一种铝硅合金高压热处理方法及所得产物技术

本发明专利技术提供一种铝硅合金高压热处理方法，包括步骤：一，合金熔炼：铝和其他原料在熔炼炉中高温熔化后，浇铸；所述其他原料为硅、镁、铜中的一种或多种，二，高压固溶处理：对铸件施加1～10GPa的压力及600℃～750℃温度，进行准静压热处理；三，时效处理：时效处理的温度为150～200℃，时间为0.1～10h。本发明专利技术还提出所述的铝硅合金高压热处理方法得到的产物。本发明专利技术热处理方法得到的铝硅合金中的硅为均匀弥散分布的纳米颗粒；所得铝硅合金具有优良的塑性；铝硅合金中硅的尺寸可通过时效温度及时间进行调控，可通过合理改变时效参数获得具有不同屈服强度及均匀延伸率的合金。

A High Pressure Heat Treatment Method for Al-Si Alloy and Its Products

The present invention provides a high-pressure heat treatment method for aluminium-silicon alloy, which includes steps: first, alloy melting: aluminium and other raw materials are melted at high temperature in the smelting furnace, then cast; the other raw materials are one or more of silicon, magnesium and copper; second, high-pressure solid solution treatment: quasi-static pressure heat treatment is carried out by applying 1-10 GPa pressure and 600-750 C temperature to the castings; third, aging treatment: Aging treatment temperature is 150-200 C and time is 0.1-10 H. The invention also provides the product obtained by the high-pressure heat treatment method of the Al-Si alloy. The silicon in the Al-Si alloy obtained by the heat treatment method is uniformly dispersed nanoparticles; the Al-Si alloy obtained has excellent plasticity; the size of silicon in the Al-Si alloy can be adjusted by aging temperature and time, and the alloy with different yield strength and uniform elongation can be obtained by reasonably changing aging parameters.

【技术实现步骤摘要】
一种铝硅合金高压热处理方法及所得产物
本专利技术属于金属材料领域，具体涉及一种铝合金的热处理方法及所得产物。
技术介绍
铝硅合金作为一种低密度、高耐蚀、低膨胀系数的铸造合金，在汽车、机械等领域具有广泛的应用。硅相是铝硅合金中的重要强化相，但其尺寸通常较粗大并聚集在合金的晶界处。在受力过程中，硅相易引发应力集中，从而诱发裂纹萌生及扩展，最终导致合金的断裂。因此，铝硅合金中的硅相形貌及尺寸直接影响到了合金的力学性能，尤其是塑性及断裂韧性。在传统工艺中，通过在铸造过程中添加含碱金属、碱土金属、稀土等元素的变质剂可实现共晶硅形貌及尺寸的优化，通过添加磷或稀土等细化剂可实现初生硅的细化。然而，这些方法通常只能将硅颗粒细化至微米级别，不能从根本上改善铝硅合金的性能。因此，对铝硅合金中硅相的进一步细化对于消除硅的裂纹敏感性、全面提高合金的力学性能具有重要意义。
技术实现思路
为解决现有铝硅合金中硅相粗大的问题，本专利技术提出了一种基于T6热处理的高压热处理方法。针对含硅量为1wt％～7wt％的铝硅铸造合金(可含有少量镁及铜元素及其他杂质元素)，通过在高压(>1GPa)下进行固溶处理，可使所有的硅固溶到铝基体中，形成过饱和固溶体；再通过时效处理，使硅从固溶体中析出而形成纳米颗粒。本专利技术的第二个目的是提出所述合金高压热处理方法得到的产物。实现本专利技术目的的技术方案为：一种铝硅合金高压热处理方法，包括步骤：一，合金熔炼：铝和其他原料在熔炼炉中高温熔化后，浇铸；所述其他原料为硅、镁、铜中的一种或多种，二，高压固溶处理：对铸件施加1～10GPa的压力及600℃～750℃温度，进行准静压热处理；三，时效处理：时效处理的温度为150～200℃，时间为0.1～10h。其中，所述的铝硅合金成分为1wt％～7wt％的硅(Si)、0wt％～0.7wt％的镁(Mg)、0wt％～1.7wt％的铜(Cu)、余量为铝(Al)及不可避免的杂质。其中，步骤一中，铝和其他原料在在700～800℃条件下高温熔化，完全熔化后保温10～30min。其中，步骤一中，高温熔化后保温10～30min，向熔体吹高纯氩气和添加精炼剂进行除气和精炼，再将熔体静置5～60min，浇铸于模具中。其中，步骤一中，吹高纯氩气的气流速度为0.5～2L/min，除气时间为20～50min。优选地，所述精炼剂为氯盐精炼剂，所述氯盐精炼剂选自C2Cl6、AlCl3、CCl4、TiCl4中的一种或多种。精炼剂的加入方式采用本领域常规的方式。其中，所述步骤二中，固溶处理的温度为600℃～750℃，固溶处理时间为1h～3h。其中，所述步骤二为：所述铸件的形状为圆柱体形、六面体形状中的一种，铸件置于立方体形的组装体内，将组装体置于六面施压的液压设备内，向所述组装体的六个面同时施加1～6GPa的压力。可选地，组装体采用叶蜡石材质的部件来实现传压和密封。优选地，所述步骤三中，时效处理的时间为0.1h～6h。本专利技术的又一种优选技术方案为，所述的铝硅合金成分为6wt％～7wt％的硅、0wt％～1.8wt％的铜、余量为铝以及不可避免的杂质；高压固溶处理过程中，保压压力为4GPa～6GPa；时效处理的时间为2h～7h。本专利技术所述的铝硅合金高压热处理方法得到的产物。本专利技术提出的铝硅合金中的硅相、Mg2Si相及Al2Cu相尺寸均为纳米级。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：本专利技术提出的高压热处理工艺，针对含硅量为1wt％～7wt％的铝硅铸造合金，通过在高压(>1GPa)下进行固溶处理，可使所有的硅固溶到铝基体中，形成过饱和固溶体；再通过时效处理，使硅从固溶体中析出而形成纳米颗粒。所的合金中纳米硅颗粒分布均匀，可起到良好的强化效果；且由于其尺寸为纳米级，可有效减缓应力集中，从而获得优良的塑性。本专利技术热处理方法得到的铝硅合金中的硅为均匀弥散分布的纳米颗粒；所得铝硅合金具有优良的塑性(延伸率>20％)；铝硅合金中硅的尺寸可通过时效温度及时间进行调控，可通过合理改变时效参数获得具有不同屈服强度及均匀延伸率的合金。附图说明图1A是实施例1的铸态组织光学显微镜照片。图1B是实施例1的高压固溶态组织光学显微镜照片。图1C是实施例1的高压时效态组织透射电镜照片。图2是实施例1～3制备的合金的室温拉伸曲线。图3是实施例4～6制备的合金的显微硬度曲线。具体实施方式以下具体实施方式用于说明本专利技术，但不应理解为对本专利技术的限制。本专利技术提供一种铝硅合金的高压热处理方法，具体步骤如下：步骤一：合金熔炼；将工业纯铝和工业级金属硅放入DD-25高频感应熔炼炉中，加热到750℃使纯铝和金属硅熔化，可加入少量的工业纯镁(99.5wt％)及工业纯铜(99.5wt％)。待原料完全熔化后静置在750℃下保温10min，使硅、镁、铜元素能够完全扩散溶解保证熔体均匀。随后利用石墨通气棒喷吹高纯氩气和加入C2Cl6的方法进行除气和精炼，气流量0.8L/min，除气时间30min。熔体处理后静置10min，等熔体温度降至720℃浇注于传统浇注拉伸棒的L-型卧式铁模中，其冷速约为5℃/s。步骤二：高压固溶处理；用电火花线切割机将原始铸件加工成直径为10mm、高度为12mm的圆柱状高压固溶实验试样，试样表面进行机械打磨，去除污物、氧化层。固溶处理前将试样、叶腊石及其他组装部件进行烘干处理。将试样用钽箔包裹，封入氮化硼坩埚，再装入石墨坩埚中，然后放在立方体叶腊石组装体内，试样的上下表面附近各放一个金属片用于导电加热。在叶腊石两侧钻一个小孔，然后将K型热电偶放置在组装体内靠近试样的位置，以便测量加热过程中的温度。将包含试样的叶腊石组装体放置在CS-IB型高压六面顶液压机内，将设备调到预定压力，上下左右前后共六个顶锤联动，挤压叶腊石立方体的腔体，实现准静压。然后加热，同时开启循环水。通过热电偶获得样品的实时温度，当加热到预定固溶温度后，保温保压1h，然后停止加热。通过循环冷却水使试样冷却至室温，约5min。卸掉压力，同时关闭循环水，取出试样。步骤三：时效处理；将油浴炉升温至预定时效温度，放入试样，保温0.1h～10h，取出试样，空冷至室温。经本专利技术方法制得的铝硅合金，通过原子发射光谱仪测得成分为1wt％～7wt％的硅(Si)、0wt％～0.7wt％的镁(Mg)、0wt％～1.7wt％的铜(Cu)、余量为铝(Al)。合金中的硅相、Mg2Si相及Al2Cu相尺寸均为纳米级。经本专利技术方法制得的铝硅合金进行室温力学拉伸试验，屈服强度为206～280MPa，抗拉强度为280～330MPa，断裂延伸率为23～38％。以下，通过采用具体参数的实施例来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例中，如无特别说明，所用技术手段均为本领域常规的技术手段。实施例1：采用本专利技术提供的方法制备Al-7wt％Si合金，具体工艺步骤如下：步骤一：合金熔炼；将工业纯铝(99.7wt％)和工业级金属硅(99.5wt％)放入DD-25高频感应熔炼炉中，加热到750℃使纯铝和金属硅熔化。待原料完全熔化后静置在750℃下保温10min，使硅、镁、铜元素能够完全扩散溶解保证熔体均匀。随后利用石墨通气棒喷吹高纯氩气和添加C2Cl6的方法进行除气和精炼，气流量0.8L/min，除气时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝硅合金高压热处理方法，其特征在于，包括步骤：一，合金熔炼：铝和其他原料在熔炼炉中高温熔化后，浇铸；所述其他原料为硅、镁、铜中的一种或多种，二，高压固溶处理：对铸件施加1～10GPa的压力及600℃～750℃温度，进行准静压热处理；三，时效处理：时效处理的温度为150～200℃，时间为0.1～10h。

【技术特征摘要】
1.一种铝硅合金高压热处理方法，其特征在于，包括步骤：一，合金熔炼：铝和其他原料在熔炼炉中高温熔化后，浇铸；所述其他原料为硅、镁、铜中的一种或多种，二，高压固溶处理：对铸件施加1～10GPa的压力及600℃～750℃温度，进行准静压热处理；三，时效处理：时效处理的温度为150～200℃，时间为0.1～10h。2.根据权利要求1所述的铝硅合金高压热处理方法，其特征在于，所述的铝硅合金成分为1wt％～7wt％的硅、0wt％～0.7wt％的镁、0wt％～1.7wt％的铜、余量为铝及不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的铝硅合金高压热处理方法，其特征在于，步骤一中，铝和其他原料在在700～800℃条件下高温熔化，完全熔化后保温10～30min。4.根据权利要求1所述的铝硅合金高压热处理方法，其特征在于，步骤一中，高温熔化后保温10～30min，向熔体吹高纯氩气和添加精炼剂进行除气和精炼，再将熔体静置5～60min，浇铸于模具中。5.根据权利要求4所述的铝硅合金高压热处理方法，其特征在于，步骤一中，吹高纯氩气的气流速度为0.5～2L/min，除...

【专利技术属性】
技术研发人员：马朝利，刘茂文，肖文龙，郑瑞晓，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11