鋁硅系合金電磁調質方法技術

本發明專利技術涉及鋁硅系合金電磁調質方法，步驟如下：首先熔化鋁硅合金，熔化溫度為８００～１０００℃；對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℃，對合金元素進行除氣處理；在半連續鑄造機上鑄造，鑄造溫度高于液相線８０～１５０℃，鑄造速度為７０～１３０ｍｍ／ｍｉｎ，要點是鋁硅合金熔體在鑄造過程中外施加一種低頻電磁場，磁場頻率控制為１５～５０ＨＺ、磁場強度為１００００～２００００安匝。本發明專利技術優點和效果是：調質方法簡單，操作簡便，易于掌握，變質效果明顯；對合金最終化學成分無任何影響；電磁調質既可以細化共晶組織也能細化初生相；與快速凝固技術相比較，電磁調質方法成本有極大的降低；電磁調質方法易于工業化生產。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及金屬材料的成形，具體涉及。
技術介紹
鋁硅系合金在鑄造鋁合金中是應用最廣泛的一種合金材料，它具有容重小、強度高、鑄造成形性好和加工性能優良等一系列優點，已成為制造行業中最受重視的結構材料之一。但是，鋁硅合金組織中共晶硅呈粗大的片狀，硅相的尺寸、形態及分布狀況差，嚴重地割裂了基體，降低了合金的強度和塑性，這一問題隨著Si含量的提高而更為突出。改變硅相的形態，減小其對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的主要方法有變質處理、快速凝固、振動及攪拌等。迄今為止，亞共晶鋁硅合金的變質元素除鈉以外，還有鍶、碲、鋇、銻、鉀、稀土、硼、硫等。其中，應用較多的是含鈉和鍶的變質劑。過共晶鋁硅合金的主要變質元素為磷和鍶。實際生產中使用的變質劑主要是鈉鹽、鍶鋁合金、稀土、赤磷及含磷中間合金。變質處理可以細化硅相并改變其形貌，但變質劑的加入改變了合金化學成分，同時各種變質劑存在著不同的孕育期和時效性，實際應用中不僅復雜而且對合金的最終性能或多或少也都存在一定的影響。快速凝固技術問世于20世紀60年代，所謂快速凝固即由液相到固相的冷卻速度相當快，從而獲得了傳統鑄件或鑄錠所不能獲得的成分、相結構或微觀結構。快速凝固的冷卻速率通常在104℃/S以上。快速凝固可以顯著減小合金材料的晶粒尺寸，細化微觀組織；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、美國及荷蘭等國家在該領域的研究比較活躍，中國也有不少大學及研究機構開展了這方面的研究。快速凝固Al-Si合金成本較高是制約其被廣泛應用的最主要原因。振動及攪拌技術目前還處于在實驗室研究階段，效果不穩定，無法在生產中應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服現有技術存在的缺陷，提供一種，改善鑄造鋁硅合金的組織和性能。其調質方法簡單，操作方便，鋁硅合金變質效果明顯，對合金最終的化學成分無任何影響，調質方法成本低，并易于工業化生產。本專利技術按以下工藝步驟進行1)首先熔化鋁硅合金，熔化溫度為800～1000℃；2)對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℃，對合金溶液進行除氣處理；4)在半連續鑄造機上鑄造，鑄造溫度高于液相線80～150℃，鑄造速度為70～130mm/min，其要點是鋁硅合金熔體鑄造過程中外施加一種低頻電磁場。上面所述的外施加低頻電磁場，是通過布置在傳統的結晶器外的電磁感應線圈產生低頻電磁場。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部的溫度場與流動場，有效地起到了改變初晶Si、共晶Si相的尺寸與形貌，對于亞共晶合金達到α枝晶與共晶體分布均勻和改善鑄錠表面質量的作用；使共晶合金獲得細小、均勻的共晶組織；使過共晶合金中的初晶Si得以細化并均勻分布。在鋁硅合金熔體鑄造的結晶器外布置電磁感應線圈，磁場頻率控制為15～50HZ、磁場強度為10000～20000安匝。本專利技術與現有技術相比較，具有明顯的優點和效果(1)調質方法簡單，操作簡便，易于掌握，變質效果明顯。從實施例1、2、3中對A356鋁硅合金、4045合金，Al-20Si合金，分別進行了施加電磁調質和未施加電磁場調質對比試驗，其結果，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，證明其變質效果非常明顯；(2)由于電磁調質方法中不添加任何變質劑，對合金最終的化學成分無任何影響；同時，電磁調質既可以細化共晶組織也能細化初生相；(3)與快速凝固技術相比較，電磁調質方法成本有極大的降低；(4)電磁調質方法易于工業化生產。附圖說明圖1是例1中A356合金，未施加低頻電磁場的金相組織圖；圖2是例1中A356合金，施加低頻電磁場的金相組織圖；圖3是例2中4045合金未施加低頻電磁場的100倍金相組織圖；圖4是例2中4045合金施加低頻電磁場的100倍金相組織圖； 圖5是例2中4045合金未施加低頻電磁場的1000倍金相組織圖；圖6是例2中4045合金施加低頻電磁場的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的金相組織圖；圖8是例3中Al-20Si合金施加低頻電磁場的金相組織圖。具體實施例方式例1以A356合金坯料為原料，加入電阻爐內加熱，熔煉溫度為800℃，設定電磁線圈匝數100匝，鑄造機速度130mm/min，確定磁場頻率為30Hz，電流強度為10000安匝，澆鑄溫度為720℃時，水平連續鑄造獲得錠坯。其結果比較如圖1、圖2所示(1)低頻電磁鑄造與未施加低頻電磁場的鑄造比較，得出低頻電磁鑄造可以細化晶粒，獲得細小的α-Al組織和共晶組織。(2)施加低頻電磁場，可以提高硅在鋁中的晶內含量，使共晶區域和晶界變窄，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，充分攪拌是硅在鋁溶液中完全溶解。設定電磁線圈匝數100匝，鑄造機速度100mm/min，確定磁場頻率為50Hz，磁場強度為15000安匝，澆鑄溫度為710℃時，水平連續鑄造獲得錠坯。其結果比較如圖3、圖4、圖5、圖6所示(1)未加電磁場的α-Al枝晶較粗大且不均勻加電磁場的α-Al枝晶細小且均勻。(2)未加電磁場的共晶Si晶粒尺寸較大且不均勻，有些部位呈簇狀生長；加電磁場的共晶Si晶粒尺寸較小且均勻分布，細密。例3以Al-20Si中間合金為原料，加熱至1000℃，保溫30min。設定電磁線圈匝數100匝，鑄造機速度70mm/min，確定磁場頻率為15Hz，電流強度為20000安匝，澆鑄溫度為840℃時，水平連續鑄造獲得錠坯。其結果比較如圖7、圖8所示(1)對于過共晶鋁硅合金而言，低頻電磁鑄造可以細化初晶硅顆粒并改變其形貌。(2)電磁鑄造可以明顯細化過共晶鋁硅合金的共晶組織，產生了顯著的變質作用。權利要求1.一種，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℃，對合金溶液進行除氣處理；4)在半連續鑄造機上鑄造，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。2.按照權利要求1所述的，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是通過布置在傳統結晶器外的電磁感應線圈產生低頻電磁場。3.按照權利要求1或2所述的，其特征在于鑄造過程中外施加的低頻電磁場，磁場頻率控制為15～50HZ、磁場強度為10000～20000安匝。全文摘要本專利技術涉及，步驟如下首先熔化鋁硅合金，熔化溫度為800～1000℃；對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℃，對合金元素進行除氣處理；在半連續鑄造機上鑄造，鑄造溫度高于液相線80～ 150℃，鑄造速度為70～130mm/min，要點是鋁硅合金熔體在鑄造過程中外施加一種低頻電磁場，磁場頻率控制為15～50本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋁硅系合金電磁調質方法，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℃，對合金溶液進行除氣處理；４）在半連續鑄造機上鑄造，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。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔建忠，秦克，于福曉，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：89[中國|沈陽]