热到480℃进行固溶处理,保温8小时,再将固溶处理后的压铸件淬入温度为70℃的水中;将所述淬水后的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件加热到200℃进行时效处理,时效时间为5小时,然后将时效后的压铸件出炉空冷。
根据本发明所述步骤(6),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件的抗拉强度为300MPa、伸长率为2.5%、硬度为120HB。
实施例3:
本实施例的适于半固态成形的过共晶铝硅合金,由以下具体成分及质量百分比构成:Si35.0%,Mg0.8%,Cu1.5%,Mn1.0%,Sr0.06%,Sb<0.0005%,Fe0.8%,P0.0003%,S0.0002%,其余为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质元素总质量百分比低于0.20%。
本发明提供了适于所述过共晶铝硅合金的制备方法和半固态成形工艺,包括以下步骤:
(1)将50公斤铝含量为99.8wt.%的纯铝锭和各种中间合金干燥后放入熔炼炉中,将熔炼炉升温至950℃,待完全熔化后,并对合金熔体进行氩气搅拌10分钟,使合金元素充分混合均匀;
(2)将氩气通入所述过共晶铝硅合金液体,除气精炼20分钟,再静置30分钟后扒渣;
(3)将所述精炼后的过共晶铝硅合金液体降温,使其过热度保持在该合金液相线温度以上70℃,然后将所述预定过热度70℃的过共晶铝硅合金液体浇入一个8弯道的内径为30mm的纯铜质蛇形通道的入口中,利用一个内径为90mm的坩埚收集蛇形通道出口流出的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料;
(4)将所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料送往挤压铸造机的压室;
(5)所述挤压铸造机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的半固态过共晶铝硅合金浆料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件;
(6)将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
根据本发明所述步骤(5),其特征在于:模具预热温度为180℃、压射冲头速度为0.2m/s、压射比压为90MPa、保压时间为10s。
根据本发明所述步骤(6),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件加热到500℃进行固溶处理,保温2小时,再将固溶处理后的挤压铸件淬入温度为65℃的水中;将所述淬水后的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件加热到200℃进行时效处理,时效时间为5小时,然后将时效后的挤压铸件出炉空冷。
根据本发明所述步骤(6),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件的抗拉强度为230MPa、伸长率为0.8%、硬度为160HB。
实施例4:
本实施例的适于半固态成形的过共晶铝硅合金,由以下具体成分及质量百分比构成:Si25.0%,Mg1.0%,Cu3.5%,Mn1.0%,Sr0.04%,Sb<0.001%,Fe0.20%,P0.0008%,S0.0007%,其余为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质元素总质量百分比低于0.20%。
本发明提供了适于所述过共晶铝硅合金的制备方法和半固态成形工艺,包括以下步骤:
(1)将100公斤铝含量为99.8wt.%的纯铝锭和各种中间合金干燥后放入熔炼炉中,将熔炼炉升温至850℃,待完全熔化后,并对合金熔体进行氩气搅拌15分钟,使合金元素充分混合均匀;
(2)将氩气通入所述过共晶铝硅合金液体,除气精炼18分钟,再静置30分钟后扒渣;
(3)将所述精炼后的过共晶铝硅合金液体降温,使其过热度保持在该合金液相线温度以上5℃,然后将所述预定过热度5℃的过共晶铝硅合金液体浇入一个6弯道的内径为25mm的石墨质蛇形通道的入口中,利用一个内径为60mm的坩埚收集蛇形通道出口流出的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料;
(4)将所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料送往挤压铸造机的压室;
(5)所述挤压铸造机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的半固态过共晶铝硅合金浆料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件;
(6)将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
根据本发明所述步骤(5),其特征在于:模具预热温度为200℃、压射冲头速度为1.0m/s、压射比压为100MPa、保压时间为8s。
根据本发明所述步骤(6),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件加热到450℃进行固溶处理,保温4小时,再将固溶处理后的挤压铸件淬入温度为70℃的水中;将所述淬水后的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件加热到190℃进行时效处理,时效时间为5小时,然后将时效后的挤压铸件出炉空冷。
根据本发明所述步骤(6),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件的抗拉强度为300MPa、伸长率为2.0%、硬度为140HB。
实施例5:
本实施例的适于半固态成形的过共晶铝硅合金,由以下具体成分及质量百分比构成:Si17.0%,Mg1.0%,Cu2.5%,Mn0.6%,Sr0.002%,Sb0.8%,Fe0.6%,P0.0005%,S0.0004%,其余为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质元素总质量百分比低于0.20%。
本发明提供了适于所述过共晶铝硅合金的制备方法和半固态成形工艺,包括以下步骤:
(1)将50公斤铝含量为99.8wt.%的纯铝锭和各种中间合金及纯金属Sb干燥后放入熔炼炉中,将熔炼炉升温至800℃,待完全熔化后,并对合金熔体进行氩气搅拌10分钟,使合金元素充分混合均匀;
(2)将氩气通入所述过共晶铝硅合金液体,除气精炼15分钟,再静置20分钟后扒渣;
(3)将所述精炼后的过共晶铝硅合金液体降温,使其过热度保持在该合金液相线温度以上20℃,然后将所述预定过热度20℃的过共晶铝硅合金液体浇入一个3弯道的内径为25mm的纯铜质蛇形通道的入口中,利用一个内径为70mm的坩埚收集蛇形通道出口流出的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料;
(4)将所述收集坩埚中的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料完全凝固,获得半固态过共晶铝硅合金坯料;
(5)利用电磁感应加热方式将所述完全凝固的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金坯料重新加热到所述合金的固液两相区的520℃;
(6)将所述处于固液两相区520℃的半固态过共晶铝硅合金坯料送往压铸机的压室;
(7)所述压铸机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的处于固液两相区520℃的半固态过共晶铝硅合金坯料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件;
(8)将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
根据本发明所述步骤(7),其特征在于:模具预热温度为200℃、压射冲头速度为0.6m/s、压射比压为120MPa、保压时间为4s。
根据本发明所述步骤(8),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件加热到480℃进行固溶处理,保温8小时,再将固溶处理后的压铸件淬入温度为75℃的水中;将所述淬水后的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件加热到200℃进行时效处理,时效时间为5小时,然后将时效后的压铸件出炉空冷。
根据本发明所述步骤(8),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件的抗拉强度为340MPa、伸长率为3.5%、硬度为120HB。
实施例6:
本实施例的适于半固态成形的过共晶铝硅合金,由以下具体成分及质量百分比构成:Si24.0%,Mg0.8%,Cu2.5%,Mn0.6%,Sr0.02%,Sb0.002%,Fe0.2%,P0.0003%,S0.0002%,其余为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质元素总质量百分比低于0.20%。
本发明提供了适于所述过共晶铝硅合金的制备方法和半固态成形工艺,包括以下步骤:
(1)将50公斤铝含量为99.8wt.%的纯铝锭和各种中间合金及纯金属Sb干燥后放入熔炼炉中,将熔炼炉升温至850℃,待完全熔化后,并对合金熔体进行氩气搅拌10分钟,使合金元素充分混合均匀;
(2)将氩气通入所述过共晶铝硅合金液体,除气精炼20分钟,再静置20分钟后扒渣;
(3)将所述精炼后的过共晶铝硅合金液体降温,使其过热度保持在该合金液相线温度以上35℃,然后将所述预定过热度35℃的过共晶铝硅合金液体浇入一个8弯道的内径为30mm的纯铜质蛇形通道的入口中,利用一个内径为80mm的坩埚收集蛇形通道出口流出的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料;
(4)将所述收集坩埚中的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料完全凝固,获得半固态过共晶铝硅合金坯料;
(5)利用电磁感应加热方式将所述完全凝固的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金坯料重新加热到所述合金的固液两相区530℃;
(6)将所述处于固液两相区530℃的半固态过共晶铝硅合金坯料送往挤压铸造机的压室;
(7)所述挤压铸造机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的处于固液两相区530℃的半固态过共晶铝硅合金坯料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件;
(8)将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
根据本发明所述步骤(7),其特征在于:模具预热温度为180℃、压射冲头速度为0.4m/s、压射比压为90MPa、保压时间为10s。
根据本发明所述步骤(8),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件加热到450℃进行固溶处理,保温4小时,再将固溶处理后的挤压铸件淬入温度为62℃的水中;将所述淬水后的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件加热到200℃进行时效处理,时效时间为5小时,然后将时效后的挤压铸件出炉空冷。
根据本发明所述步骤(8),其特征在于:所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨挤压铸件的抗拉强度为320MPa、伸长率为2.5%、硬度为140HB。
Claims (8)
1.一种适于半固态成形的过共晶硅铝合金,该过共晶铝硅合金具体成分的质量百分比为:Si13.0%~35.0%,Mg0.2%~1.2%,Cu0.2%~3.5%,Mn0.1%~1.0%,Sr0.002%~0.10%,Sb0.002%~0.80%,Fe0.2%~1.0%,P、S<0.001%,其余为Al和不可避免的杂质,所述不可避免的杂质元素的总质量百分比低于0.20%;
所述的过共晶铝硅合金的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1)熔炼:先将熔炼炉加热,根据过共晶铝硅合金的设计成分,将铝含量≥99.8%的纯铝锭和各种中间合金及纯金属Sb加入熔炼炉中,熔化加热温度为780~950℃,待合金完全熔化后,搅拌合金液体5~10分钟,使合金元素充分均匀混合于液体中;
S2)精炼:将惰性气体或精炼剂通入所述合金液体以除气精炼,精炼时间大于10分钟,再静置5~30分钟,然后扒除渣料;
S3)制备浆料:将所述精炼后的过共晶铝硅合金液体降温,使其过热度保持在该合金液相线温度以上5~80℃,再将该预定过热度的过共晶铝硅合金液体浇入一蛇形通道的入口,利用一坩埚收集蛇形通道出口流出的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料;
S4)制备坯料:将步骤S3)得到的所述半固态过共晶铝硅合金浆料完全凝固,得到初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金坯料;
所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件的抗拉强度为200~350MPa、伸长率为0.5%~3.5%、硬度为120~160HB。
2.一种如权利要求1所述的过共晶铝硅合金的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1)熔炼:先将熔炼炉加热,根据过共晶铝硅合金的设计成分,将铝含量≥99.8%的纯铝锭和各种中间合金及纯金属Sb加入熔炼炉中,熔化加热温度为780~950℃,待合金完全熔化后,搅拌合金液体5~10分钟,使合金元素充分均匀混合于液体中;
S2)精炼:将惰性气体或精炼剂通入所述合金液体以除气精炼,精炼时间大于10分钟,再静置5~30分钟,然后扒除渣料;
S3)制备浆料:将所述精炼后的过共晶铝硅合金液体降温,使其过热度保持在该合金液相线温度以上5~80℃,再将该预定过热度的过共晶铝硅合金液体浇入一蛇形通道的入口,利用一坩埚收集蛇形通道出口流出的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料;
S4)制备坯料:将步骤S3)得到的所述半固态过共晶铝硅合金浆料完全凝固,得到初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金坯料。
3.一种采用如权利要求2所述方法制备的过共晶铝硅合金的半固态成形工艺,其特征在于,半固态成形工艺分为两种,一种是半固态流变成形工艺,一种是半固态触变成形工艺;其中半固态流变成形工艺具体包括以下步骤:
步骤1.将权利要求2中的步骤S3)所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金浆料送往压铸机或挤压铸造机的压室;
步骤2.所述压铸机或挤压铸造机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的半固态过共晶铝硅合金浆料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件;
步骤3.将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
4.如权利要求3所述的过共晶铝硅合金的半固态成形工艺,其特征在于,所述半固态触变成形工艺具体包括以下步骤:
步骤1.利用电磁感应加热方式将权利要求2中的步骤S4)所述完全凝固的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的半固态过共晶铝硅合金坯料重新加热到该合金的固液两相区;
步骤2.将所述的处于固液两相区的半固态过共晶铝硅合金坯料送往压铸机或挤压铸造机的压室;
步骤3.所述压铸机或挤压铸造机的压射冲头以预定速度和预定压射比压将所述压室内的处于固液两相区的半固态过共晶铝硅合金坯料压入预热的模具内成形,保压一定时间,打开模具取出铸件,就获得初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件;
步骤4.将所述的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件进行预定的固溶和时效处理,进一步提高其性能。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的半固态成形工艺,其特征在于,所述模具预热温度为150~250℃、压射冲头速度为0.1~1.5m/s、压射比压为40~150MPa、保压时间为2~10s。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的半固态成形工艺,其特征在于,将所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件加热到400~500℃进行固溶处理,保温2~8小时,再将固溶处理后的压铸件或挤压铸件淬入温度为60~100℃的水中。
7.根据权利要求3或权利要求4所述的半固态成形工艺,其特征在于,将所述固溶处理后的初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件加热到180~200℃进行时效处理,时效时间为2~5小时,然后将时效后的压铸件或挤压铸件出炉空冷。
8.根据权利要求3或权利要求4所述的半固态成形工艺,其特征在于,所述初生硅充分细化和同时共晶硅有效变质的高品质耐磨压铸件或挤压铸件的抗拉强度为200~350MPa、伸长率为0.5%~3.5%、硬度为120~160HB。
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JP2012126959A (ja) * | 2010-12-15 | 2012-07-05 | Isuzu Motors Ltd | Al−Si系合金及びその製造方法 |
CN102965551A (zh) * | 2012-11-26 | 2013-03-13 | 中国铝业股份有限公司 | 一种过共晶铝硅合金及其制备方法 |
CN107058816A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-08-18 | 沈阳工业大学 | 一种半固态成形过共晶Al‑Si合金及其制备方法 |
CN108588512A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-09-28 | 南通鸿劲金属铝业有限公司 | 一种过共晶铝合金材料 |
Non-Patent Citations (1)
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"过共晶铝硅合金初生硅的铜质蛇形通道化与性能";郑志凯;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20170715(第07期);第B022-24页 * |
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