專利名稱：一種細化亞共晶鋁硅合金組織的方法
技術領域：
本發明涉及一種有色金屬鑄造的方法，尤其是一種細化鋁硅合金組織的方法。
背景技術：
鋁硅合金密度比較低，但強度比較好，接近或超過優質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性，導熱性和抗蝕性，具有較好的力學性能，工業上廣泛使用，使用量僅次于鋼。
由于共晶硅以粗大的針片狀形態和條狀形態出現，初晶硅為粗大的多角形塊狀和條狀，粗大的硅相嚴重割裂基體，產生應力集中，降低了合金的強度和塑性，不利于鋁硅合金的實際使用與推廣。對于硅鋁合金所面臨的問題，需要對其進行處理來提升性能。提高合金性能常見的方法有熔體過熱法，固溶處理，變質處理等。
提升鋁合金硬度時常運用熔體過熱的方法。熔體過熱法即將合金熔體加熱到大大超過常規熔煉溫度的某一溫度以達到細化其凝固組織的目的。但其工藝方法的不足在于，過熱溫度的選取存在盲目性，因此硅晶體的細化程度有限；采用固溶處理時由于熔煉組織凝固的非平衡結晶相以及加工過程中雜質元素的進入，會使鑄態組織含有大量的粗大共晶相，這些粗大相只有小部分在均勻化處理過程中溶入基體組織，仍有很大一部分殘留在晶界以及晶粒內。雖然在后續的變形加工過程中會使部分粗大相碎化，但是殘留相將沿軋制方向分布，嚴重影響材料最終的組織性能；采用變質處理后，合金的強度雖然能夠得到提高，但加入變質劑后會引入其它雜質元素，影響合金的純凈度和性能，且變質物往往對生產及社會環境造成嚴重污染。發明內容
為了克服上述方法中所存在的問題，本發明的目的在于提供一種無需后續熱處理的低溫直接澆注的細化亞共晶鋁硅合金組織的方法；本發明所需的條件簡單，操作的工藝便利，對合金組織細化的效果良好。
本發明的技術方案是這樣得以實現的一種細化亞共晶鋁硅合金組織的方法，其特點是它包括以下幾個步驟
(I)將硅鋁合金坯料放在箱式電阻爐中加熱到其熔點以上，使之熔化；
(2)待熔化后保溫一定時間使熔體組織均勻；
(3)開箱取出熔化后的鋁硅合金溶液，在液氮環境中快速澆注，使其快速冷卻、凝固成型。
本發明制備得到的亞共晶鋁硅合金中共晶組織平均尺寸為3 μ m-15 μ m;制備方法操作簡便、工藝系統簡單、制備快速，無環境污染，是綠色環保型技術；在液氮環境下直接澆注成型，減少了中間過程，省卻了合金后續的熱處理過程，降低了成本；本發明制備得到的亞共晶鋁硅合金中共晶組織晶粒細小且棱角圓滑，分布更均勻；本發明制備得到的亞共晶鋁硅合金中初生相也相應大幅度 細化，合金性能得到了強化，硬度提高了約56-94. 7%。


圖1為本發明工藝流程圖。
圖2為液氮環境下直接澆注產物組織的金相圖。
圖3為原始樣品的金相圖。
具體實施方式
以下結合圖1、圖2、圖3對本發明作進一步詳細說明。以下實施例中采用的合金均為亞共晶鋁硅合金AC4B，其成分為Si的質量分數為7%，銅的質量分數為4%，Mg為O. 05%,Zn 為 O. 3%, Mn 為 O. 2%, Fe 為 O. 3%, Sn 為 O. 01%,其余都是 Al。
實施例一
如圖1所示，細化鋁硅合金組織的操作步驟為
(I)將鋁硅合金坯料放入箱式電阻爐中加熱到720度，使坯料熔化；
(2)保溫10分鐘，使熔體組織均勻；
(3 )開箱取出，將鋁硅合金熔液在液氮環境中快速澆注，使鋁硅合金快速冷卻，凝固成型。
將樣品制成金相試樣，用0LYMPUSBX51金相顯微鏡進行微觀組織觀察，得到的金相圖(如圖2)，可以看出共晶組織較多，且均勻分布，組織致密細小，呈顆粒狀，且棱角鈍化，對基體割裂作用小，使得α-Al固溶體的連續性很好，共晶硅相平均尺寸約為3 μ m-15 μ m。圖3為對比試樣的金相圖，可以看出該試樣共晶組織十分粗大。
實施例二
如圖1所示，細化鋁硅合金組織的操作步驟為
(I)將AC4B鋁硅合金的坯料放入箱式電阻爐中加熱到670度，使坯料熔化；
(2)保溫15分鐘，使熔體組織均勻；
(3 )開箱取出，將鋁硅合金熔液在液氮環境中快速澆注，使鋁硅合金快速冷卻，凝固成型。
實施例三
如圖1所示，細化鋁硅合金組織的操作步驟為
(I)將鋁硅合金坯料放入箱式電阻爐中加熱到700度，使坯料熔化；
(2)保溫20分鐘，使熔體組織均勻；
(3)將爐溫降到兩 相區溫度如630度，保溫10分鐘；
(4 )開箱取出，將鋁硅合金熔液在液氮環境中快速澆注，使鋁硅合金快速冷卻，凝固成型。
試樣的硬度測試結果如下表
材料硬度(HBS)AC4B對比樣7權利要求
1.一種細化亞共晶鋁硅合金組織的方法，其特征在于包括以下步驟(1)將硅鋁合金坯料放在箱式電阻爐中加熱到其熔點以上，使之熔化；(2)待熔化后保溫一定時間使熔體組織均勻；(3)開箱取出熔化后的鋁硅合金溶液，在液氮環境中快速澆注，使其快速冷卻、凝固成型。
2.根據權利要求1所述的一種細化亞共晶鋁硅合金組織的方法，其特征在于待熔化后保溫10-20分鐘，使熔體組織均勻。
全文摘要
本發明涉及一種細化亞共晶鋁硅合金組織的方法；該方法先將鋁硅合金熔化后在液氮環境下快速澆注凝固成型。具有操作簡單、安全環保、細化效果明顯、制備快速的優點。本發明中的AC4B鋁硅合金經液氮冷卻后得到的共晶組織較多，且均勻分布，組織致密細小，對基體割裂作用小，因此鋁合金硬度達到148HBS。本發明在液氮環境下快速冷卻得到AC4B鋁硅合金共晶相的尺寸約為3μm-15μm。晶粒組織細小，晶粒棱角鈍化而圓滑。
文檔編號C22C21/02GK103060583SQ20121054392
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者陶鋒, 王志俊, 陶碩, 朱貴春, 胡從榮 申請人:安徽潤鑫泰達智能系統工程有限公司