CN1262334A

CN1262334A - 合金与复合材料的固液混合铸造方法

Info

Publication number: CN1262334A
Application number: CN 00113221
Authority: CN
Inventors: 陈振华; 严红革; 康智涛; 袁武华; 傅定发; 陈刚
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2000-08-09

Abstract

一种合金与复合材料的固液混合铸造方法,本发明是在合金的熔体中加入大量同成分、近成分合金粉末或润湿性好的异种合金粉末,然后搅拌均匀。本发明具有较快的冷却速度,可以获得快速凝固组织,具有更细的显微结构;工艺简单,便于成形加工,可直接铸造成大尺寸快速凝固组织锭坯;半固态加工性能良好,可减少或省去机加工,节约原材料,降低成本;适合于制备各种合金与复合材料,近成分或润湿性好的异种粉末的加入可制备复相合金、复相钢或其他类型的复合材料。

Description

合金与复合材料的固液混合铸造方法

本发明涉及一种合金与复合材料的制备方法。

半固态加工方法和喷射沉积方法是目前很有应用前景的合金与复合材料的制备方法。半固态加工方法是70年代初美国的Flemings教授等人提出的，主要是在固液两相区某一温度通过对合金熔体进行机械或电磁搅拌，打碎枝晶组织，使熔体产生部分近球形的固相粒子，而后对这种具有优良流变性能的悬浮态熔体直接进行流变铸造或冷凝成块后再重熔至半固态区进行触变成形的一种材料制备新工艺(《半固态铸造》，陈嵩生等编译，1978年国防工业出版社出版)，具有浇注温度低，材料便于运送，易于组织生产，实现自动化等优点，铸型及模具受热条件得到显著改善，显著提高了铸件的质量，但该工艺冷速仍较低，不能形成快速凝固组织。喷射沉积技术最早是由英国的Singer教授于七十年代提出的，其原理是通过对合金熔体进行气体或离心雾化，使其产生固相、液相或半固态颗粒，同时沉积在基体上形成材料或直接热加工的一种新工艺，被广泛地用于制备各种合金及复合材料管坯、板坯、锭坯等，《兵器材料科学与工程》第17卷，第2期(1994年)介绍了该技术的设备和工艺过程，该技术兼有粉末冶金和快速凝固的特点，克服了铸造冶金中的成分偏析的缺点，晶粒组织细小，坯件冷速较高，含氧量低，但该工艺过程较复杂，比较难于控制。半固态加工的合适范围是固相比例为60～80％，喷射沉积的合适范围是固相比例为50～70％。

本发明的目的是提供一种合金与复合材料的制备方法，用于制备高合金化，要求高冷速的合金系材料坯，以提高铸造冷却速度，增加形核率，细化组织，且产品具有良好的后续加工性能。

本发明是在过热温度为50～100度的合金熔体中加入同成分、近成分合金粉末或润湿性好的异种合金粉末，粉末添加量与合金熔体的重量比为0.2～1∶1，粉末加入后迅速混合均匀。所得到的熔体可直接进行铸造，或可将半固态熔体进行各种热加工。直接铸造的坯料也可冷凝后重新加热到半固态区域，进行各种后续热加工。合金熔体的过热温度越低，粉末与熔体的重量比越大，所得到的材料组织越细。大量粉末与熔体的均匀混合，可以通过以下方法来实现：

(1)在熔体中加入粉末，或在粉末中浇入熔体进行强力搅拌法；

(2)在熔体中加入粉末并进行电磁强力搅拌法；

(3)在粉末低密度压块中渗入熔体法；

(4)粉末、熔体的共喷射沉积法；

(5)粉末、熔体同时浇注并混合法，如粉末熔体共离心铸造法。

在熔体中加入具有不同相组织的粉末，可制备各种复相合金、复相钢及其他类型的复合材料。加入熔点稍高的近成分合金粉末，可使铸坯进行半固态重熔触变成形时，便于获得具有部分未熔颗粒的半固态组织。另外，如废铸铁屑、废金属屑等通过简易粉碎和还原处理后可用于固液混合铸造，降低成本，减少原材料消耗。

与现有技术相比，本发明--固液混合铸造方法具有以下特点：

(1)具有较快的冷却速度，可以获得快速凝固组织。由于加入的粉末与熔体成分相同或相近，具有极好的浸润性能，通过搅拌或其它方法可使粉末迅速浸入熔体并实现宏观均匀分布。粉末的加入在液相中产生大量形核核心，同时由于粉末的吸热和少量融解使合金或复合材料产生急冷凝固，因此伴随着粉末添加量的增加，合金组织明显细化，获得快速凝固的粉末冶金组织与铸造组织的混合结构。

(2)工艺简单，便于成形加工。可直接铸造成大尺寸快速凝固组织锭坯；同时可在铸造时直接进行各种热加工，节约能源，且有利于粉末团的分散，使粉末与熔体获得更好的浸润结合，锭坯充分致密化；由于粉末颗粒在熔体中的部分融解，固液混合铸造锭坯冶金结合较好，具有良好的塑性加工性能，可进行各种后续压力加工，以获得更优异的综合性能。

(3)半固态加工性能良好。本发明可形成具有优良流变性能的半固态组织，可直接流变铸造成形，或在凝固后再切块重熔至半固态区进行触变成形。可减少或省去机加工，大大节约原材料，降低成本。由于有大量未被融解的粉末残存其中，混合铸造坯料在加热到半熔融状态进行触变成形的过程中，粉末重新起着阻碍初晶析出、长大和抑制晶粒长大的作用，因而材料仍具有细小的显微组织结构，同时具有良好的触变成形性能。

(4)适合于制备各种合金与复合材料。近成分或润湿性好的异种粉末的加入可制备复相合金、复相钢或其他类型的复合材料。

附图说明：

图1：Al-20wt％Si过共晶粉末与Al-20wt％Si过共晶熔体混合显微照片(混合比例1∶1，放大400倍，熔体过热50度)；

图2：Al-20wt％Si过共晶粉末与Al-11.7wt％Si共晶熔体混合显微照片(混合比例1∶1，放大100倍，熔体过热80度)；

图3：Al-20wt％Si过共晶粉末与Al-7wt％Si亚共晶熔体混合显微照片(混合比例1∶1，放大100倍，熔体过热60度)。

实施例：

1、采用Al-20wt％Si过共晶急冷粉末，粉末平均粒径为30μm，加在过热度为50度的Al-20wt％Si过共晶合金的熔体中，粉末添加量与合金熔体重量比为1∶1。粉末加入后将合金熔体冷却，迅速搅拌均匀，搅拌均匀后直接进行铸造。在直接铸造的坯料中，经金相分析过共晶合金中析出的初晶硅在5μm以下，达到了快速冷凝的效果。对直接铸造的坯料在半凝固状态稍加锻打后，孔隙度即明显减少，粉末与熔体结合更好。将固液混合铸造的坯料重新加热到半熔融状态，坯料仍然保持了细微的组织结构。

2、采用Al-20wt％Si过共晶急冷粉末，粉末平均粒径为30μm，加在过热度为80度的Al-11.7wt％Si共晶合金的熔体中，粉末添加量与合金熔体重量比为1∶1。粉末加入后将合金熔体冷却，迅速均匀搅拌，搅拌均匀后直接进行铸造。在直接铸造的坯料中，经金相分析材料组织细小，达到了快速冷凝的效果，部分区域还形成超微细组织结构。对直接铸造的坯料在半凝固状态稍加锻打后，孔隙度也明显减少，粉末与熔体结合更好。将固液混合铸造的坯料重新加热到半熔融状态，坯料仍然保持了细微的组织结构。

3、采用Al-20wt％Si过共晶急冷粉末，粉末平均粒径为30μm，加在过热度为60度的Al-7wt％Si亚共晶合金的熔体中，粉末添加量与合金熔体重量比为1∶1的比例。粉末加入后将合金熔体冷却，迅速均匀搅拌后直接进行铸造。在直接铸造的坯料中，经金相分析亚共晶合金中结晶晶粒度可控制在10μm以下，达到了快速冷凝的效果，部分区域还形成超微细组织结构。直接铸造的坯料在半凝固状态稍加锻打后，孔隙度明显减少。将固液混合铸造的坯料重新加热到半熔融状态，坯料仍然保持了细微的组织结构。

Claims

1.一种合金与复合材料的固液混合铸造方法，其特征在于：在过热温度为50～100度的合金熔体中加入同成分、近成分合金粉末或润湿性好的异种合金粉末，粉末添加量与合金熔体的重量比为0.2～1∶1，粉末加入后迅速混合均匀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用在熔体中加入粉末，或在粉末中浇入熔体进行强力搅拌法，以实现大量粉末与熔体的均匀混合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用在熔体中加入粉末并进行电磁强力搅拌法，以实现大量粉末与熔体的均匀混合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用在粉末低密度压块中渗入熔体法，以实现大量粉末与熔体的均匀混合。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用粉末、熔体的共喷射沉积法，以实现大量粉末与熔体的均匀混合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用粉末、熔体同时浇注并混合法，如粉末熔体共离心铸造法，以实现大量粉末与熔体的均匀混合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在熔体中加入具有不同相组织的粉末，可制备各种复相合金、复相钢及其他类型的复合材料。