專利名稱：一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備亞共晶鋁硅合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁懸浮熔煉和鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，特指一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備亞共晶鋁硅合金的方法。
背景技術(shù)：
亞共晶鋁硅合金是美國于70年代研制的一種鑄造鋁-硅-鎂系合金，具有鑄造流動性好、氣密性好、收縮率小和熱裂傾向小等優(yōu)點，經(jīng)過變質(zhì)和熱處理后，具有良好的力學(xué)性能、物理性能、耐腐蝕性能和較好的機(jī)械加工性能，可用于鑄造各種殼體零件、飛機(jī)的泵體、汽車變速箱、燃油箱的彎管、飛機(jī)配件、汽車和摩托車輪轂及其他承受載荷的零件。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，許多學(xué)者對亞共晶鋁硅合金的熔煉配制工藝，細(xì)化變質(zhì)工藝，以及生產(chǎn)鋁輪轂的壓鑄工藝等進(jìn)行了研究，得出了一些有意義的結(jié)果。但是，亞共晶鋁硅合金在熔煉、鑄造過程中仍然存在一些問題，至今未得到較好的解決，比如制備鑄件中易產(chǎn)生氣孔、疏松等缺陷，同時亞共晶鋁硅合金凝固過程中硅偏析現(xiàn)象仍然嚴(yán)重，對合金的機(jī)械性能和加工性能造成不良影響。通過試驗研究和生產(chǎn)應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)共晶硅顆粒在鋁基體中的分布及形狀影響了亞共晶鋁硅合金的機(jī)械性能。細(xì)小球狀、均勻分布的硅顆?？梢蕴岣咴摵辖鸬睦臁_擊及疲勞性能。電磁場在材料科學(xué)研究和加工應(yīng)用是當(dāng)前材料科學(xué)研究的一個熱點，取得了很大的進(jìn)展。電磁場在金屬凝固過程中起著非常重要的作用，它可以有效改善合金的組織及性能。電磁懸浮熔煉技術(shù)正是利用電磁場來實現(xiàn)材料的熔化、攪拌和軟接觸成形，被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍事、機(jī)械電子和冶金制造等領(lǐng)域。本發(fā)明開發(fā)出一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備亞共晶鋁硅合金的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)出一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備亞共晶鋁硅合金的方法，其特征為將成分為 Si8-10%,Mg0. 3-0. 5%, CuO. 5-1. 0%, TiO. 12-0. 18%，余量為鋁的亞共晶鋁硅合金在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中進(jìn)行熔煉，輸出電流分別采用50A、70A、90A三種規(guī)格，當(dāng)溫度達(dá)到780V -800°C時，保溫5分鐘，停止加熱，保持試樣在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中自然冷卻至室溫，然后取出合金試樣。金相顯微組織觀察分別從熔煉出的合金頂面、底面和縱面取樣，如圖1所示。金相試樣尺寸大約為IcmX IcmX lcm。拉伸試樣按圖2所示的尺寸、規(guī)格，采用DK7720型電火花線切割機(jī)加工而成。為了便于對比，亞共晶鋁硅合金先采用常規(guī)熔煉方法，在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，當(dāng)溫度達(dá)到780V -800°C時，保溫5分鐘，進(jìn)行澆注，然后制備合金試樣，金相組織如圖3 所示?？梢悦黠@看到組織中晶粒比較粗大，呈無規(guī)則排列，晶粒邊界參差不齊，而且還存在較多的氣孔、夾雜物等缺陷。圖中白色部分是枝晶狀初生α固溶體，灰色針片狀為共晶硅，雜亂地分布在初生α鋁相的晶界上。圖4表示輸出電流分別為50Α、70Α、90Α時，電磁懸浮熔煉后亞共晶鋁硅合金的金相組織。與常規(guī)熔煉相比，晶粒尺寸明顯減小，共晶硅細(xì)密地分布在組織中，α固溶體由樹枝狀逐漸變?yōu)樗N薇狀和橢球狀的混合形狀，組織缺陷也大為減少。產(chǎn)生這些變化的原因主要是激烈的電磁攪拌使熔體溫度場和溶質(zhì)場均勻化，硅相形核區(qū)域增大，晶核增多，同時硬質(zhì)硅相的機(jī)械破碎和相互摩擦抑制了其各向異性生長，因而組織得到細(xì)化。當(dāng)輸出電流一定時，試樣頂面組織較其底面和縱面更為細(xì)密，等軸晶數(shù)量更多。這種變化是由水冷銅坩堝倒錐形部位磁力線更密集，電磁懸浮和攪拌作用更強(qiáng)烈，冷卻速度更快造成的。在交變電磁場作用下，熔體受電磁力的作用產(chǎn)生強(qiáng)烈的對流，有利于晶粒的細(xì)化， 另一方面，電流通過金屬熔體時，將產(chǎn)生焦耳熱效應(yīng)，從而導(dǎo)致熔體溫度的變化，對于凝固體系來說，焦耳熱相當(dāng)于內(nèi)熱源，它將使凝固系統(tǒng)的整體冷卻速度降低，過冷度減小，導(dǎo)致組織有可能發(fā)生粗化，最終的凝固組織是由這兩方面共同作用的結(jié)果。所以，當(dāng)輸出電流從 50Α提高到70Α時，組織不斷細(xì)化，但繼續(xù)增大電流達(dá)到90Α后，晶粒尺寸反而粗化。


圖1金相試樣的取樣部位示意2拉伸試樣規(guī)格圖3常規(guī)熔煉條件下亞共晶鋁硅合金組織圖4電磁懸浮熔煉條件下亞共晶鋁硅合金組織(a)底面(b)頂面(C)縱面
具體實施例方式實施例1將成分為Si8%，MgO. 3%,CuO. 5%,TiO. 12%，余量為鋁的亞共晶鋁硅合金在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中進(jìn)行熔煉，輸出電流采用50A，當(dāng)溫度達(dá)到780°C -800°C時，保溫5分鐘，停止加熱，保持試樣在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中自然冷卻至室溫，然后取出合金試樣。 與常規(guī)熔煉相比，晶粒尺寸明顯減小，共晶硅細(xì)密地分布在組織中，α固溶體由樹枝狀逐漸變?yōu)樗N薇狀和橢球狀的混合形狀，組織缺陷也大為減少。當(dāng)輸出電流50Α時，試樣頂面組織較其底面和縱面較為細(xì)密，等軸晶數(shù)量較多。金相組織見圖4，力學(xué)性能見表1。實施例2將成分為Si9%，MgO. 4%, CuO. 75%, TiO. 15%，余量為鋁的亞共晶鋁硅合金在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中進(jìn)行熔煉，輸出電流采用70A，當(dāng)溫度達(dá)到780V -800°C時，保溫5分鐘，停止加熱，保持試樣在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中自然冷卻至室溫，然后取出合金試樣。 與常規(guī)熔煉相比，晶粒尺寸更加減小，共晶硅細(xì)密地分布在組織中，α固溶體由樹枝狀逐漸變?yōu)樗N薇狀和橢球狀的混合形狀，組織缺陷也大為減少。當(dāng)輸出電流70Α時，試樣頂面組織較其底面和縱面更為細(xì)密，等軸晶數(shù)量更多。金相組織見圖4，力學(xué)性能見表1。實施例3將成分為Si 10%，MgO. 5%, Cul. 0%, TiO. 18%，余量為鋁的亞共晶鋁硅合金在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中進(jìn)行熔煉，輸出電流采用90Α，當(dāng)溫度達(dá)到780°C -800°C時，保溫5分鐘，停止加熱，保持試樣在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中自然冷卻至室溫，然后取出合金試樣。 與常規(guī)熔煉相比，晶粒尺寸明顯減小，共晶硅細(xì)密地分布在組織中，α固溶體由樹枝狀逐漸變?yōu)樗N薇狀和橢球狀的混合形狀，組織缺陷也大為減少。但與輸出電流采用70Α相比，組織反而有所粗化。金相組織見圖4，力學(xué)性能見表1。對比例將成分為Si9%，MgO. 4%, CuO. 75%, TiO. 15%，余量為鋁的亞共晶鋁硅合金采用常規(guī)熔煉方法，在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，當(dāng)溫度達(dá)到780°C-800°C時，保溫5分鐘，進(jìn)行澆注，然后制備合金試樣。可以明顯看到組織中晶粒比較粗大，呈無規(guī)則排列，晶粒邊界參差不齊，而且還存在較多的氣孔、夾雜物等缺陷。圖中白色部分是枝晶狀初生α固溶體，灰色針片狀為共晶硅，雜亂地分布在初生α鋁相的晶界上。金相組織見圖3，力學(xué)性能見表 1。表1各組試樣的拉伸力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備亞共晶鋁硅合金的方法，其特征為將成分為 Si8-10%, MgO. 3-0. 5%, CuO. 5-1. 0%, TiO. 12-0. 18%，余量為鋁的亞共晶鋁硅合金在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中進(jìn)行熔煉，輸出電流分別采用50A、70A、90A三種規(guī)格，當(dāng)溫度達(dá)到 7800C -800°C時，保溫5分鐘，停止加熱，保持試樣在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中自然冷卻至室溫，然后取出合金試樣進(jìn)行金相顯微組織觀察和力學(xué)性能試驗；與常規(guī)熔煉相比，晶粒尺寸明顯減小，共晶硅細(xì)密地分布在組織中，α固溶體由樹枝狀逐漸變?yōu)樗N薇狀和橢球狀的混合形狀，組織缺陷也大為減少，當(dāng)輸出電流一定時，試樣頂面組織較其底面和縱面更為細(xì)密，等軸晶數(shù)量更多；當(dāng)輸出電流從50Α提高到70Α時，組織不斷細(xì)化，繼續(xù)增大電流達(dá)到 90Α后，晶粒尺寸反而增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備亞共晶鋁硅合金的方法，輸出電流可優(yōu)選為70Α。
全文摘要
一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備亞共晶鋁硅合金的方法，屬于電磁懸浮熔煉和鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，其特征為將成分為Si 8-10％，Mg0.3-0.5％，Cu0.5-1.0％，Ti0.12-0.18％，余量為鋁的亞共晶鋁硅合金在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中進(jìn)行熔煉，輸出電流分別采用50A、70A、90A三種規(guī)格，當(dāng)溫度達(dá)到780℃-800℃時，保溫5分鐘，停止加熱，保持試樣在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中自然冷卻至室溫，然后取出合金試樣進(jìn)行金相顯微組織觀察和力學(xué)性能試驗。
文檔編號C22C1/02GK102304630SQ20111028951
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者劉光磊, 司乃潮, 司松海, 楊嵩, 趙羅根 申請人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司