[發明專利]一種細化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法

有效

• 申請號: 201210272948.3
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN102787248A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 郭建;武曉霞;黃小婷
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C1/10;C22C21/02
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張紹琳;鄭園

技術領域

本發明屬于合金材料技術領域，涉及提高過共晶鋁硅合金使用性能的合金顯微組織結構細化技術。

背景技術

與其它鋁硅合金材料相比，過共晶鋁硅合金，由于含有大量硅元素，合金的密度小，熱膨脹系數減小，耐磨性提高。在常規鑄造條件下，過共晶鋁硅合金中硅元素主要以粗大初晶硅相和針片狀的共晶硅相形式存在，硅元素的這兩種存在形式，特別是粗大初晶硅相顯著降低了合金的力學性能。所以在工業生產中需要對過共晶鋁硅合金中的初晶硅相或共晶硅相進行細化處理，以提高合金性能。

目前過共晶鋁硅合金中的硅相細化主要是初晶硅相細化，實用的細化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法是，在合金熔鑄時添加少量的P元素。細化共晶硅的方法是添加少量的Sr元素或Na元素。

在常規生產技術條件下，加入P元素細化過共晶鋁硅合金中的初晶硅，需要使用較高的澆鑄溫度，通常初晶硅顆粒難以細化到50微米以下。此外，在合金熔體中，P元素會與細化共晶硅的Sr或Na結合成穩定化合物，而失去細化硅相的作用。因此，目前工程應用上難以同時細化過共晶鋁硅合金中初晶硅和共晶硅。

采用快速凝固技術，如噴射沉積技術，可以有效抑制過共晶鋁硅合金凝固時硅相長大，實現同時細化合金中的初晶硅和共晶硅。但使用快速凝固技術成本高，且難以制造尺寸大或形狀復雜的零部件。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是在常規生產技術條件下，對過共晶鋁硅合金中的初晶硅相進行細化。

為了解決上述技術問題采用以下技術方案：一種細化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法，在過共晶鋁硅合金熔鑄時，通過TiB₂顆粒相細化過共晶鋁硅合金中初晶硅相。

過共晶鋁硅合金的顯微組織為，被細化的初晶硅相中存在TiB₂顆粒相。

在含硅量為15~30%（質量分數）的過共晶鋁硅合金中，細化初晶硅相所需的TiB₂顆粒相含量為0.5~4.5%（質量分數）。

第一種方法：在熔鑄過共晶鋁硅合金時，向過共晶鋁硅合金熔體中加入氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀，使氟硼酸鉀和氟鈦酸鉀在過共晶鋁硅合金中形成TiB₂顆粒。

第二種方法：在熔鑄過共晶鋁硅合金時，向過共晶鋁硅合金熔體中加入Al-Ti中間合金和Al-B中間合金，使其形成TiB₂顆粒，其中Al-Ti中間合金中含有質量分數為2~20%的Ti、Al-B中間合金中含有質量分數為1~10%的B。

第三種方法：在熔鑄過共晶鋁硅合金時，向過共晶鋁硅合金熔體中加入Al-?TiB₂中間合金，Al-?TiB₂中間合金中含有質量分數為4~20%?的TiB₂。

本發明是在過共晶鋁硅合金熔配時，利用自生TiB₂顆粒細化過共晶鋁硅合金中初晶硅相，不需要高的澆鑄溫度可以使初晶硅相細化至50微米以下。由于TiB₂顆粒在鋁合金熔體中穩定性高，不與合金中的其它合金元素發生反應，具有細化效果長效性，不影響Sr元素或Na元素對合金中共晶硅的變質細化作用，可實現過共晶鋁硅合金中初晶硅和共晶硅同時細化，顯著提高合金性能。

具體實施方式

實施例1：一種細化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法，在坩堝電阻爐中熔配Al-15%Si-0.5%TiB₂（%，質量分數，以下相同）過共晶鋁硅合金。

（1）在鋁合金熔煉爐中熔化純鋁錠。

（2）合金中所需15%Si元素以Al-40%Si中間合金形式加入鋁熔體中。

（3）在熔體中合成0.5%自生TiB₂，按計量比向合金熔體中加入Al-10Ti中間合金和Al-4B中間合金。使之形成0.5%TiB₂。

（4）合金澆鑄，按鋁硅合金的常規熔煉工藝對合金熔體除氣和精煉，合金精煉后保溫10分鐘，于740℃澆入金屬模中。

合金試樣金相分析顯示，合金中共晶硅為針片狀，過共晶硅為35~45微米顆粒狀。

實施例2：一種細化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法，在坩堝電阻爐中熔配Al-17%Si-4.5%Cu-0.6%Mg-0.06%Sr-1.3%TiB₂過共晶鋁硅合金。

（1）在鋁合金熔煉爐中熔化純鋁錠。