一種降低鋁硅合金中鐵相有害影響的方法
【專利摘要】本發明涉及金屬材料類及冶金領域，具體涉及到一種降低鋁-硅合金中鐵相有害影響的熔體處理方法：將含鐵的過共晶鋁-硅合金總重量的67-90%過熱到870℃~970℃，保溫10min~30min，將預熱50~200℃的剩余的含鐵的過共晶鋁-硅合金加入到過熱合金液中，攪拌激冷使熔體溫度降至710℃~780℃，經過精煉，靜置后澆注于鑄型中。所述的熔體處理方法可用于含鐵小于4%的鋁-13~23%硅合金。含1.5%鐵的鋁-15%硅合金經熱處理處理后，初晶硅和條塊狀鐵相的尺寸有較大程度的減少，針狀鐵相基本消失，拉伸強度由處理前的180MPa左右上升到210MPa左右，伸長率由1.6%左右上升到2.5%左右。
【專利說明】一種降低鋁硅合金中鐵相有害影響的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬材料類及冶金領域，具體涉及到一種降低鋁硅合金中鐵相有害影響的方法。

【背景技術】
[0002]鐵是鑄造鋁合金中不可避免的元素。由于熔煉和鑄造過程中所使用的器材大多數是鐵質的，因此鐵很容易被帶入到鋁液中。回爐料每重熔一次，合金中的鐵含量都會有所增力口，經過一次又一次的回用，鋁合金中的含鐵量就會漸漸增加。這一現象在鑄造合金生產中顯得格外突出。合金中脆而硬的針狀形態的β_鐵相會割裂基體，產生應力集中，破壞金屬基體的連接強度，從而大大降低合金的性能。
[0003]到目前為止，為了減少或降低富鐵相的有害影響，主要采取有兩類措施:第一類是采用機械、冶金和物理的方法，設法降低鋁硅合金中鐵的含量，從根本上防止有害富鐵相的產生。包括重力沉降法、離心去除法、電磁分離法、過濾法等等。第二類措施是采用其他工藝和加入其他合金元素來改變鋁合金中鐵相的形貌，通過這種手段，使脆而硬的針狀鐵相分解、破碎，或者是形成其他中間化合物，從而細化鐵相，達到提高合金的力學性能的目的。常用的方法有:中和元素法、提高冷速法、熔體過熱法、固態熱處理法。在實際生產中，以上大部分方法都具有一定的局限性，很大程度上依賴其它因素。長期以來，人們的研究重點主要集中在通過加入變質元素來改善鋁合金中鐵相的形貌，以消除Fe相的危害，比如，加入錳，鍶，鈹，鈷等。但是，變質元素的加入會造成合金液的吸氣和夾雜，并對其他性能制成影響，且有些元素的最佳加入量沒有統一定論，而且變質元素的加入會大大降低鋁合金的回收利用。
[0004]鑄造合金材料的獲得都要經歷由液態到固態的凝固過程，由于液態金屬結構具有變化和遺傳性，合金的預結晶狀態對最終的凝固組織和力學性能有著重要的影響。因此，通過控制合金熔體凝固時的結構狀態可以有效地改善合金的凝固組織。合金熔體熱處理是指根據合金熔體結構隨溫度的變化關系以及其在冷卻過程中的變化規律，采用一定的熱作用使熔體結構及其變化進程發生改變，從而改善合金的鑄態組織、結構和性能的工藝過程。合金熔體熱處理不僅可以改善合金組織結構，提高合金的使用性能，而且還能改善合金的鑄造性能、耐腐蝕等性能。


【發明內容】

[0005]為了解決以上鋁硅合金中鐵相造成的性能下降和鋁回收利用難問題，本發明提供了一種降低鋁硅合金中鐵相的尺寸，從而提高合金拉伸強度和伸長率、且有利于鋁合金回收利用的合金熔體處理方法。
[0006]本發明選用含鐵的過共晶鋁-硅合金作為母體，該合金具有良好的強度、硬度和體積穩定性，并且耐磨、耐腐蝕性好，是制造發動機活塞的理想材料。在鑄造鋁硅合金中，鐵元素不可避免的存在，一般情況下，鐵在鋁硅合金中是作雜質對待的，但是，鐵元素也有其有利的一面。含鐵的金屬間化合物具有較好的耐熱性，并阻礙晶界遷移，改變合金再結晶過程，抑制晶粒粗化。同時細小的(Al，Fe，Si)三元相具有與硅相一樣的耐磨性，且具有比硅相更高的耐熱性，這對于用過共晶鋁-硅合金制作的活塞件來說是有利的。鋁硅合金中鐵的含量規定一般不超過0.7%。為了改變鐵相的不利影響，并力求轉化為有益作用，研究采用了本熔體處理的方法。通過研究分析含鐵過共晶鋁-硅合金熔體結構的變化，以熔體結構狀態的信息為依據，選取合適的熔體過熱溫度、保溫時間、熔體激冷方式等工藝參數，通過控制合金的預結晶狀態，可以改善含鐵過共晶鋁硅合金的組織和性能。
[0007]本發明是通過以下措施實現的:
一種降低過共晶鋁-硅合金中鐵相有害影響的熔體處理方法，包括以下步驟:
(1)將含鐵的過共晶鋁-硅合金總重量的67-90%過熱到870°C^970 °C,保溫1min?30min,得到過熱合金液；
(2)將預熱到50°C?200°C的剩余合金加入到過熱合金液中，快速攪拌進行激冷處理，使溫度快速降至710V?780°C，經過精煉，靜置處理5mirT20min后澆注鑄型中，即得。
[0008]所述的消除鋁-硅合金中鐵相有害影響的熔體處理方法可用于含鐵小于4%的鋁-13?23%硅合金。
[0009]所述的消除鋁-硅合金中鐵相有害影響的熔體處理方法使過共晶鋁-硅合金中長針狀的鐵相基本消失，合金的拉伸強度可達到165?230MPa，伸長率為1.0^2.5%。
[0010]含1.5%鐵的鋁-15%硅合金經熔體處理后，最佳條件下長針狀的鐵相基本上消失，條塊狀鐵相尺寸變小，棱角鈍化，分布均勻，力學性能得到明顯提高，合金拉伸強度提高到21OMPa左右，伸長率達到2.5%左右。
【權利要求】
1.一種降低鋁-硅合金中鐵相有害影響的方法，其特征包括以下步驟: (1)將含鐵、總重量67-90%的鋁-硅合金熔化過熱至870°C?970°C，保溫10mirT30min得到過熱合金液； (2)將預熱到50°C^200°C的剩余的鋁-硅合金加入到過熱合金液中，攪拌激冷處理，使熔體溫度降至710V ?780°C，經過精煉，靜置后澆注至鑄型。
2.根據權利要求1所述的降低鋁-硅合金中鐵相有害影響的方法，其特征在于將硅、鐵分別與鋁制成合金，再使用。
3.根據權利要求2所述的降低鋁-硅合金中鐵相有害影響的方法，其特征在于可用于含鐵小于4%、含硅13-23%的合金。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的降低鋁-硅合金中鐵相有害影響的方法，其特征在于得到的尺寸較小的條塊狀鐵相和長針狀鐵相幾乎消失，過共晶鋁-硅合金拉伸強度可達到165?230MPa，伸長率為1.0?2.5%。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的降低鋁-硅合金中鐵相有害影響的方法，其特征在于步驟(I)中將合金量的67-90%過熱到870°C、70°C，保溫10mirT30min，再加固體爐料進行攪拌激冷處理。
【文檔編號】C22C1/02GK104278166SQ201310359991
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】耿浩然, 王慶磊, 陳國詩, 牟振, 張碩 申請人:濟南大學, 煙臺路通精密鋁業有限公司