[發明專利]一種用電磁懸浮熔煉技術制備過共晶鋁硅合金的方法

無效

• 申請號: 201110289504.6
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號: CN102312136A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 司松海;司乃潮;劉光磊;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: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/02
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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過共晶鋁硅合金的方法。

背景技術

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。

過共晶鋁硅合金中初生硅的顯微硬度很高，可達HV1000～1300，而α(Al)的顯微硬度僅為HV60～100。該合金是一種軟基體上分布著硬質點的輕質耐磨結構材料，其體積穩定性比亞共晶鋁硅合金高。但由于過共晶鋁硅合金中的針狀共晶硅及粗大的多角形或板條狀的初晶硅嚴重割裂了基體，在硅相的尖角處和棱角處容易引起應力集中，使合金變脆，并使其力學性能，特別是延伸率顯著降低，且合金的切削性能亦很差，嚴重制約了該合金在工業生產中的的廣泛應用。因此，改善初生硅的形貌、減小初生硅的尺寸，是提高過共晶鋁硅合金力學性能和改善切削加工性能的重要途徑。至今人們投入了大量的研究，取得了一定的成果，如采用變質處理工藝等，但已有的這些處理方法在操作的可行性及效果的穩定性方面仍不令人滿意，迫切需要尋求一種新工藝來解決過共晶鋁硅合金細化的問題。本發明開發出一種用電磁懸浮熔煉技術制備過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過共晶鋁硅合金的方法，其特征為：將成分為Si19-21％，Mg0.3-0.4％，Ti0.12-0.18％，余量為鋁的過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，采用DK7720型電火花線切割機加工而成。

為了便于對比，過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。可以看到常規熔煉條件下過共晶鋁硅合金組織粗大，且存在氣孔、夾雜物等缺陷。組織中共晶硅為粗大針片狀，而初生硅相呈粗大板塊狀，雜亂地分布在基體中。硅相的棱角和端部尖銳，極易引起應力集中，導致材料變脆，性能降低。

圖4表示輸出電流分別為50A、70A、90A時，電磁懸浮熔煉后過共晶鋁硅合金的金相組織。與常規熔煉相比，組織明顯細化，初生硅由粗大板塊狀變為小碎塊狀，共晶硅變得細小致密，組織間距大大減小，尖銳棱角基本被鈍化。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，繼續增大電流達到90A后，晶粒尺寸反而粗化。

上述輸出電流中，輸出電流可優選為70A。

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常規熔煉條件下過共晶鋁硅合金相組織

圖4電磁懸浮熔煉條件下過共晶鋁硅合金相組

(a)底面(b)頂面(c)縱面

具體實施方式

實施例1