專利名稱：一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備過共晶鋁硅合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁懸浮熔煉和鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，特指一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備過共晶鋁硅合金的方法。
背景技術(shù)：
電磁場在材料科學(xué)研究和加工應(yīng)用是當(dāng)前材料科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，取得了很大的進(jìn)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(shù)正是利用電磁場來實(shí)現(xiàn)材料的熔化、攪拌和軟接觸成形，被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍事、機(jī)械電子和冶金制造等領(lǐng)域。過共晶鋁硅合金中初生硅的顯微硬度很高，可達(dá)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(zhì)點(diǎn)的輕質(zhì)耐磨結(jié)構(gòu)材料，其體積穩(wěn)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(yán)重割裂了基體，在硅相的尖角處和棱角處容易引起應(yīng)力集中，使合金變脆， 并使其力學(xué)性能，特別是延伸率顯著降低，且合金的切削性能亦很差，嚴(yán)重制約了該合金在工業(yè)生產(chǎn)中的的廣泛應(yīng)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(xué)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(zhì)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(wěn)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(xì)化的問題。本發(fā)明開發(fā)出一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備過共晶鋁硅合金的方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)出一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備過共晶鋁硅合金的方法，其特征為將成分為Sil9-21%，MgO. 3-0.4%, TiO. 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(jìn)行熔煉，輸出電流分別采用50A、70A、90A三種規(guī)格，當(dāng)溫度達(dá)到780V -800°C時(shí)，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IcmX IcmX lcm。拉伸試樣按圖2所示的尺寸，采用DK7720型電火花線切割機(jī)加工而成。為了便于對比，過共晶鋁硅合金先采用常規(guī)熔煉方法，在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，當(dāng)溫度達(dá)到780V -800°C時(shí)，保溫5分鐘，進(jìn)行澆注，然后制備合金試樣，金相組織如圖3 所示?？梢钥吹匠Ｒ?guī)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(yīng)力集中，導(dǎo)致材料變脆，性能降低。圖4表示輸出電流分別為50A、70A、90A時(shí)，電磁懸浮熔煉后過共晶鋁硅合金的金相組織。與常規(guī)熔煉相比，組織明顯細(xì)化，初生硅由粗大板塊狀變?yōu)樾∷閴K狀，共晶硅變得細(xì)小致密，組織間距大大減小，尖銳棱角基本被鈍化。產(chǎn)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(zhì)場均勻化，硅相形核區(qū)域增大，晶核增多，同時(shí)硬質(zhì)硅相的機(jī)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(xì)化。當(dāng)輸出電流一定時(shí)，試樣頂面組織較其底面和縱面更為細(xì)密，等軸晶數(shù)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(qiáng)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(chǎn)生強(qiáng)烈的對流，有利于晶粒的細(xì)化， 另一方面，電流通過金屬熔體時(shí)，將產(chǎn)生焦耳熱效應(yīng)，從而導(dǎo)致熔體溫度的變化，對于凝固體系來說，焦耳熱相當(dāng)于內(nèi)熱源，它將使凝固系統(tǒng)的整體冷卻速度降低，過冷度減小，導(dǎo)致組織有可能發(fā)生粗化，最終的凝固組織是由這兩方面共同作用的結(jié)果。所以，當(dāng)輸出電流從 50A提高到70A時(shí)，組織不斷細(xì)化，繼續(xù)增大電流達(dá)到90A后，晶粒尺寸反而粗化。上述輸出電流中，輸出電流可優(yōu)選為70A。
圖1金相試樣的取樣部位示意2拉伸試樣規(guī)格圖3常規(guī)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(shí)施例方式實(shí)施例1將成分為Si 19%，MgO. 3%, TiO. 12%，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(jìn)行熔煉，輸出電流采用50A，當(dāng)溫度達(dá)到780°C -800°C時(shí)，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(guī)熔煉相比，組織明顯細(xì)化，初生硅由粗大板塊狀變?yōu)樾∷閴K狀，共晶硅變得細(xì)小致密，組織間距大大減小，尖銳棱角基本被鈍化。金相組織見圖3和圖4，力學(xué)性能見表1。實(shí)施例2將成分為Si20%，Mg0. 35%,TiO. 15%，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(jìn)行熔煉，輸出電流采用70A，當(dāng)溫度達(dá)到780°C -800°C時(shí)，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(guī)熔煉相比，組織更加細(xì)化，初生硅由變成更小的碎塊狀，共晶硅變得更加細(xì)小致密，組織間距大大減小，尖銳棱角基本被鈍化。金相組織見圖3和圖4，力學(xué)性能見表1。實(shí)施例3將成分為Si21%，MgO. 4%, TiO. 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(jìn)行熔煉，輸出電流采用90A，當(dāng)溫度達(dá)到780°C -800°C時(shí)，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(guī)熔煉相比，組織還是細(xì)化，但與輸出電流采用70A相比，組織反而有所粗化，金相組織見圖3和圖4，力學(xué)性能見表1。對比例
將成分為Si20%，Mg0. 35%,TiO. 15%，余量為鋁的過共晶鋁硅合金采用常規(guī)熔煉方法，在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，當(dāng)溫度達(dá)到780V -800°C時(shí)，保溫5分鐘，進(jìn)行澆注，然后制備合金試樣?？梢钥吹匠Ｒ?guī)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(yīng)力集中，導(dǎo)致材料變脆，性能降低。金相組織見圖3，力學(xué)性能見表1。表1各組試樣的拉伸力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備過共晶鋁硅合金的方法，其特征為將成分為 Sil9-21%, MgO. 3-0. 4%, TiO. 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(jìn)行熔煉，輸出電流分別采用50A、70A、90A三種規(guī)格，當(dāng)溫度在到780°C -800°C 時(shí)，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，然后取出合金試樣進(jìn)行金相顯微組織觀察和力學(xué)性能試驗(yàn)；與常規(guī)熔煉相比，組織明顯細(xì)化，初生 Si由粗大板塊狀變?yōu)樾∷閴K狀，共晶硅變得細(xì)小致密，組織間距大大減小，尖銳棱角基本被鈍化；當(dāng)輸出電流一定時(shí)，試樣頂面組織較其底面和縱面更為細(xì)密，等軸晶數(shù)量更多；當(dāng)輸出電流從50A提高到70A時(shí)，組織不斷細(xì)化，繼續(xù)增大電流達(dá)到90A后，組織反而有所粗化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備過共晶鋁硅合金的方法，輸出電流可優(yōu)選為70A。
全文摘要
一種用電磁懸浮熔煉技術(shù)制備過共晶鋁硅合金的方法，屬于電磁懸浮熔煉和鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，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(jìn)行熔煉，輸出電流分別采用50A、70A、90A三種規(guī)格，當(dāng)溫度在到780℃-800℃時(shí)，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，然后取出合金試樣進(jìn)行金相顯微組織觀察和力學(xué)性能試驗(yàn)。
文檔編號C22C21/02GK102312136SQ20111028950
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者劉光磊, 司乃潮, 司松海, 楊嵩, 趙羅根 申請人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司