[發明專利]一種用電磁懸浮熔煉技術制備共晶鋁硅合金的方法

無效

• 申請號: 201110280463.4
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號: CN102304629A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 劉光磊;司松海;司乃潮;趙羅根;楊嵩
• 申請（專利權）人: 鎮江憶諾唯記憶合金有限公司
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C21/00;B22D27/02
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技術領域

本發明屬于電磁懸浮熔煉和鋁合金技術領域，特指一種用電磁懸浮熔煉技術制備共晶鋁硅合金的方法。

背景技術

典型的共晶鋁硅合金成分為，含Si10％-13％，余量為鋁，金相組織為α(Al)+共晶體(α+Si)及少量初晶Si。共晶鋁硅合金具有鑄造性能優良，耐磨性、抗蝕性和耐熱性好等優點，但其熱處理強化效果差，力學性能不高，必須進行變質處理以提高其力學性能。共晶鋁硅合金適用于壓鑄件或要求耐蝕、耐磨、承受中小載荷的薄壁、復雜鑄件，如各種儀表的框架、殼體、基座等。

電磁場在材料科學研究和加工應用是當前材料科學研究的一個熱點，取得了很大的進展。電磁場在金屬凝固過程中起著非常重要的作用，它可以有效改善合金的組織及性能。電磁懸浮熔煉技術正是利用電磁場來實現材料的熔化、攪拌和軟接觸成形，被廣泛應用于航空航天、國防軍事、機械電子和冶金制造等領域。本發明開發出一種用電磁懸浮熔煉技術制備共晶鋁硅合金的方法。

發明內容

本發明的目的是開發出一種用電磁懸浮熔煉技術制備共晶鋁硅合金的方法，其特征為：將成分為含Si11％-13％，余量為鋁的共晶鋁硅合金在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中進行熔煉，輸出電流分別采用50A、70A、90A三種規格，當溫度達到780℃-800℃時，保溫5分鐘，停止加熱，保持試樣在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中自然冷卻至室溫，然后取出合金試樣。

金相顯微組織觀察分別從熔煉出的合金頂面、底面和縱面取樣，如圖1所示。金相試樣尺寸大約為1cm×1cm×1cm。

拉伸試樣按圖2所示的尺寸、規格，采用DK7720型電火花線切割機加工而成。

為了便于對比，共晶鋁硅合金先采用常規熔煉方法，在中頻感應電爐中進行熔煉，當溫度達到780℃-800℃時，保溫5分鐘，進行澆注，然后制備合金試樣，金相組織如圖3所示。可以明顯看到共晶鋁硅合金晶粒粗大，樹枝狀初生α固溶體互相團聚在一起，粗大針片狀共晶硅呈束狀分布在初生α固溶體周圍。共晶硅間距較大，組織不致密。

圖4表示輸出電流分別為50A、70A、90A時，電磁懸浮熔煉后亞共晶鋁硅合金的金相組織。與常規熔煉相比，初生α固溶體晶粒尺寸變小，由枝晶狀轉變為橢球狀和球狀，分布均勻，很少發生團聚。共晶硅得到明顯細化，致密地分布在初生α固溶體周圍。產生這些變化的原因主要是激烈的電磁攪拌使熔體溫度場和溶質場均勻化，硅相形核區域增大，晶核增多，同時硬質硅相的機械破碎和相互摩擦抑制了其各向異性生長，因而組織得到細化。當輸出電流一定時，試樣頂面組織較其底面和縱面更為細密，等軸晶數量更多。這種變化是由水冷銅坩堝倒錐形部位磁力線更密集，電磁懸浮和攪拌作用更強烈，冷卻速度更快造成的。

在交變電磁場作用下，熔體受電磁力的作用產生強烈的對流，有利于晶粒的細化，另一方面，電流通過金屬熔體時，將產生焦耳熱效應，從而導致熔體溫度的變化，對于凝固體系來說，焦耳熱相當于內熱源，它將使凝固系統的整體冷卻速度降低，過冷度減小，導致組織有可能發生粗化，最終的凝固組織是由這兩方面共同作用的結果。所以，當輸出電流從50A提高到70A時，組織不斷細化，但繼續增大電流達到90A后，晶粒尺寸反而粗化。

附圖說明

圖1金相試樣的取樣部位示意圖

圖2拉伸試樣規格

圖3常規熔煉條件下共晶鋁硅合金組織

圖4電磁懸浮熔煉條件下共晶鋁硅合金組織

(a)底面(b)頂面(c)縱面

具體實施方式

實施例1

將成分為含Si11％，余量為鋁的共晶鋁硅合金在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中進行熔煉，輸出電流采用50A，當溫度達到780℃-800℃時，保溫5分鐘，停止加熱，保持試樣在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中自然冷卻至室溫，然后取出合金試樣。與常規熔煉相比，初生α固溶體晶粒尺寸變小，由枝晶狀轉變為橢球狀和球狀，分布均勻，很少發生團聚。共晶硅得到明顯細化，致密地分布在初生α固溶體周圍。金相組織見圖4，力學性能見表1。

實施例2

將成分為含Si12％，余量為鋁的共晶鋁硅合金在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中進行熔煉，輸出電流采用70A，當溫度達到780℃-800℃時，保溫5分鐘，停止加熱，保持試樣在電磁懸浮熔煉爐銅坩堝中自然冷卻至室溫，然后取出合金試樣。與常規熔煉相比，初生α固溶體晶粒尺寸變得更加細小，由枝晶狀轉變為橢球狀和球狀，分布均勻，很少發生團聚。共晶硅得到明顯細化，更加致密地分布在初生α固溶體周圍。金相組織見圖4，力學性能見表1。

實施例3