[發明專利]一種共晶鋁硅合金的磷鈦雙重變質方法

有效

• 申請號: 201710484856.4
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107236875B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 王建華;王碩;劉亞;蘇旭平
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及有色金屬制備領域，尤其涉及一種共晶鋁硅合金的磷鈦雙重變質方法。本發明將共晶鋁硅合金加熱熔融并除氣精煉，依次使用Al?3P中間合金和Al?5Ti中間合金對共晶鋁硅合金進行變質，制得變質后的共晶鋁硅合金，其微觀的顯微結構和宏觀的力學性能均得到了改善。本發明的處理方法簡單，成本低廉，可適用于大規模地工業化生產，應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及有色金屬制備領域，尤其涉及一種共晶鋁硅合金的磷鈦雙重變質方法。

背景技術

共晶鋁硅合金具有良好的鑄造性能，尤其是比強度高、熱膨脹系數小、耐磨耐蝕性好等特性被廣泛應用于汽車行業，特別是缸體、缸蓋、活塞和氣門挺桿。傳統工藝制造的共晶鋁硅合金中，共晶硅呈粗大的針片狀分布在α-Al基體，嚴重割裂基體，顯著降低了合金的力學性能和機加工性能?？萍脊ぷ髡吆凸I上常采用變質處理來改善共晶硅的形態和尺寸，以滿足對共晶鋁硅合金性能的要求。

國內外學者對各種變質劑進行了大量研究發現：共晶硅變質的元素有Na、Sr、Sb、Te、Ti、B和稀土元素La、Ce、Y等。Na與Sr變質機理類似，都是靠吸附在共晶硅的生長臺階上阻礙其生長成片狀來達到細化共晶組織的效果。Sb變質使共晶硅組織以片狀形式產生分枝，達到細化效果。Te的加入并不能夠從根本上對共晶硅的生長方式進行改變，而是使共晶硅變得更薄、更長，使共晶硅的橫向生長受阻，加速縱向生長。Al₃Ti尺寸細小且彌散分布，它的結晶比Al固溶體要早，具有與Al相同的晶格類型和相近的晶格常數，可作為Al固溶體的結晶核心，從而細化Al固溶體晶粒。AlB₂雖不能作為α-Al的核心，但它為Si的析出提供了形核襯底，液相中存在著析出的Si相，隨溫度的下降，α-Al有可能在結晶Si上形核，達到細化的目的。稀土所含元素眾多，變質機理比較復雜。干擾原子團理論認為稀土的加入減弱了Si-Si、Si-Al原子團之間的結合而加強了Al-Al原子團的結合，導致α-Al首先形核而Si相過冷，共晶結晶時，α-Al作為領先相首先析出并長大，從而限制了共晶硅的生長。有觀點則認為稀土變質的主要作用是由于稀土元素La、Ce等在凝固界面的富集作用而導致結晶前沿形成成分過冷，從而使硅晶生長易于分枝，初晶硅、共晶硅得以細化。還有觀點認為Ce可以奪取合金液或Al₂O₃中的氧形成彌散分布的CeO₂，CeO₂與Si晶體結構相似、晶格常數接近，可作為硅非均勻形核的核心。P一般作為初晶Si細化劑，Al與P反應生成AlP化合物，彌散分布在合金熔體中，其晶體結構與Si相同，屬于面心立方晶格，且晶格常數相近，其變質機理：AlP作為初晶Si的異質形核核心，從而細化了初晶硅。在共晶鋁硅合金中加入Al-P中間合金，就可以引入大量初晶Si，從而使共晶點左移，起到細化共晶Si的作用。

現有研究都是采用添加變質劑來細化亞共晶或共晶鋁硅合金中的α-Al相或共晶Si相，通過改善合金組織形態來提高其力學性能。并沒有提到在共晶鋁硅合金中引入初生α-Al相和初晶Si相來調控其顯微組織，以改善共晶鋁硅合金的力學性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了解決目前共晶鋁硅合金強度和塑韌性不高的問題，本發明提供一種共晶鋁硅合金的磷鈦雙重變質方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種共晶鋁硅合金的磷鈦雙重變質方法，其具體操作步驟包括：

(1)采用電爐在坩堝中熔煉Al-12.6wt.％Si共晶鋁硅合金，將共晶鋁硅合金熔體加熱至700～780℃；

(2)加入六氯乙烷除氣精煉；

(3)將Al-3P中間合金迅速壓入熔體中，攪拌均勻后保溫；其中，Al-3P中間合金中磷的質量分數為3％，Al-3P將共晶鋁硅組織變質為初晶硅組織。

(4)再將熔體移至650～750℃的電爐中；