專利名稱：一種過共晶鋁硅合金鑄件的制備方法
技術領域：
本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種過共晶鋁硅合金鑄件的制備方法。
背景技術：
過共晶鋁硅合金具有低膨脹性能，高耐磨性，高耐蝕性和良好的導熱性，廣泛應用于汽車、航空、航天等領域，作為制作關鍵零部件的材料發動機活塞、轉子等。鋁硅過共晶合金中隨著硅含量的增大，合金組織中初晶硅與共晶硅的顆粒也逐漸增大，呈現粗大塊狀初晶硅和長針狀共晶硅組織，嚴重割裂合金基體，降低了過共晶鋁硅合金的力學性能，導致切削加工性能變壞，限制了高硅含量的過共晶鋁硅合金的使用范圍。
發明內容
針對現有含硅較高的過共晶鋁硅合金在性能上存在的問題，本發明提供一種過共晶鋁硅合金鑄件的制備方法，采用磷銅合金作為變質劑，在制備過程中對鋁硅過共晶合金進行細化變質處理，改變硅相的組織形態，減少其對基體的削弱作用，提高合金的綜合性能。本發明的過共晶鋁硅合金鑄件的制備方法按以下步驟進行
1、將坩堝預熱至400士5°C，將AU8Si合金、A150Cu合金和A18Ni合金置于坩堝中，升溫至720士5°C，待全部物料熔化后用鐘罩將金屬鎂壓入熔化的物料中，金屬鎂熔化后獲得合金熔體；
2、用鐘罩將變質劑壓入合金熔體中并攪拌均勻，然后在820士5°C保溫l(Tl5min;所述的變質劑為CulOP合金，變質劑的加入量按CulOP合金中的P占合金熔體總重量的 0. 07 0. 08% ；
3、用鐘罩將ZnCl2壓入合金熔體中，在820士5°C保溫5 8min除氣，然后扒渣，再在 77(T800°C澆注制成過共晶鋁硅合金鑄坯，其成分按重量百分比為Si2(T22%，Cul. (Γ2. 0%， Nil. Γ . 6%，Mgl. (Tl. 6%，雜質彡0. 6%，余量為Al ；ZnCl2的加入量為合金熔體總重量的 0. 15^0. 20% ；
4、將過共晶鋁硅合金鑄坯加熱至525士5°C，保溫3、h，然后在6(T80°C的水中冷卻進行固溶處理，再在180士5°C條件下保溫5、h進行時效處理，獲得過共晶鋁硅合金鑄件。上述方法獲得的過共晶鋁硅合金鑄件的的抗拉強度(σ b)為2(T2^g/mm2，伸長率 (δ 5)為 1. (Tl. 5%，布氏硬度為 129 138ΗΒ。上述的澆注制成過共晶鋁硅合金鑄坯采用砂型鑄造法、熔模鑄造法或金型鑄造法進行澆注。本發明的方法采用銅磷合金作為變質劑，對合金熔體進行變質處理，獲得金相組織致密的過共晶鋁硅合金鑄件，該合金具有熱膨脹系數小，體積穩定、收縮率小、流動性好、 氣密性好、熱裂傾向小、密度小、高溫強度高、耐磨、耐蝕等優點，其力學性能優于同類過共晶鋁合金產品。本發明的方法工藝簡單，易于實現工業化，制備成本低，獲得的產品尤其適用于發動機活塞，能廣泛應用于汽車、航空、航天等領域的關鍵零部件，解決了目前國內長期存在的該類產品性能差、韌性低、加工難度大的問題
圖1為本發明實施例1中的過共晶鋁硅200倍金相組織圖。
具體實施例方式本發明實施例中選用的A128Si合金中Si的重量含量為26 28%，A150Cu合金中Cu 的重量含量為49 51%，Α18Ν 合金中Ni的重量含量為7 9%，CulOP合金中P的重量含量為 10 11%。本發明實施例中采用的A128Si合金、A150Cu合金、A18Ni合金、CulOP合金和金屬鎂的雜質含量< 0. 5%。實施例1
將坩堝預熱至400士5°C，將A128Si合金、A150Cu合金和A18Ni合金置于坩堝中，升溫至720士5°C，待全部物料熔化后用鐘罩將金屬鎂壓入熔化的物料中，金屬鎂熔化后獲得合金熔體；
用鐘罩將變質劑CulOP合金壓入合金熔體中并攪拌均勻，然后在820士5°C保溫lOmin， 變質劑的加入量按CulOP合金中的P占合金熔體總重量的0. 07% ；
用鐘罩將ZnCl2壓入合金熔體中，加入量為合金熔體總重量的0. 20%，在820士5°C保溫5min除氣，然后扒渣，再在770°C澆注制成過共晶鋁硅合金鑄坯，其成分按重量百分比為 Si20%, Cu2. 0%, Nil. 1%，Mgl. 6%,雜質 0. 6%,余量為 Al ；
將過共晶鋁硅合金鑄坯加熱至525士5°C，保溫4h，然后在60°C的水中冷卻進行固溶處理，再在180士5°C條件下保溫8h進行時效處理，獲得過共晶鋁硅合金鑄件，拉強度(σ b)為 28kg/mm2，伸長率(δ 5)為1. 0%，布氏硬度為138ΗΒ ；
共晶鋁硅合金澆注時的線收縮率為0. 6%，低于ZL105合金在、+5(Γ80 的線收縮率(1.05 1. 1%)，過共晶鋁硅合金鑄件與ZL105合金進行耐磨性比較，試驗條件為試片 Φ35Χ 10mm，試驗介質為機油，試驗時間為10h，試驗負荷為50kg，測得過共晶鋁硅合金鑄件磨掉的重量為0. 0087g，ZL105合金磨掉的重量為0. 0269g。實施例2
將坩堝預熱至400士5°C，將A128Si合金、A150Cu合金和A18Ni合金置于坩堝中，升溫至720士5°C，待全部物料熔化后用鐘罩將金屬鎂壓入熔化的物料中，金屬鎂熔化后獲得合金熔體；
用鐘罩將變質劑CulOP合金壓入合金熔體中并攪拌均勻，然后在820士5°C保溫12min， 變質劑的加入量按CulOP合金中的P占合金熔體總重量的0. 071% ；
用鐘罩將ZnCl2壓入合金熔體中，加入量為合金熔體總重量的0. 18%，在820士5°C保溫6min除氣，然后扒渣，再在780°C澆注制成過共晶鋁硅合金鑄坯，其成分按重量百分比為 Si22%, Cul. 0%, Nil. 6%, Mgl. 0%,雜質 0. 5%,余量為 Al ；
將過共晶鋁硅合金鑄坯加熱至525士5°C，保溫5h，然后在70°C的水中冷卻進行固溶處理，再在180士5°C條件下保溫7h進行時效處理，獲得過共晶鋁硅合金鑄件，拉強度(σ b)為25kg/mm2，伸長率(δ 5)為1. 2%，布氏硬度為136ΗΒ ；
共晶鋁硅合金澆注時的線收縮率為0. 8% ；過共晶鋁硅合金鑄件與ZL105合金進行耐磨性比較，試驗條件為試片Φ35Χ 10mm，試驗介質為機油，試驗時間為10h，試驗負荷為 50kg，測得過共晶鋁硅合金鑄件磨掉的重量為0. 0012g，ZL105合金磨掉的重量為0. 0063g。實施例3
將坩堝預熱至400士5°C，將AU8Si合金、A150Cu合金和A18Ni合金置于坩堝中，升溫至720士5°C，待全部物料熔化后用鐘罩將金屬鎂壓入熔化的物料中，金屬鎂熔化后獲得合金熔體；
用鐘罩將變質劑CulOP合金壓入合金熔體中并攪拌均勻，然后在820士5°C保溫Hmin， 變質劑的加入量按CulOP合金中的P占合金熔體總重量的0. 074% ；
用鐘罩將SiCl2壓入合金熔體中，加入量為合金熔體總重量的0. 16%，在820士5°C保溫7min除氣，然后扒渣，再在790°C澆注制成過共晶鋁硅合金鑄坯，其成分按重量百分比為 Si21%, Cul. 5%, Nil. 4%, Mgl. 2%，雜質 0. 5%，余量為 Al ；
將過共晶鋁硅合金鑄坯加熱至525士5°C，保溫4h，然后在70°C的水中冷卻進行固溶處理，再在180士5°C條件下保溫《ι進行時效處理，獲得過共晶鋁硅合金鑄件，拉強度(σ b)為 22kg/mm2，伸長率(δ 5)為1. 4%，布氏硬度為132ΗΒ ； 共晶鋁硅合金澆注時的線收縮率為0. 7%。實施例4
將坩堝預熱至400士5°C，將AU8Si合金、A150Cu合金和A18Ni合金置于坩堝中，升溫至720士5°C，待全部物料熔化后用鐘罩將金屬鎂壓入熔化的物料中，金屬鎂熔化后獲得合金熔體；
用鐘罩將變質劑CulOP合金壓入合金熔體中并攪拌均勻，然后在820士5°C保溫15min， 變質劑的加入量按CulOP合金中的P占合金熔體總重量的0. 08% ；
用鐘罩將SiCl2壓入合金熔體中，加入量為合金熔體總重量的0. 15%，在820士5°C保溫Smin除氣，然后扒渣，再在800°C澆注制成過共晶鋁硅合金鑄坯，其成分按重量百分比為 Si22%, Cul. 7%, Nil. 2%, Mgl. 5%,雜質 0. 6%,余量為 Al ；
將過共晶鋁硅合金鑄坯加熱至525士5°C，保溫池，然后在80°C的水中冷卻進行固溶處理，再在180士5°C條件下保溫證進行時效處理，獲得過共晶鋁硅合金鑄件，拉強度(σ b)為 20kg/mm2，伸長率(δ 5)為1. 5%，布氏硬度為129ΗΒ ； 共晶鋁硅合金澆注時的線收縮率為0. 6%。
權利要求
1.一種過共晶鋁硅合金鑄件的制備方法，其特征在于按以下步驟進行(1)將坩堝預熱至400士 5°C，將AU8Si合金、A150CU合金和A18Ni合金置于坩堝中， 升溫至720士5°C，待全部物料熔化后用鐘罩將金屬鎂壓入熔化的物料中，金屬鎂熔化后獲得合金熔體；(2)用鐘罩將變質劑壓入合金熔體中并攪拌均勻，然后在820士5°C保溫l(Tl5min； 所述的變質劑為CulOP合金，變質劑的加入量按CulOP合金中的P占合金熔體總重量的 0. 07 0. 08% ；(3)用鐘罩將ZnCl2壓入合金熔體中，在820士5°C保溫5 8min除氣，然后扒渣，再在 77(T800°C澆注制成過共晶鋁硅合金鑄坯，其成分按重量百分比為Si2(T22%，Cul. (Γ2. 0%， Nil. Γ . 6%，Mgl. (Tl. 6%，雜質彡0. 6%，余量為Al ；ZnCl2的加入量為合金熔體總重量的 0. 15^0. 20% ；(4)將過共晶鋁硅合金鑄坯加熱至525士5°C，保溫3、h，然后在6(T80°C的水中冷卻進行固溶處理，再在180士5°C條件下保溫5、h進行時效處理，獲得過共晶鋁硅合金鑄件。
2.根據權利要求1所述的一種過共晶鋁硅合金鑄件的制備方法，其特征在于所述的過共晶鋁硅合金鑄件的的抗拉強度為20l8kg/mm2，伸長率為1. (Tl. 5%，布氏硬度為 129 138HB。
全文摘要
一種過共晶鋁硅合金鑄件的制備方法，按以下步驟進行(1)將坩堝預熱，將AlSi合金、AlCu合金和AlNi合金置于坩堝中升溫，熔化后將金屬鎂壓入物料中；(2)將變質劑壓入合金熔體中并攪拌均勻，然后保溫；(3)將ZnCl2壓入合金熔體中，保溫除氣后扒渣，再澆注成鑄坯；(4)將鑄坯進行熱處理獲得過共晶鋁硅合金鑄件。本發明的方法制備的產品其力學性能優于同類過共晶鋁合金產品，工藝簡單，易于實現工業化，制備成本低。
文檔編號C22F1/043GK102319875SQ20111029631
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者倪偉, 張丙巖, 王鐵軍, 賈石, 陳志 申請人:沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司