一種細化鋁硅合金凝固組織的方法技術

本發明專利技術公開了一種細化鋁硅合金凝固組織的方法，其方法包括鋁硅合金經常規的熔化、除渣、除氣、精煉各工序，其特征在于將熔融的鋁硅合金直接澆鑄入室溫冷卻液體中，實現不間斷的快速冷卻，即可獲得組織細化、均勻的鑄錠。本發明專利技術是通過簡單的鑄造工藝方法，可細化鋁硅合金的凝固組織，改善硅鋁合金的力學性能。

【技術實現步驟摘要】


本專利技術涉及一種細化鋁硅合金凝固組織的方法，屬金屬合金鑄造工藝領域。

技術介紹

鑄造鋁合金作為傳統的金屬材料，由于其密度小、比強度高等特點，廣泛應用與航空、航天、汽車、機械等各行業。鋁硅系列合金具有良好的鑄造性能，較小的線脹系數，耐磨性能好，氣密性也很好。這種合金被廣泛地應用于各種鑄件。隨著國民經濟的高速發展，我國的鑄造鋁合金也得到迅猛發展。十二五期間，在國際的高度重視和支持下，我國鑄造鋁合金在產量和質量上都得到了巨大的提高。鑄造鋁合金的制備方法主要有重力砂型鑄造、重力金屬型鑄造、高壓鑄造、半固態成型等方法。重力砂型鑄造是最常用的成型工藝方法，可以制備大尺寸、形狀復雜的鑄件，但是冷卻凝固速度慢，造成合金組織粗大；重力金屬型鑄造樣品表面光潔，冷卻速度快，但是不適合制備大型、復雜的鑄件；壓力鑄造合金的致密度較高，但是成本較高，不適合制備大型鑄件；半固態成型成形溫度低，模具壽命長，但是易卷氣，產生氣孔等鑄造缺陷。上述方法的一般的鑄造工藝是：將鋁硅合金熔化、除渣或除氣、精煉，然后進行變質處理，變質處理之后將熔融的金屬液澆鑄入模具中，再將模具冷卻，直接得到鑄件產品或者得到鑄件坯料。
鋁硅合金在傳統的鑄造過程中冷卻凝固速度慢，易形成粗大的α-Al相、粗大Si相的凝固組織，這將嚴重影響材料的力學性能。有鋁硅合金凝固組織細化的方法主要有兩種：一種是添加細化變質劑，該方法是向熔融的合金液中添加細化劑、變質劑，通過異質形核和抑制晶粒長大實現細化凝固組織；另一種是物理方法，通過機械攪拌、電磁振動、超聲波處理等破碎粗大的凝固組織。上述兩種方法都存在不足之處，添加細化變質劑會引入雜質元素，物理方法所需設備復雜、投資較大。
針對以上現有技術，目前亟需一種細化鋁硅合金凝固組織的方法以及新的鑄造工藝。

技術實現思路

本專利技術提供了一種細化鋁硅合金凝固組織的方法，特別是提供了一種冷卻液體直接作用于金屬熔體表面，實現不間斷的快速冷卻，即可獲得組織細化、均勻的鑄錠。
本專利技術采用以下技術方案：
一種細化鋁硅合金凝固組織的方法，將熔融的鋁硅合金液直接澆鑄入冷卻液體中，實現不間斷的快速冷卻，即可獲得組織細化、均勻的鑄錠。
優選的，所述鋁硅合金澆鑄時的溫度為630～750℃。
優選的，所述冷卻液體的溫度為10～30℃。經過大量試驗驗證與分析，當冷卻液體的溫度為10～30℃時，得到的鋁硅金屬鑄錠的微觀組織形態和力學性能較好，當溫度小于10℃或大于30℃時，得到的鋁硅金屬鑄錠的微觀組織形態和力學性能都不理想。
優選的，所述冷卻液體包括水、鹽水或油。進一步優選的，所述冷卻液體為水。
優選的，根據鋁硅合金材料的情況，所述熔融的鋁硅合金液為硅鋁合金經過現有技術中常規的熔化、除渣、除氣、精煉工序后得到的鋁硅合金液，或者所述熔化的鋁硅合金液為硅鋁合金經過現有技術中常規的熔化、精煉工序后得到的鋁硅合金液。
優選的，所述熔化工序時溫度為630～750℃。
經過大量的實驗和分析，本專利技術的工藝方法適合各種鋁硅合金。
本專利技術的有益效果是：
(1)本專利技術的細化鋁硅合金凝固組織的方法相比于現有技術，不僅工藝步驟、操作方法簡單、成本較低，而且效果顯著，可細化鋁硅合金的凝固組織，提高合金的力學性能。
(2)本專利技術將熔融的鋁硅合金液直接澆鑄入冷卻液體中，通過不間斷的液體中冷卻，鋁硅合金的凝固組織可以得到不同程度的細化、均勻化，粒徑平均尺寸為30μm，其中，初生相α-Al晶粒尺寸明顯細化，二次枝晶間距減小；共晶Si相細化，由粗針狀向細小的球狀轉變，分布更均勻，而晶粒大小對合金的力學性能具有較大的影響。
(3)現有技術中的鑄件成品往往是采用模具進行成形，而本專利技術不需要采用模具，直接將熔融的金屬液澆入冷卻液體中，得到形狀不均的鑄錠坯料，基于鑄錠形狀采用機械加工制備得到所需的鑄件成品，本專利技術為制備得到鋁合金鑄件成品提供了一種新途徑和新方法，拓展了鋁硅合金鑄造工藝。
附圖說明
圖1為鋁硅合金水冷卻法獲得的顯微組織形貌；
圖2為鋁硅合金常規鑄造法獲得的顯微組織形貌。
具體實施方式
本專利技術的內容通過實施例加以詳細描述，但不被實施例所限。本申請人意外發現將熔融鋁硅合金液澆鑄入冷卻液體中，得到的鋁硅合金鑄錠的微觀組織形態更加均勻、晶粒更加細化。
實施例1
本實施例先將鋁硅合金用常規的工藝方法進行熔化、除渣、除氣、精煉各工序后，取出合金液澆鑄入室溫冷卻水中，使其在水中不間斷的快速冷卻，即可獲得組織細化、均勻的紐扣鑄錠。將合金液澆鑄水中形成的紐扣鑄錠形狀不固定，然后采用二次加工的方法將其加工成所需形狀。
本實施例方法所用鋁硅合金的化學成分為Al-Si-Mg系合金。
本實施例采用的鋁硅合金接近A356牌號，其化學成分如表1所示：
表1鋁硅合金的成分
A356鋁硅合金在700℃下熔化、除渣、除氣、精煉后，所得金屬液在700℃下澆入水中，水的溫度為室溫25℃，凝固后即可獲得組織細化、均勻的凝固組織，如圖1所示。與傳統鑄造方法得到的凝固組織相比，如圖2所示，白色部分初生相α-Al晶粒尺寸明顯細化，二次枝晶間距減??；灰色共晶Si相細化，由粗針狀向細小的球狀轉變，分布更均勻。細化、均勻的凝固組織有利于合金力學性能的提高，測量得到其布氏硬度值為95HB，而傳統鑄造方法制備合金布氏硬度值僅為66HB。
從上述實施例可見，本專利技術工藝方法證明，不間斷的室溫水中冷卻可明顯細化合金的凝固組織。
實施例2
一種細化鋁硅合金凝固組織的方法，所用鋁硅合金的成分為表1所示，鋁硅合金在630℃下熔化、除渣、除氣、精煉后，所得金屬液在630℃下澆入油中，油的溫度為室溫30℃，凝固后即可獲得組織細化、均勻的凝固組織。
與傳統鑄造方法得到的凝固組織相比，初生相α-Al晶粒尺寸明顯細化，二次枝晶間距減小；共晶Si相細化，由粗針狀向細小的球狀轉變，分布更均勻。細化、均勻的凝固組織有利于合金力學性能的提高，測量得到其布氏硬度值為89HB。本專利技術工藝方法證明，不間斷的室溫油中冷卻可明顯細化合金的凝固組織。
實施例3
一種細化鋁硅合金凝固組織的方法，所用鋁硅合金的成分為表1所示，鋁硅合金在750℃下熔化、除渣、除氣、精煉后，所得金屬液在720℃下澆入鹽水中，鹽水水的溫度為室溫20℃，凝固后即可獲得組織細化、均勻的凝固組織。
與傳統鑄造方法得到的凝固組織相比，初生相α-Al晶粒尺寸明顯細化，二次枝晶間距減小；共晶Si相細化，由粗針狀向細小的球狀轉變，分布更均勻。細化、均勻的凝固組織有利于合金力學性能的提高，測量得到其布氏硬度值為90HB。本專利技術工藝方法證明，不間斷的室溫水中冷卻可明顯細化合金的凝固組織。
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【技術保護點】
一種細化鋁硅合金凝固組織的方法，其特征是：將熔融的鋁硅合金液直接澆鑄入冷卻液體中，即可獲得組織細化、均勻的鑄錠。

【技術特征摘要】
1.一種細化鋁硅合金凝固組織的方法，其特征是：將熔融的鋁硅合金液直接澆鑄入冷
卻液體中，即可獲得組織細化、均勻的鑄錠。
2.如權利要求1所述的方法，其特征是：所述鋁硅合金澆鑄時的溫度為630～750℃。
3.如權利要求1所述的方法，其特征是：所述冷卻液體的溫度為10～30℃。
4.如權利要求1所述的方法，其特征是：所述冷卻液體包括水、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳建華，周吉學，唐守秋，韓青有，李衛紅，王金偉，張琳琳，陳燕飛，
申請(專利權)人：山東省科學院新材料研究所，
類型：發明
國別省市：山東;37