一种低成本快速制备过共晶铝硅合金棒坯的方法.pdf

本发明公开了属于金属材料加工技术领域的一种低成本快速制备过共晶铝硅合金棒坯的方法。该方法具体工艺为：在惰性气体保护下对过共晶铝硅合金进行熔炼；在高温条件下采用复合变质精炼熔体；然后对熔体进行除气处理；最后采用电磁搅拌方法进行快速半连续铸造。采用该方法可以制备高性能、大尺寸，并且初生硅晶粒细小、分布均匀的过共晶铝硅合金棒坯。该方法工艺简单，成本低廉，并且具有较高的生产效率，适合大规模工业生产。

1.  一种低成本快速制备过共晶铝硅合金棒坯的方法，其特征在于，具体制备工艺为：
(1)在惰性气体保护下，将过共晶铝硅合金置于电阻加热炉或电磁感应加热炉中熔化成合金熔体，当熔体温度上升到830～900℃时将其转移到中间包内，添加熔体清渣剂，充分搅拌并保温20～30分钟后扒去浮渣；
(2)当熔体温度降到800～820℃时，添加质量百分比为1‰～6‰的变质剂，搅拌均匀，保温20～50分钟；
(3)当熔体温度降到780～800℃时，添加质量百分比为2‰～10‰的精炼剂，充分搅拌，保温15～20分钟后扒去浮渣；
(4)对合金熔体进行除气处理：向熔体中通入气压为0.01MPa的气体，保温10～15分钟，除气完毕后熔体静置孕育30～40分钟；
(5)加热熔体到浇注温度后采用电磁搅拌方法进行半连续铸造。

2.  根据权利要求1所述的一种低成本快速制备过共晶铝硅合金棒坯的方法，其特征在于：所述步骤(4)中采用的气体为六氯乙烷、氮气或氩气。

3.  根据权利要求1所述的一种低成本快速制备过共晶铝硅合金棒坯的方法，其特征在于：所述步骤(5)中熔体的浇注温度为800～820℃；结晶器内的熔体温度为730～760℃；电磁搅拌器的搅拌电流为20～100A，搅拌频率为5～100Hz；连铸机的连铸速度为30～800mm/min；冷却水温度为室温，流量为10～500L/min。

一种低成本快速制备过共晶铝硅合金棒坯的方法
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，特别涉及一种低成本快速制备过共晶铝硅合金棒坯的方法。
背景技术
过共晶铝硅合金是目前最有应用潜力的轻质耐磨材料之一，因其具有密度小、流动性好、线膨胀系数小、热稳定性好、高强度和高耐磨性等诸多优点，是制备汽车发动机活塞、缸体和汽车空调压缩机活塞、斜盘等零件的理想材料。其耐磨性随硅含量的增加而增强，但采用常规铸造方法制备的含硅量较高的过共晶铝硅合金往往出现初生硅粗大、有棱角和初生硅偏聚的现象，直接造成材料性能不均匀，严重影响其使用效果。因此，如何采用先进的制备工艺细化高硅铝合金组织，改善硅粒子形态、大小及分布，提高其力学性能，最终制备出能满足各种用途需要且综合性能优异的高硅铝合金材料，是近年来国内外材料研究者研究的重点之一。
中国专利CN1425520A提供了一种采用铝合金低频电磁场半连续铸造装置及方法。该专利中的装置是在现有结晶器的外部或内部设置一组线圈，向线圈中通入低频电流；该专利中的方法是采用该专利中的装置进行铝合金低频电磁场半连续铸造。该发明具有细化晶粒，使合金元素在晶内充分固溶，避免裂纹，提高铸锭成才率，消除偏析瘤，改善表面浇量等优点。但是该方法未提及铸造过共晶铝硅合金，而且该方法还存在铸造速度低，生产效率低，生产成本高，并且存在严重的成分偏析、晶粒粗大等缺陷。
中国专利CN1524650也提及了一种采用喷射沉积技术获得性能优异材料的专利技术。该技术主要采用喷射沉积的方法，该方法虽可以制备出晶粒细小、初生硅分布均匀的过共晶铝硅合金坯料，但是采用该方法的制备成本很高，制造的坯料的体积有限，很难实现大批量过共晶铝硅合金棒坯的连续制备。
总之，如何低成本快速地制备出初生硅细小、分布均匀的过共晶铝硅合金棒坯是一个急需解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种低成本快速制备过共晶铝硅合金棒坯的方法。采用该方法可以有效地解决过共晶铝硅合金显微组织中初生硅尺寸偏大和偏析问题，从而提高合金的机械性能；并且可以制备出组织性能良好、大尺寸的过共晶铝硅合金棒坯，生产效率高，有望实现大规模工业应用。
本发明采用的具体制备工艺如下：
(1)在惰性气体保护下，将过共晶铝硅合金置于电阻加热炉或电磁感应加热炉中熔化成合金熔体，当熔体温度上升到830～900℃时将其转移到中间包内，添加熔体清渣剂，充分搅拌并保温20～30分钟后扒去浮渣；
(2)当熔体温度降到800～820℃时，添加质量百分比为1‰～6‰的变质剂，搅拌均匀，保温20～50分钟；
(3)当熔体温度降到780～800℃时，添加质量百分比为2‰～10‰的精炼剂，充分搅拌，保温15～20分钟后扒去浮渣；
(4)对合金熔体进行除气处理：向熔体中通入六氯乙烷、氮气或氩气，气压为0.01MPa的气体，保温10～15分钟，除气完毕后熔体静置孕育30～40分钟；
(5)加热熔体到800～820℃后采用电磁搅拌方法进行半连续铸造，结晶器内的熔体温度为730～760℃，电磁搅拌器的搅拌电流为20～100A，搅拌频率为5～100Hz，连铸机的连铸速度为30～800mm/min，冷却水温度为室温，流量为10～500L/min。
本发明的有益效果是：本发明可实现初生硅晶粒细小、分布均匀的过共晶铝硅合金棒坯的连续制备；本发明工艺简单，操作方便，投资成本低，由于采用快速制备技术，可使铸造速度大大加快，生产效率高，容易与大工业生产工艺相结合。
附图说明
图1是电磁搅拌法快速制备过共晶铝硅合金棒坯的结构示意图；
图2是电磁搅拌法快速制备的A390铝合金棒坯的微观组织；
图3是普通铸造方法制备的A390铝合金棒坯的微观组织。
其中，1是中间包，2是电磁搅拌器，3是结晶器，4水箱，5是棒坯。
具体实施方式
本发明的原理是：合金材料熔炼过程中采用惰性气体保护，同时在合金熔体变质前先进行清渣精炼处理，避免合金熔体中的杂质阻碍熔体的变质处理和初生相的析出；采用电磁搅拌可以使得整个熔体的温度场、成分场更加趋于一致，有利于晶核存活率的提高，同时有效地阻止初生相的团聚，达到细化初生硅的目的；而且还可减少变质剂用量，大大缩短变质处理时间，变质效果稳定，由于反应渣减小，不会对合金熔体造成污染，合金收率高；电磁搅拌还可以加速凝固过程中的潜热大量释放，实现快速凝固，从而获得初生硅细小、分布均匀的微观组织，最终获得高性能的过共晶铝硅合金棒坯5。
下面结合附图与实施例来进一步解释本发明。
实施例1
汽车空调压缩机斜盘零件所用的Φ76mm，含硅量16％～18％的美国牌号为A390铝合金棒坯的制备：
(1)在氩气保护下，将铝锭置于中频感应炉中熔化成合金熔体，当熔体温度上升到840℃时将其转移到中间包1内，添加熔体清渣剂，充分搅拌并保温20分钟后扒去浮渣；
(2)当熔体温度降到820℃时，添加质量百分比为2‰的Al-P中间合金变质剂，搅拌均匀，保温30分钟；
(3)当熔体温度降到790℃时，添加质量百分比为4‰的精炼剂，充分搅拌，保温15分钟后扒去浮渣；
(4)对合金熔体进行除气处理：向熔体中通入六氯乙烷，气压为0.01MPa的气体，保温15分钟，除气完毕后熔体静置孕育30分钟；
(5)加热熔体到820℃后采用电磁搅拌方法进行半连续铸造，结晶器3内的熔体温度为740℃，电磁搅拌器2的搅拌电流为40A，搅拌频率为10Hz，连铸机的连铸速度为600mm/min，水箱4中冷却水温度为室温，流量为100L/min。
制得的A390铝合金棒坯5的微观组织如图2所示，图3是普通铸造方法制备的A390铝合金棒坯的微观组织。两图对比显示：本发明制备的A390铝合金棒坯5初生硅组织细小、分布均匀，而普通铸造法得到的A390铝合金棒坯组织粗大、团聚，分布不均匀。此外，分别对普通铸造法和本发明制备的A390铝合金棒坯进行T6热处理和力学性能测试，对比结果如表1所示，可知采用本发明制备的A390铝合金棒坯力学性能明显提高。
表1