專利名稱：鋁硅系合金電磁調(diào)質(zhì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料的成形，具體涉及鋁硅系合金電磁調(diào)質(zhì)方法。
背景技術(shù)：
鋁硅系合金在鑄造鋁合金中是應(yīng)用最廣泛的一種合金材料，它具有容重小、強(qiáng)度高、鑄造成形性好和加工性能優(yōu)良等一系列優(yōu)點(diǎn)，已成為制造行業(yè)中最受重視的結(jié)構(gòu)材料之一。但是，鋁硅合金組織中共晶硅呈粗大的片狀，硅相的尺寸、形態(tài)及分布狀況差，嚴(yán)重地割裂了基體，降低了合金的強(qiáng)度和塑性，這一問題隨著Si含量的提高而更為突出。改變硅相的形態(tài)，減小其對(duì)基體性能的削弱作用，是提高鋁硅合金性能的有效途徑。目前，改善鋁硅合金中硅相形態(tài)的主要方法有變質(zhì)處理、快速凝固、振動(dòng)及攪拌等。
迄今為止，亞共晶鋁硅合金的變質(zhì)元素除鈉以外，還有鍶、碲、鋇、銻、鉀、稀土、硼、硫等。其中，應(yīng)用較多的是含鈉和鍶的變質(zhì)劑。過共晶鋁硅合金的主要變質(zhì)元素為磷和鍶。實(shí)際生產(chǎn)中使用的變質(zhì)劑主要是鈉鹽、鍶鋁合金、稀土、赤磷及含磷中間合金。變質(zhì)處理可以細(xì)化硅相并改變其形貌，但變質(zhì)劑的加入改變了合金化學(xué)成分，同時(shí)各種變質(zhì)劑存在著不同的孕育期和時(shí)效性，實(shí)際應(yīng)用中不僅復(fù)雜而且對(duì)合金的最終性能或多或少也都存在一定的影響。
快速凝固技術(shù)問世于20世紀(jì)60年代，所謂快速凝固即由液相到固相的冷卻速度相當(dāng)快，從而獲得了傳統(tǒng)鑄件或鑄錠所不能獲得的成分、相結(jié)構(gòu)或微觀結(jié)構(gòu)。快速凝固的冷卻速率通常在104℃/S以上?？焖倌炭梢燥@著減小合金材料的晶粒尺寸，細(xì)化微觀組織；可以極大地提高合金元素的固溶度；獲得少偏析或無偏析的均勻的微觀組織。目前，日本、美國(guó)及荷蘭等國(guó)家在該領(lǐng)域的研究比較活躍，中國(guó)也有不少大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)開展了這方面的研究?？焖倌藺l-Si合金成本較高是制約其被廣泛應(yīng)用的最主要原因。
振動(dòng)及攪拌技術(shù)目前還處于在實(shí)驗(yàn)室研究階段，效果不穩(wěn)定，無法在生產(chǎn)中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種鋁硅系合金電磁調(diào)質(zhì)方法，改善鑄造鋁硅合金的組織和性能。其調(diào)質(zhì)方法簡(jiǎn)單，操作方便，鋁硅合金變質(zhì)效果明顯，對(duì)合金最終的化學(xué)成分無任何影響，調(diào)質(zhì)方法成本低，并易于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明鋁硅系合金電磁調(diào)質(zhì)方法按以下工藝步驟進(jìn)行1)首先熔化鋁硅合金，熔化溫度為800～1000℃；2)對(duì)于需要添加其它合金元素的鋁硅合金，在鋁硅完全熔化并混合均勻后，添加其它合金元素；3)添加合金元素后，升溫至740～840℃，對(duì)合金溶液進(jìn)行除氣處理；4)在半連續(xù)鑄造機(jī)上鑄造，鑄造溫度高于液相線80～150℃，鑄造速度為70～130mm/min，其要點(diǎn)是鋁硅合金熔體鑄造過程中外施加一種低頻電磁場(chǎng)。
上面所述的外施加低頻電磁場(chǎng)，是通過布置在傳統(tǒng)的結(jié)晶器外的電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生低頻電磁場(chǎng)。鋁硅合金熔體，由于通過電磁力的約束作用，減少金屬熔體與結(jié)晶器的接觸線高度，改變鑄錠冷卻過程中熱通量分布及熔體內(nèi)部的溫度場(chǎng)與流動(dòng)場(chǎng)，有效地起到了改變初晶Si、共晶Si相的尺寸與形貌，對(duì)于亞共晶合金達(dá)到α枝晶與共晶體分布均勻和改善鑄錠表面質(zhì)量的作用；使共晶合金獲得細(xì)小、均勻的共晶組織；使過共晶合金中的初晶Si得以細(xì)化并均勻分布。
在鋁硅合金熔體鑄造的結(jié)晶器外布置電磁感應(yīng)線圈，磁場(chǎng)頻率控制為15～50HZ、磁場(chǎng)強(qiáng)度為10000～20000安匝。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和效果(1)調(diào)質(zhì)方法簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，易于掌握，變質(zhì)效果明顯。從實(shí)施例1、2、3中對(duì)A356鋁硅合金、4045合金，Al-20Si合金，分別進(jìn)行了施加電磁調(diào)質(zhì)和未施加電磁場(chǎng)調(diào)質(zhì)對(duì)比試驗(yàn)，其結(jié)果，合金金相組織如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示，證明其變質(zhì)效果非常明顯；(2)由于電磁調(diào)質(zhì)方法中不添加任何變質(zhì)劑，對(duì)合金最終的化學(xué)成分無任何影響；同時(shí)，電磁調(diào)質(zhì)既可以細(xì)化共晶組織也能細(xì)化初生相；(3)與快速凝固技術(shù)相比較，電磁調(diào)質(zhì)方法成本有極大的降低；(4)電磁調(diào)質(zhì)方法易于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是例1中A356合金，未施加低頻電磁場(chǎng)的金相組織圖；圖2是例1中A356合金，施加低頻電磁場(chǎng)的金相組織圖；圖3是例2中4045合金未施加低頻電磁場(chǎng)的100倍金相組織圖；圖4是例2中4045合金施加低頻電磁場(chǎng)的100倍金相組織圖；
圖5是例2中4045合金未施加低頻電磁場(chǎng)的1000倍金相組織圖；圖6是例2中4045合金施加低頻電磁場(chǎng)的1000倍金相組織圖；圖7是例3中Al-20Si合金未施加低頻電磁場(chǎng)的金相組織圖；圖8是例3中Al-20Si合金施加低頻電磁場(chǎng)的金相組織圖。
具體實(shí)施例方式
例1以A356合金坯料為原料，加入電阻爐內(nèi)加熱，熔煉溫度為800℃，設(shè)定電磁線圈匝數(shù)100匝，鑄造機(jī)速度130mm/min，確定磁場(chǎng)頻率為30Hz，電流強(qiáng)度為10000安匝，澆鑄溫度為720℃時(shí)，水平連續(xù)鑄造獲得錠坯。
其結(jié)果比較如圖1、圖2所示(1)低頻電磁鑄造與未施加低頻電磁場(chǎng)的鑄造比較，得出低頻電磁鑄造可以細(xì)化晶粒，獲得細(xì)小的α-Al組織和共晶組織。
(2)施加低頻電磁場(chǎng)，可以提高硅在鋁中的晶內(nèi)含量，使共晶區(qū)域和晶界變窄，且硅的分布更加均勻。
例2在石墨坩堝中以硅顆粒(顆粒尺寸為10～40mm)鋪底，上面壓滿純鋁塊，升溫至900℃，將鋁熔化并保溫3小時(shí)，充分?jǐn)嚢枋枪柙阡X溶液中完全溶解。設(shè)定電磁線圈匝數(shù)100匝，鑄造機(jī)速度100mm/min，確定磁場(chǎng)頻率為50Hz，磁場(chǎng)強(qiáng)度為15000安匝，澆鑄溫度為710℃時(shí)，水平連續(xù)鑄造獲得錠坯。
其結(jié)果比較如圖3、圖4、圖5、圖6所示(1)未加電磁場(chǎng)的α-Al枝晶較粗大且不均勻加電磁場(chǎng)的α-Al枝晶細(xì)小且均勻。
(2)未加電磁場(chǎng)的共晶Si晶粒尺寸較大且不均勻，有些部位呈簇狀生長(zhǎng)；加電磁場(chǎng)的共晶Si晶粒尺寸較小且均勻分布，細(xì)密。
例3以Al-20Si中間合金為原料，加熱至1000℃，保溫30min。設(shè)定電磁線圈匝數(shù)100匝，鑄造機(jī)速度70mm/min，確定磁場(chǎng)頻率為15Hz，電流強(qiáng)度為20000安匝，澆鑄溫度為840℃時(shí)，水平連續(xù)鑄造獲得錠坯。
其結(jié)果比較如圖7、圖8所示(1)對(duì)于過共晶鋁硅合金而言，低頻電磁鑄造可以細(xì)化初晶硅顆粒并改變其形貌。
(2)電磁鑄造可以明顯細(xì)化過共晶鋁硅合金的共晶組織，產(chǎn)生了顯著的變質(zhì)作用。
權(quán)利要求
1.一種鋁硅系合金電磁調(diào)質(zhì)方法，按如下工藝步驟施行1)首先熔化鋁硅合金，控制熔化溫度為800～1000℃；2)對(duì)于需要添加其它合金元素的鋁硅合金，在鋁硅完全熔化并混合均勻后，添加其它合金元素；3)在添加合金元素后，升溫至740～840℃，對(duì)合金溶液進(jìn)行除氣處理；4)在半連續(xù)鑄造機(jī)上鑄造，鑄造溫度高于液相線80～150℃，鑄造速度為70～130mm/min，其特征在于鋁硅合金熔體鑄造過程中外施加一種低頻電磁場(chǎng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的鋁硅系合金電磁調(diào)質(zhì)方法，其特征在于鋁硅合金熔體在鑄造過程中外施加的低頻電磁場(chǎng)是通過布置在傳統(tǒng)結(jié)晶器外的電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生低頻電磁場(chǎng)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的鋁硅系合金電磁調(diào)質(zhì)方法，其特征在于鑄造過程中外施加的低頻電磁場(chǎng)，磁場(chǎng)頻率控制為15～50HZ、磁場(chǎng)強(qiáng)度為10000～20000安匝。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁硅系合金電磁調(diào)質(zhì)方法，步驟如下首先熔化鋁硅合金，熔化溫度為800～1000℃；對(duì)于需要添加其它合金元素的鋁硅合金，在鋁硅完全熔化并混合均勻后加入，添加合金元素后升溫至740～840℃，對(duì)合金元素進(jìn)行除氣處理；在半連續(xù)鑄造機(jī)上鑄造，鑄造溫度高于液相線80～ 150℃，鑄造速度為70～130mm/min，要點(diǎn)是鋁硅合金熔體在鑄造過程中外施加一種低頻電磁場(chǎng)，磁場(chǎng)頻率控制為15～50HZ、磁場(chǎng)強(qiáng)度為10000～20000安匝。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)和效果是調(diào)質(zhì)方法簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，易于掌握，變質(zhì)效果明顯；對(duì)合金最終化學(xué)成分無任何影響；電磁調(diào)質(zhì)既可以細(xì)化共晶組織也能細(xì)化初生相；與快速凝固技術(shù)相比較，電磁調(diào)質(zhì)方法成本有極大的降低；電磁調(diào)質(zhì)方法易于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B22D27/02GK1605410SQ20041008763
公開日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者崔建忠, 秦克, 于福曉 申請(qǐng)人:東北大學(xué)