铝硅系合金电磁调质方法.pdf

本发明涉及铝硅系合金电磁调质方法，步骤如下：首先熔化铝硅合金，熔化温度为800～1000℃；对于需要添加其它合金元素的铝硅合金，在铝硅完全熔化并混合均匀后加入，添加合金元素后升温至740～840℃，对合金元素进行除气处理；在半连续铸造机上铸造，铸造温度高于液相线80～ 150℃，铸造速度为70～130mm/min，要点是铝硅合金熔体在铸造过程中外施加一种低频电磁场，磁场频率控制为15～50HZ、磁场强度为10000～20000安匝。本发明优点和效果是：调质方法简单，操作简便，易于掌握，变质效果明显；对合金最终化学成分无任何影响；电磁调质既可以细化共晶组织也能细化初生相；与快速凝固技术相比较，电磁调质方法成本有极大的降低；电磁调质方法易于工业化生产。

1、  一种铝硅系合金电磁调质方法，按如下工艺步骤施行：
1)首先熔化铝硅合金，控制熔化温度为800～1000℃；
2)对于需要添加其它合金元素的铝硅合金，在铝硅完全熔化并混合均匀后，添加其它合金元素；
3)在添加合金元素后，升温至740～840℃，对合金溶液进行除气处理；
4)在半连续铸造机上铸造，铸造温度高于液相线80～150℃，铸造速度为70～130mm/min，其特征在于铝硅合金熔体铸造过程中外施加一种低频电磁场。

2、  按照权利要求1所述的铝硅系合金电磁调质方法，其特征在于铝硅合金熔体在铸造过程中外施加的低频电磁场是通过布置在传统结晶器外的电磁感应线圈产生低频电磁场。

3、  按照权利要求1或2所述的铝硅系合金电磁调质方法，其特征在于铸造过程中外施加的低频电磁场，磁场频率控制为15～50HZ、磁场强度为10000～20000安匝。

铝硅系合金电磁调质方法
技术领域
本发明涉及金属材料的成形，具体涉及铝硅系合金电磁调质方法。
背景技术
铝硅系合金在铸造铝合金中是应用最广泛的一种合金材料，它具有容重小、强度高、铸
造成形性好和加工性能优良等一系列优点，已成为制造行业中最受重视的结构材料之一。但是，铝硅合金组织中共晶硅呈粗大的片状，硅相的尺寸、形态及分布状况差，严重地割裂了基体，降低了合金地强度和塑性，这一问题随着Si含量的提高而更为突出。改变硅相的形态，减小其对基体性能的削弱作用，是提高铝硅合金性能的有效途径。目前，改善铝硅合金中硅相形态的主要方法有：变质处理、快速凝固、振动及搅拌等。
迄今为止，亚共晶铝硅合金的变质元素除钠以外，还有锶、碲、钡、锑、钾、稀土、硼、硫等。其中，应用较多的是含钠和锶的变质剂。过共晶铝硅合金的主要变质元素为磷和锶。实际生产中使用的变质剂主要是钠盐、锶铝合金、稀土、赤磷及含磷中间合金。变质处理可以细化硅相并改变其形貌，但变质剂的加入改变了合金化学成分，同时各种变质剂存在着不同的孕育期和时效性，实际应用中不仅复杂而且对合金的最终性能或多或少也都存在一定的影响。
快速凝固技术问世于20世纪60年代，所谓快速凝固即由液相到固相的冷却速度相当快，从而获得了传统铸件或铸锭所不能获得的成分、相结构或微观结构。快速凝固的冷却速率通常在10⁴℃/S以上。快速凝固可以显著减小合金材料的晶粒尺寸，细化微观组织；可以极大地提高合金元素的固溶度；获得少偏析或无偏析的均匀的微观组织。目前，日本、美国及荷兰等国家在该领域的研究比较活跃，中国也有不少大学及研究机构开展了这方面的研究。快速凝固Al-Si合金成本较高是制约其被广泛应用的最主要原因。
振动及搅拌技术目前还处于在实验室研究阶段，效果不稳定，无法在生产中应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种铝硅系合金电磁调质方法，改善铸造铝硅合金的组织和性能。其调质方法简单，操作方便，铝硅合金变质效果明显，对合金最终的化学成分无任何影响，调质方法成本低，并易于工业化生产。
本发明铝硅系合金电磁调质方法按以下工艺步骤进行：
1)首先熔化铝硅合金，熔化温度为800～1000℃；
2)对于需要添加其它合金元素的铝硅合金，在铝硅完全熔化并混合均匀后，添加其它合金元素；
3)添加合金元素后，升温至740～840℃，对合金溶液进行除气处理；
4)在半连续铸造机上铸造，铸造温度高于液相线80～150℃，铸造速度为70～130mm/min，其要点是铝硅合金熔体铸造过程中外施加一种低频电磁场。
上面所述的外施加低频电磁场，是通过布置在传统的结晶器外的电磁感应线圈产生低频电磁场。铝硅合金熔体，由于通过电磁力的约束作用，减少金属熔体与结晶器的接触线高度，改变铸锭冷却过程中热通量分布及熔体内部的温度场与流动场，有效地起到了改变初晶Si、共晶Si相的尺寸与形貌，对于亚共晶合金达到α枝晶与共晶体分布均匀和改善铸锭表面质量的作用；使共晶合金获得细小、均匀的共晶组织；使过共晶合金中的初晶Si得以细化并均匀分布。
在铝硅合金熔体铸造的结晶器外布置电磁感应线圈，磁场频率控制为15～50HZ、磁场强度为10000～20000安匝。
本发明与现有技术相比较，具有明显的优点和效果：
(1)调质方法简单，操作简便，易于掌握，变质效果明显。从实施例1、2、3中对A356铝硅合金、4045合金，Al-20Si合金，分别进行了施加电磁调质和未施加电磁场调质对比试验，其结果，合金金相组织如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，证明其变质效果非常明显；
(2)由于电磁调质方法中不添加任何变质剂，对合金最终的化学成分无任何影响；同时，电磁调质既可以细化共晶组织也能细化初生相；
(3)与快速凝固技术相比较，电磁调质方法成本有极大的降低；
(4)电磁调质方法易于工业化生产。
附图说明
图1是例1中A356合金，未施加低频电磁场的金相组织图；
图2是例1中A356合金，施加低频电磁场的金相组织图；
图3是例2中4045合金未施加低频电磁场的100倍金相组织图；
图4是例2中4045合金施加低频电磁场的100倍金相组织图；
图5是例2中4045合金未施加低频电磁场的1000倍金相组织图；
图6是例2中4045合金施加低频电磁场的1000倍金相组织图；
图7是例3中Al-20Si合金未施加低频电磁场的金相组织图；
图8是例3中Al-20Si合金施加低频电磁场的金相组织图。
具体实施方式
例1：以A356合金坯料为原料，加入电阻炉内加热，熔炼温度为800℃，设定电磁线圈匝数100匝，铸造机速度130mm/min，确定磁场频率为30Hz，电流强度为10000安匝，浇铸温度为720℃时，水平连续铸造获得锭坯。
其结果比较如图1、图2所示：
(1)低频电磁铸造与未施加低频电磁场的铸造比较，得出低频电磁铸造可以细化晶粒，获得细小的α-Al组织和共晶组织。
(2)施加低频电磁场，可以提高硅在铝中的晶内含量，使共晶区域和晶界变窄，且硅的分布更加均匀。
例2：在石墨坩埚中以硅颗粒(颗粒尺寸为10～40mm)铺底，上面压满纯铝块，升温至900℃，将铝熔化并保温3小时，充分搅拌是硅在铝溶液中完全溶解。设定电磁线圈匝数100匝，铸造机速度100mm/min，确定磁场频率为50Hz，磁场强度为15000安匝，浇铸温度为710℃时，水平连续铸造获得锭坯。
其结果比较如图3、图4、图5、图6所示：
(1)未加电磁场的α-Al枝晶较粗大且不均匀：加电磁场的α-Al枝晶细小且均匀。
(2)未加电磁场的共晶Si晶粒尺寸较大且不均匀，有些部位呈簇状生长；加电磁场的共晶Si晶粒尺寸较小且均匀分布，细密。
例3：以Al-20Si中间合金为原料，加热至1000℃，保温30min。设定电磁线圈匝数100匝，铸造机速度70mm/min，确定磁场频率为15Hz，电流强度为20000安匝，浇铸温度为840℃时，水平连续铸造获得锭坯。
其结果比较如图7、图8所示：
(1)对于过共晶铝硅合金而言，低频电磁铸造可以细化初晶硅颗粒并改变其形貌。
(2)电磁铸造可以明显细化过共晶铝硅合金的共晶组织，产生了显著的变质作用。