一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法

技术领域

本发明涉及有色金属加工技术领域，尤其是一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法。

背景技术

过共晶Al-Si合金具有高强度、铸造成型性好以及耐磨耐蚀等优良性能，在航天航空以及汽车、造船等工业领域内具有广泛应用，是重要的结构材料。

过共晶Al-Si合金的铸造组织由α-Al枝晶、共晶硅以及初晶硅组成，其中初晶硅可以作为硬质点提高过共晶Al-Si合金的耐磨性能。但是若合金中出现粗大的初晶硅，硅粒子四周的棱角锋利，当外加载荷作用在具有这种形态初生硅上时，很容易引起应力集中而导致裂纹的萌生和扩展，致使合金的强度和塑性大大降低，并因此而过早失效。

要求过共晶铝硅合金具有良好的力学性能，必须解决初晶硅的细化问题，科学家经过多年的研究，取得诸多研究成果。对过共晶铝硅合金进行变质处理可以细化晶粒组织和初晶硅，工业上对初晶硅的变质细化主要采用P变质方法，经过含磷中间合金变质处理后，初晶硅的尺寸明显下降，形状也变得较为规则，并且分布更均匀，合金性能得到显著改善。热处理也是提高过共晶铝硅合金强度的一个重要途径，针片状的共晶硅在热处理过程中会逐渐球化，热处理后会提高合金的硬度和强度及耐磨性。但是初晶硅的形态和尺寸在热处理过程中变化不大。为提高过共晶铝硅合金的综合力学性能，可以通过变质处理和热处理二者相结合来实现。但是含磷变质剂使用后会对人体和环境产生危害，此外变质处理和热处理将使合金的生产成本有较大增加。因此，有必要采用更为经济有效的手段细化过共晶铝硅合金中的初晶硅，以达到提高合金力学性能的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法，以彻底消除Al-16Si合金液中的残余初晶硅质点，彻底抑制初晶硅的析出，在共晶点以下适当温度进行伪共晶凝固而得到全部伪共晶组织。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法，具有如下步骤：

a、采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16wt.％Si过共晶铝硅合金，合金熔炼温度为900℃，保温时间为80min，实现初晶硅的完全溶解；

b、将内径为30mm、长度为500mm的铜管放入液氮中冷却，得到超低温的铜管；

c、经液氮冷却的铜管倾斜放置，从铜管上端将10克熔炼成的合金液浇注到铜管中，并从铜管下端流出；

d、从铜管下端流出的过冷合金液被浇注到预热温度为527℃～627℃的铁板上进行非平衡凝固。

最佳地，所述的过冷合金液在预热温度为527℃的铁板上进行非平衡凝固，凝固后，合金液中的初晶硅析出被完全抑制，可得到全部的伪共晶组织。而当铁板的预热温度分别为577℃和627℃时，组织中均有初晶硅析出，也就不能得到完全的伪共晶组织。

本发明的有益效果是：本发明彻底消除了Al-16Si合金液中的残余初晶硅质点，在铝硅合金固液两相区内实现快速冷却以彻底抑制初晶硅的析出，并在共晶点以下适当温度进行伪共晶凝固，最终得到全部伪共晶组织。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是Al-16Si过共晶铝硅合金原始组织图。

图2是Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min后，10克合金液流经室温冷却后的铜管，浇注到预热温度为527℃的铁板上的试样组织结构图。

图3是Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min后，10克合金液流经液氮冷却后的铜管，浇注到预热温度为527℃的铁板上的试样组织结构图。

图4是Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min后，10克合金液流经液氮冷却后的铜管，浇注到预热温度为577℃的铁板上的试样组织结构图。

图5是Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min后，10克合金液流经液氮冷却后的铜管，浇注到预热温度为627℃的铁板上的试样组织结构图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种Al-16Si过共晶铝硅合金获得全部伪共晶组织的方法，具有如下步骤：

a、采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16wt.％Si过共晶铝硅合金，合金熔炼温度为900℃，保温时间为80min，实现初晶硅的完全溶解；

b、将内径为30mm、长度为500mm的铜管放入液氮中冷却，得到超低温的铜管；

c、经液氮冷却的铜管倾斜放置，从铜管上端将10克熔炼成的合金液浇注到铜管中，并从铜管下端流出；

d、从铜管下端流出的过冷合金液被浇注到预热温度为527℃～627℃的铁板上进行非平衡凝固。

实施例1：

Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min，室温铜管冷却，铁板预热至527℃，具体步骤如下：

采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16Si过共晶铝硅合金，熔炼温度为900℃，保温时间为80min。将10g合金液浇注到倾斜摆放着的常温铜管中，在铜管下端放好预热温度为527℃的铁板，合金熔液流经铜管后浇注到铁板上，获得薄片状合金凝固样品，其金相组织如图2所示，可见合金组织中有明显的粗大初晶硅。

实施例2：

Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min，铜管经过液氮冷却，铁板预热至527℃，具体步骤如下：

采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16Si过共晶铝硅合金，熔炼温度为900℃，保温时间为80min；将10g合金液浇注到倾斜摆放着并且经过液氮冷却的铜管中，在铜管下端放好预热温度为527℃的铁板，合金熔液流经铜管后浇注到铁板上，获得薄片状合金凝固样品，其金相组织如图3所示，可见此时获得了全部伪共晶组织。

实施例3：

Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min，铜管经过液氮冷却，铁板预热至577℃，具体步骤如下：

采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16Si过共晶铝硅合金，熔炼温度为900℃，保温时间为80min；将10g合金液浇注到倾斜摆放着并且经过液氮冷却的铜管中，在铜管下端放好预热温度为577℃的铁板，合金熔液流经铜管后浇注到铁板上，获得薄片状合金凝固样品，其金相组织如图4所示，可见合金中有部分粗大初晶硅，不能得到完全的伪共晶组织。

实施例4：

Al-16Si过共晶铝硅合金900℃熔炼保温80min，铜管经过液氮冷却，铁板预热至627℃，具体步骤如下：

采用石墨坩埚在井式炉中熔炼Al-16Si过共晶铝硅合金，熔炼温度为900℃，保温时间为80min；将10g合金液浇注到倾斜摆放着并且经过液氮冷却的铜管中，在铜管下端放好预热温度为577℃的铁板，合金熔液流经铜管后浇注到铁板上，获得薄片状合金凝固样品，其金相组织如图5所示，可见合金中仍有少量初晶硅，不能得到完全的伪共晶组织。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。