一種過共晶鋁硅合金中共晶硅快速球化退火方法與流程

本發明涉及的領域屬于金屬熱處理領域，具體涉及一種過共晶鋁硅合金共晶硅的快速球化退火方法。

背景技術：

過共晶鋁硅合金多用來生產各種耐磨合金，具有高溫高強度、耐蝕、耐磨和熱膨脹系數小。這一系列的優點使得共晶鋁硅合金在活塞制備行業備受青睞，但是未變質的鋁硅合金的組織中存在粗大的Si相，嚴重割裂了基體，使合金的力學性能和鑄造性能嚴重惡化。

在含硅量超過Al-Si共晶點的鋁硅合金即過共晶鋁硅合金中，硅顆粒可明顯提高合金的耐磨性，組成一類用途很廣的耐磨合金。而在常規鑄造鋁硅合金中，由于存在針狀的共晶硅和粗大且形狀復雜的初晶硅，惡化了鋁硅合金的力學性能。工業上一般采用添加含磷和鈉元素的變質劑的方法，改善鋁硅合金中初晶硅和共晶硅相的微觀形態，使其以有利的形狀和較小的尺寸均勻分布在基體中，提高該合金的綜合力學性能。但是這些變質劑都有各自的缺點，如對環境產生危害，并會放出有毒氣體。此外，不管采用何種變質劑，都很難使鋁硅合金中的共晶硅變為細小的顆粒狀，因此，通過變質處理難以徹底改善過共晶鋁硅合金的綜合力學性能。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種使過共晶鋁硅合金中共晶硅快速球化的熱處理方法，以最經濟的技術手段達到極大改善過共晶鋁硅合金綜合力學性能的目的。

為達到上述技術效果，本發明提供了如下技術方案：一種過共晶鋁硅合金中共晶硅快速球化退火方法，其特征在于：將過共晶鋁硅合金在其共晶點溫度以上10℃(587℃)進行5～25分鐘的退火，使針片狀共晶硅得以球化并均勻分布在鋁基體中，同時使初晶硅的圓整度增加，從而最大限度地改善過共晶鋁硅合金綜合力學性能。具體步驟如下：

1.采用井式爐在石墨坩堝中熔煉Al-16wt.％Si、Al-21wt.％Si、Al-30wt.％Si過共晶鋁硅合金，將該合金液澆入室溫金屬型中，得到直徑為10毫米的不同成分的過共晶鋁硅合金試樣。

2.將上述試樣放入587℃的管式退火爐中進行5～25分鐘的球化退火處理。

3.退火處理后，將試樣取出進行空冷或水冷。

對過共晶鋁硅合金在587℃下進行不同時間球化退火后，使果共晶鋁硅合金中的針片狀共晶硅得以球化并均勻分布在鋁基體中，同時使初晶硅的圓整度增加，最佳的球化退火時間為15分鐘。

附圖說明

圖1是Al-16Si合金在587℃退火不同時間過共晶鋁硅合金的金相組織照片。退火時間分別為a)0min(原始組織)，b)5min，c)15min，d)25min。原始組織中有少量塊狀初晶硅及大量針片狀的共晶硅；587℃退火5min，共晶硅開始球化，但是未出現明顯球化現象；587℃退火15min后，大部分共晶硅球化，細小的顆粒共晶硅均勻分布于基體中，存在極少量長桿狀共晶硅，初晶硅圓整度增加；587℃退火25min后，粒狀共晶硅長大，變為粗大粒狀共晶硅，分布不太均勻，且有少量長桿狀硅存在，初晶硅圓整度增加。

圖2是Al-21Si合金在587℃退火不同時間過共晶鋁硅合金的金相組織照片。退火時間分別為a)0min(原始組織)，b)5min，c)15min，d)25min。原始組織中有部分塊狀初晶硅，共晶硅為細小點狀和針片狀；587℃退火5min，共晶硅開始球化，但是未出現明顯球化現象，反而出現長針片狀共晶硅，初晶硅圓整度有所改善；587℃退火15min后，大部分共晶硅得以球化，共晶硅轉變為細小的顆粒狀，且均勻分別在基體中，存在極少量長桿狀硅，初晶硅圓整度明顯增加。587℃退火25min后，粒狀共晶硅長大，變為粗大顆粒狀，分布比較均勻，少量長桿狀硅存在，初晶硅圓整度較好。

圖3是Al-30Si合金在587℃退火不同時間過共晶鋁硅合金的金相組織照片。退火時間分別為a)0min(原始組織)，b)5min，c)15min，d)25min。原始組織中有大量塊狀初晶硅，大部分共晶硅成點狀分布、部分共晶硅呈細小針片狀；587℃退火5min，共晶硅開始球化，但仍有針片狀共晶硅存在；587℃退火15min后，共晶硅球化，共晶硅轉變為極為細小的顆粒狀，且均勻分布于基體中，初晶硅圓整度有所增加。587℃退火25min后，共晶硅長大為粗大球狀顆粒，分布均勻性和圓整度變差，初晶硅圓整度較好。

圖4表征了三種成分過共晶鋁硅合金的力學性能，圖(a)是這三種成分合金熱處理前后的抗拉強度，圖(b)是合金熱處理前后的斷后伸長率。相較于熱處理前的合金，Al-xSi合金的抗拉強度因為共晶硅的球化而略有下降，但是合金的塑性有了明顯的提高，其中以Al-16Si最為顯著，斷后伸長率從3.6％提高至8.1％。球化退火后，雖然抗拉強度的略微減少，由于Al-xSi合金塑性的明顯提升，因此使Al-xSi合金的綜合力學性能有了明顯的提升。

綜合考慮，過共晶鋁硅合金的最佳球化工藝為587℃退火15min。

具體實施方式

為使本發明的特征及所達成的功效有進一步的了解和認識，用實施例詳細加以說明：

實施例1：Al-16Si合金在587℃退火15min

采用井式電爐在石墨坩堝中熔煉Al-16wt.％Si過共晶鋁硅合金。將該合金液澆入金屬型中，得到直徑為10毫米的過共晶鋁硅合金試樣。將試樣放入587℃的管式退火爐中進行15min的球化退火處理。退火處理后，將試樣取出進行水冷。球化退火15min后過共晶鋁硅合金的顯微組織如圖1(c)所示，可見587℃退火15min，80％左右的共晶硅已經球化。該合金在球化熱處理前的抗拉強度為176.2Mpa，球化退火后的抗拉強度下降到156.2Mpa，降低了11.4％；但是該合金的延伸率由3.6％增加到8.1％，增加了125％。

實施例2：Al-21Si合金在587℃退火15min

采用井式電爐在石墨坩堝中熔煉Al-21wt.％Si過共晶鋁硅合金。將該合金液澆入金屬型中，得到直徑為10毫米的過共晶鋁硅合金試樣。將試樣放入587℃的管式退火爐中進行15min的球化退火處理。退火處理后，將試樣取出進行水冷。球化退火15min后過共晶鋁硅合金的顯微組織如圖2(c)所示，可見587℃退火15min，85％左右的共晶硅已經球化。該合金在球化熱處理前的抗拉強度為124.6Mpa，球化退火后的抗拉強度下降到102.4Mpa，降低了17.8％；但是該合金的延伸率由1.5％增加到3.3％，增加了120％。

實施例3：Al-30Si合金在587℃退火15min

采用井式電爐在石墨坩堝中熔煉Al-21wt.％Si過共晶鋁硅合金。將該合金液澆入金屬型中，得到直徑為10毫米的過共晶鋁硅合金試樣。將試樣放入587℃的管式退火爐中進行15min的球化退火處理。退火處理后，將試樣取出進行水冷。球化退火15min后過共晶鋁硅合金的顯微組織如圖3(c)所示，可見587℃退火15min，85％左右的共晶硅已經球化。該合金在球化熱處理前的抗拉強度為117.3Mpa，球化退火后的抗拉強度下降到112.6Mpa，降低了4％；但是該合金的延伸率由2.4％增加到3.2％，增加了33.3％。

本發明的應用范圍，不受其說明書描述的限制。