一種共晶鋁硅合金中共晶硅快速球化處理方法與流程

本發明涉及屬于有色金屬熱處理領域，尤其涉及一種共晶鋁硅合金中共晶硅快速球化處理方法。

背景技術：

共晶鋁硅合金有較好的熔體流動性和鑄型填充性能，尤其是比強度高、熱膨脹系數小、耐磨耐蝕性好等特性被廣泛應用于汽車或活塞制備行業。未變質的共晶鋁硅合金中，共晶硅呈粗大的針狀分布在α-al基體，嚴重割裂基體，降低了合金的力學性能和機加工性能。科技工作者和工業上常采用變質處理來改善共晶硅的形態和尺寸，以滿足對共晶鋁硅合金性能的要求。

目前，通常采用鈉、鍶、銻、稀土等單元素對共晶硅進行變質處理。鈉變質能力強，但變質效果易衰退，且會降低液態鋁硅合金流動性。鍶與鈉變質機理類似，都是靠吸附在共晶硅的生長臺階上阻礙其生長成片狀來達到細化共晶組織的效果，但鍶變質后鑄件不易除氫，容易形成針孔，且磷、硼、銻等會毒化鍶的變質效果。銻變質使共晶硅組織以片狀形式產生分枝，達到細化效果。銻對共晶硅變質效果不如鈉和鍶，但具有不易燒損，可多次重熔使用的特點。加入1.0％的鈰可以同時細化過共晶鋁硅合金中的初晶硅和共晶硅，0.3％的稀土元素鑭可以有效促進共晶硅轉變為顆粒狀。

雖然采用化學變質劑可以使粗大的針狀共晶硅轉變為纖維狀，但是共晶硅并不是最佳狀態。如果能使共晶硅轉變為球粒狀，則共晶鋁硅合金的力學性能將得到進一步提高。現有技術中硅相的球化時間較長，生產效率較低。目前針對過共晶鋁硅快速球化的研究較多，一般采用變質處理的方法可以較好地促進和實現初晶硅和共晶硅快速球化，也有采用常規的熱處理方法對其快速球化，過共晶鋁硅合金既含有初晶硅也含有共晶硅，對過共晶鋁硅合金來說，由于初晶硅容易球化，球化后的初晶硅相當于一種球化核心，可以誘導共晶硅也發生球化，在隨后的凝固過程中，由于初晶硅的存在，液相中的硅更傾向于向已經存在的初晶硅富集而使其長大，抑制了共晶硅的生長，使得共晶組織中共晶硅數量更少，其尺寸也更為細小，此時采用變質處理或者熱處理可以使共晶硅更容易得到球化，因此對過共晶鋁硅球化的研究較為容易和成熟。對共晶鋁硅合金來說，球化的對象只是共晶硅，共晶硅的球化難度大大高于過共晶鋁硅合金中的共晶硅，因此目前針對共晶鋁硅球化的研究進展緩慢，沒有一種簡單快速的處理方法來解決共晶鋁硅球化的問題。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是，為了使得共晶鋁硅合金中的共晶硅得到快速球化，本發明提供一種共晶鋁硅合金中共晶硅快速球化處理方法，以大幅度提高共晶鋁硅合金中共晶硅的球化效率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是，一種共晶鋁硅合金中共晶硅快速球化處理方法，具體操作步驟包括：

1.采用井式電爐在石墨坩堝中熔煉al-12.6wt.％si共晶合金，將合金液澆入金屬型中，制得直徑5-15mm、高度100mm的圓柱形共晶鋁硅合金試樣；

2.將步驟1制得的試樣放入582～637℃的管式退火爐中進行1～60min球化退火處理；

其中，577℃為共晶鋁硅的共晶溫度點，582～637℃溫度下的共晶鋁硅合金完全處于液相區域。

3.退火處理后，將步驟2球化退火處理的試樣取出進行冷卻。

作為優選，步驟1中制得直徑10mm、高度100mm的圓柱形共晶鋁硅合金試樣。

作為優選，步驟2中對試樣球化退火處理條件為587℃條件下退火1～60min、607℃條件下退火1～60min或627℃條件下退火1～60min。

作為優選，步驟2中對試樣球化退火處理條件為587℃條件下退火25min、607℃條件下退火15min或627℃條件下退火5min，這樣做是在保證95％的共晶硅球化基礎上，以達到節約能源的目的。

作為優選，步驟3中冷卻方式為噴霧冷卻或者風冷，這樣可以增加生產效率。

本發明的有益效果是，本發明將共晶鋁硅合金在其共晶點溫度(577℃)以上5～60℃進行短時球化處理，在液相區域內進行球化，使球粒狀的共晶硅均勻分布在鋁基體中，從而提高共晶硅的球化效率。隨著共晶鋁硅合金球化退火溫度的提高，共晶硅的球化速率明顯提高，球化效果更好。一般認為共晶鋁硅中的共晶硅球化困難，而退火溫度高，則共晶鋁硅會發生過熱或過燒現象，所以很少有人通過在共晶溫度以上的液相區域對共晶鋁硅合金進行球化處理來改變共晶鋁硅合金的力學性能，更沒有人對其快速球化做深入的研究，而圖1-3表明共晶鋁硅組織致密，沒有發生過熱或過燒現象，因此本發明取得了意想不到的技術效果。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是587℃退火處理的共晶鋁硅合金的金相組織圖。鋁合金化學成分(wt％)為si：12.6，退火時間分別為：(a)0min(原始組織),(b)5min,(c)10min,(d)15min,(e)20min,(f)25min。原始組織中有極少量塊狀初晶硅和大量針狀共晶硅；587℃退火5min，共晶硅未出現明顯球化現象；587℃退火10min后，有10％左右的共晶硅發生球化；587℃退火15min后，有30％左右的共晶硅發生球化；587℃退火20min后，有50％左右的共晶硅球化；587℃退火25min后，有95％左右的共晶硅球化，球化時間進一步增加，共晶硅尺寸增加，但無助于實現進一步球化。

圖2是607℃退火處理的共晶鋁硅合金的金相組織圖。鋁合金化學成分(wt％)為si：12.6，退火時間分別為：(a)0min(原始組織),(b)5min,(c)10min,(d)15min。原始組織中有極少量塊狀初晶硅和大量針片狀共晶硅；607℃退火5min，有10％左右的共晶硅發生球化；607℃退火10min后，有30％左右的共晶硅發生球化；607℃退火15min后，有95％左右的共晶硅發生球化，球化時間進一步增加，共晶硅尺寸增加，但無助于實現進一步球化。

圖3是627℃退火處理的共晶鋁硅合金的金相組織圖。鋁合金化學成分(wt％)為si：12.6，退火時間分別為：a)0min(原始組織),b)5min。原始組織中有極少量塊狀初晶硅和大量針片狀共晶硅；627℃退火5min后，有95％左右的共晶硅發生球化，球化時間進一步增加，共晶硅尺寸增加，但無助于實現進一步球化。

具體實施方式

現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。

實施例1

共晶鋁硅合金在587℃退火：

采用井式電爐在石墨坩堝中熔煉al-12.6wt.％si共晶合金，將合金液澆入金屬型中，制得直徑10mm、高度100mm的圓柱形共晶鋁硅合金試樣；將試樣放入587℃的管式退火爐中進行5min的球化退火處理；退火處理后，將試樣取出進行風冷，得到5min退火時間下的共晶鋁硅合金。按照上述操作步驟，將球化退火處理時間分別改為10min、15min、20min、25min，其余操作不變，分別得到10min、15min、20min、25min退火時間下的共晶鋁硅合金。5min、10min、15min、20min、25min退火時間下的共晶鋁硅合金金相組織圖如圖1所示。

實施例2

共晶鋁硅合金在607℃退火：

采用井式電爐在石墨坩堝中熔煉al-12.6wt.％si共晶合金，將合金液澆入金屬型中，制得直徑10mm、高度100mm的圓柱形共晶鋁硅合金試樣；將試樣放入607℃的管式退火爐中進行5min的球化退火處理；退火處理后，將試樣取出進行風冷，得到5min退火時間下的共晶鋁硅合金。按照上述操作步驟，將球化退火處理時間分別改為10min、15min，其余操作不變，分別得到10min、15min退火時間下的共晶鋁硅合金。5min、10min、15min退火時間下的共晶鋁硅合金金相組織圖如圖2所示。

實施例3

共晶鋁硅合金在627℃退火：

采用井式電爐在石墨坩堝中熔煉al-12.6wt.％si共晶合金，將合金液澆入金屬型中，制得直徑10mm、高度100mm的圓柱形共晶鋁硅合金試樣；將試樣放入627℃的管式退火爐中進行5min的球化退火處理；退火處理后，將試樣取出進行風冷，得到5min退火時間下的共晶鋁硅合金。5min退火時間下的共晶鋁硅合金金相組織圖如圖3所示。

以上所述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。