[發明專利]一種半固態成形過共晶Al?Si合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201710057863.6
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN107058816A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 李潤霞;郝建飛;于寶義;丁超;孫繼鴻;鄭黎;宋麗英;史原脊
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/02;C22F1/043
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 李珉

技術領域

本發明屬于金屬熱處理領域，具體涉及一種半固態成形過共晶Al-Si合金及其制備方法。

背景技術

半固態成型工藝，是指在金屬凝固過程中，施以劇烈的攪拌或擾動、或改變金屬的熱狀態、或加入晶粒細化劑、或進行快速凝固，即改變初生固相的形核和長大過程，從而得到一種液態金屬母液中均勻的懸浮著一定數量球狀初生固相的固-液混合漿料，利用這種固-液混合漿料直接成形加工，或先將這種固-液混合漿料完全凝固成坯料，根據需要切分，再將切分的坯料重新加熱到固液兩相區，然后成形。這兩種方法都稱為金屬半固態成形。目前此技術主要在鋁合金和鎂合金做主材料的通信、電器、航空航天和醫療器械的零部件生產上，如各種制動泵、連桿斷頭、發動機油道等。

一直以來，熱處理是提高力學性能的重要手段，含Cu和/或Mg元素的鋁合金經過固溶熱處理后，第二相(Al₂Cu、Mg₂Si等)充分溶解，淬火后形成Cu、Mg等合金元素的過飽和固溶體，時效處理時過飽和合金元素沉淀析出形成彌散強化相，阻礙位錯運動，從而提高合金力學性。因而，為了進一步發掘半固態成形過共晶Al-Si合金潛能，使其力學性能滿足工業要求，廣泛應用于工業生產，可通過熱處理強化進一步提高半固態成形的過共晶Al-Si合金的力學性能。

半固態成型工藝能夠改善合金組織形貌，形成特殊的組織形態：合金的基體能量高、位錯密度大、晶粒細化、Si顆粒變小且均勻分布，因此，半固態成形鋁合金的熱處理強化行為不同于鑄造合金，傳統的T6熱處理工藝難以發掘半固態成形鋁合金的潛能，而高效節能的短流程熱處理更能發揮鋁合金半固態成形組織的優勢。

傳統的長時間固溶處理會使半固態成形Al-Si合金組織惡化：晶粒合并長大、Si相粗化、合金元素在界面等高能量處發生偏析等，從而導致合金性能降低。反之，借助Al-Si合金半固態成形組織優勢，在獲得溶質原子過飽和度與基體晶粒尺寸協調關系的基礎上，對合金進行短時固溶淬火處理，可獲得晶粒細小、溶質過飽和度高、位錯密度和空位濃度大的合金組織，從而為隨后的時效處理提供良好的析出條件，并可縮短時效處理時間。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供的一種半固態成形過共晶Al-Si及其制備方法；目的在充分利用半固態成形過共晶Al-Si合金組織的特殊性，發揮半固態成形過共晶Al-Si合金組織的優勢，通過較短的熱處理工藝流程，達到大幅度提高合金力學性能的目的。短流程熱處理工藝一方面節省了大量能源，降低了工件的成本；另一方面簡化了熱處理工藝，提高了合金的熱處理生產效率，對于半固態成形過共晶Al-Si合金的實際生產應用有重要意義。

本發明的半固態成形過共晶Al-Si合金，組成成分及其質量百分比為，Si：16～18％，Cu：1～5.0％，Mg：0.45～2％，Ti：0.1～0.2％、Fe：0.3～0.5％，余量為Al和不可避免的雜質。

本發明的半固態成形過共晶Al-Si合金，其抗拉強度為265～275MPa，延長率為2.45～2.72％。

本發明的半固態成形過共晶Al-Si合金的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，熔煉：

(1)按半固態成形過共晶Al-Si合金成分配比，熔煉制得Al-Si合金液；

(2)將Al-Si合金液，澆鑄后凝固制得Al-Si合金鑄錠，其中，在澆鑄和凝固過程均施加旋轉磁場，電磁攪拌的頻率為2～30Hz，電磁攪拌的電流為40～100A；

步驟2，半固態成形：

(1)將Al-Si合金鑄錠，在560～600℃保溫0.5～1h，制得半固態坯料；

(2)將半固態坯料，置入預熱的金屬模具中，進行擠壓，空冷至室溫，制得半固態成形工件；其中，模具預熱溫度為300～400℃，擠壓速度8～12mm/s，擠壓比為20～100，保壓時間為20～120s；

步驟3，短時固溶處理：

(1)將半固態成形工件，在鹽浴條件下進行固溶處理，固溶溫度為480～530℃，固溶時間為0.25～2h；

(2)將固溶處理后的工件，在20～60℃水中淬火；

步驟4，人工時效處理：

(1)將淬火后的工件，進行人工時效處理，溫度160～185℃，時間4～8h；

(2)將人工時效處理后的工件，空冷至室溫，制得半固態成形過共晶Al-Si合金。

上述的半固態成形過共晶Al-Si合金的制備方法中：