本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種高強度、耐磨、高尺寸穩定性的過共晶鋁硅合金及其制備方法。

背景技術：

含硅量達12.7％以上的鋁硅合金稱為過共晶合金。其金相特征是斷續共晶基體上分布著各種粒度和形狀的初生硅晶粒.眾所周知,初生硅晶粒的形狀、粒度和分布隨合金中雜質含量、冷凝速率及所選用的精煉劑(如磷元素)等多因素而變化。熱膨脹率低、強度/硬度比高、耐磨損性極好等諸多優點使過共晶合金得以在發動機缸體及活塞制造中廣泛應用。

過共晶鋁硅臺金的上述重要特性，尤其是極好的耐磨損性，首先應當歸功于材料中初生硅晶粒的存在。遺憾的是，也正是這些晶粒，有時會在鑄造過程中形成不良形狀，從而導致材料性能不穩，加工性不良，刀具磨損嚴重。欲保持過共晶鋁硅合金的優良特性，就必須采用適當方法對其加以精煉。

變形加工技術具有以下優點：屬終形或近終形成形，有利于提高零件的尺寸精度；模具磨損減輕；偏折和吸氣缺陷減少等等，將其應用于過共晶Al-si合金的制備有其自身的優勢，且該工藝也能在一定程度上減少Si相尺寸。本發明采用最新的變形加工工藝，顯著提高了合金的常溫及高溫尺寸穩定性，尚未見相關報道。

技術實現要素：

本發明的目的在提供一種過共晶鋁硅合金。

本發明的過共晶鋁硅合金按質量百分比計算由：9-18％的硅、6-12％的銅、0.4-1.5％的鎂及余量的鋁組成。

所述過共晶鋁硅合金按質量百分比計算，其組成優選為：12-15％的硅、8-10％的銅、0.8-1.1％的鎂及余量的鋁。

所述過共晶鋁硅合金抗拉強度大于400MPa, 延伸率大于4％，硬度HRB大于78。

本發明的另一目的在于提供一種過共晶鋁硅合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）氣體霧化法制備所述過共晶硅鋁合金粉末：將粉末原料在感應電爐中熔煉，熔煉溫度為800-870℃，合金熔體經精煉、除氣后注入霧化裝置，霧化介質為氮氣、氬氣或空氣，氣體壓力為2-10Mpa，溫度為780-850℃，所述粉末原料的質量百分比用量如下：硅:9-18％、銅:6-12％、鎂:0.4-1.5％、其余為鋁；

2）壓制生胚：在液壓機上以100-400 Mpa的壓力成型粉末生胚；

3）包套封裝：將制得的粉末生胚用純鋁板材封裝；

4）預熱處理：在熱處理爐中、空氣氣氛下加熱封裝好的粉末生胚，加熱溫度330-380℃，時間1.5-2.5小時；

5）熱擠壓：經預熱除氣的生胚從爐中取出，迅速放入熱擠壓磨具內，擠壓成型致密材料，擠壓溫度350-400℃，潤滑劑為石墨粉；

6）材料熱處理：470-520℃固溶處理1.5-3小時，在50-100℃的熱水中淬火，人工時效處理150-220℃保溫12-24小時。

本發明的優點在于：采用雙級時效、循環處理工藝顯著提高了合金的常溫及高溫尺寸穩定性，制備的硅鋁合金抗拉強度大于400MPa, 延伸率大于4％，硬度HRB大于78。可廣泛應用到高強、耐磨并需要高尺寸穩定性的零部件。

具體實施方式

實施例1：

準備粉末原料：稱取硅14.7kg、銅7.3kg、鎂0.8kg、鋁77.2kg。將粉末原料在感應電爐中熔煉，熔煉溫度為850℃，合金熔體經精煉、除氣后注入霧化裝置，霧化介質為氮氣，氣體壓力為4.5Mpa，溫度為800℃。在液壓機上以120Mpa的壓力成型粉末生胚，隨后將制得的粉末生胚用純鋁板材封裝進行預熱處理，處理條件為：加熱溫度340℃，時間2.5小時。進入熱擠壓環節，將預熱處理的生胚從爐中取出，迅速放入熱擠壓磨具內，擠壓成型致密材料，擠壓溫度為380℃，潤滑劑為石墨粉。最后進行材料熱處理：在495℃固溶處理2.5小時，再在85℃的熱水中淬火，人工時效處理220℃，保溫14小時完成工藝流程。

制備的硅鋁合金抗拉強度大于400MPa, 延伸率大于4％，硬度HRB大于78，目前已目前已應用到汽車空調壓縮機關鍵零部件。

實施例2：

準備粉末原料：稱取硅12.5kg、銅8.5kg、鎂1.2kg、鋁77.8kg。將粉末原料在感應電爐中熔煉，熔煉溫度為840℃，合金熔體經精煉、除氣后注入霧化裝置，霧化介質為氮氣，氣體壓力為6.5Mpa，溫度為820℃。在液壓機上以180Mpa的壓力成型粉末生胚，隨后將制得的粉末生胚用純鋁板材封裝進行預熱處理，處理條件為：加熱溫度350℃，時間2.25小時。進入熱擠壓環節，將預熱處理的生胚從爐中取出，迅速放入熱擠壓磨具內，擠壓成型致密材料，擠壓溫度為360℃，潤滑劑為石墨粉。最后進行材料熱處理：在500℃固溶處理2小時，再在90℃的熱水中淬火，人工時效處理210℃，保溫12小時完成工藝流程。

制備的硅鋁合金抗拉強度大于400MPa, 延伸率大于4％，硬度HRB大于78，目前已目前已應用到汽車空調壓縮機關鍵零部件。

實施例3：

準備粉末原料：稱取硅14.7kg、銅9.5kg、鎂0.8kg、鋁75kg。將粉末原料在感應電爐中熔煉，熔煉溫度為830℃，合金熔體經精煉、除氣后注入霧化裝置，霧化介質為氮氣，氣體壓力為8.5Mpa，溫度為840℃。在液壓機上以220Mpa的壓力成型粉末生胚，隨后將制得的粉末生胚用純鋁板材封裝進行預熱處理，處理條件為：加熱溫度360℃，時間1.75小時。進入熱擠壓環節，將預熱處理的生胚從爐中取出，迅速放入熱擠壓磨具內，擠壓成型致密材料，擠壓溫度為370℃，潤滑劑為石墨粉。最后進行材料熱處理：在480℃固溶處理2小時，再在70℃的熱水中淬火，人工時效處理180℃，保溫8小時完成工藝流程。

制備的硅鋁合金抗拉強度大于400MPa, 延伸率大于4％，硬度HRB大于78，目前已目前已應用到汽車空調壓縮機關鍵零部件。