过共晶铝硅合金超长效双重变质的方法技术

本发明专利技术公开了过共晶铝硅合金超长效双重变质的方法，具体包括以下步骤：1)配料：配置过共晶铝硅合金；2)根据铝硅合金的总重量配置氟盐重量及碳粉重量，配方中：

【技术实现步骤摘要】
过共晶铝硅合金超长效双重变质的方法


[0001]本专利技术涉及铝合金材料变质方法
，具体涉及一种过共晶铝硅合金长效双重变质方法。

技术介绍

[0002]过共晶铝硅系合金具有非常好的高温力学性能，耐磨性能好，体积稳定性好，耐高温等特点，广泛应用于汽车发动机活塞、石油工业及其他需要有轻量化要求和耐磨要求的等重要工业领域。由于过共晶铝硅系中硅元素的含量超过合金的共晶点，所以在合金的微观铸造组织中存在了大量的针状或板片状共晶硅组织和大量的块状初晶硅组织，如果不进行变质处理，组织中块状的初晶硅颗粒粗大，共晶硅长度较大。这些粗大的共晶硅、初生硅形貌造成了材料的力学性能下降，不能应用于工业。为了提高过共晶铝硅系合金材料的性能，传统的变质工艺是在铝液中加入含磷的盐类或Al-P、Cu-P合金等含磷化合物细化变质处理过共晶铝硅合金中的初晶硅；同时通过添加变质元素Na、Sr、Ba、Te、Sb、S、Y、Ca、Bi、As、 Ce、Nd、RE等元素对共晶硅进行变质；或者添加磷和混合稀土复合变质剂,使共晶硅和初晶硅同时得到变质处理，寻求具有良好双重变质效果，使过共晶铝硅系合金大量最佳力学性能。
[0003]专利CN1242082一种过共晶铝硅合金变质剂中公开了一种过共晶铝硅合金变质剂，是由Cu、Ti、La、Ce、Nd、Pr、C、B、和铝组成，这种变质剂加入过共晶铝合金中后，并附之以惰性气体吹炼搅拌，既可以使过共晶铝硅合金中共晶硅变质，又可以使初晶硅变质，且初晶硅尺寸长期(8小时) 维持在50um以下。精炼净化效果也能保持5－10小时，无污染。
[0004]1998年热加工工艺第4期中论文《Ce-P对过共晶铝硅合金的双重变质作用》中，研究了P、Ce及其复合加入对过共晶Al－20％Si合金的变质作用，对变质效果进行了综合比较。结果表明，P、Ce复合变质能同时细化初晶硅和共晶硅，且变质效果能持续5h。
[0005]现有的过程铝硅合金变质技术主要是在合金中添加变质元素为主要技术手段，其中变质初晶硅主要是铝液中添加P元素后，在组织中形成AlP，凝固过程中初晶硅以AlP为晶核凝固从而等到细小颗粒的初晶硅，如果要实现双重变质还需要再添加Na、Sr、Ba、Te、Sb、S、Y、Ca、Bi、As、Ce、Nd、RE等元素，但是由于P 元素与大多数元素发生反应，从而无法实现双重变质，或者虽然不与如S、Ce、Nd、 Y、RE等元素发生反应但是在共同加入变质过程中有互相削弱作用，造成需要大量添加变质元素，变质效果一般，变质有效时间较短，很难超过10小时还能为此初期的变质效果；并且几乎所有的靠添加变质元素的变质处理方式在重新进行熔化后，由于变质元素烧损，偏析等原因造成变质效果会有所削弱，都需要再次添加一定量的变质元素进行补充,这造成了质量波动和浪费。

技术实现思路

[0006]本专利技术就是为了克服上述现有技术存在的缺点，提供一种过共晶铝硅合金超长效双重变质的方法。本专利技术通过原位反应在过共晶铝硅系合金中生成微米级、亚微米级TiCB、
ZrCB陶瓷颗粒，这些陶瓷颗粒在铝液凝固的过程中分别到共晶硅、初晶硅晶界处分布，阻止共晶硅和初晶硅的长大，这样就可以同时实现共晶硅和初晶硅的双重变质；由于陶瓷颗粒在铝液中是稳定存在，不会与任何元素发生反应、不在需要变质元素，不会发生分解，所以不会出现共晶硅和初晶硅变质干扰问题；同时只要这些陶瓷可以存于铝液中，双重变质就不会出现失效问题，这样就可以实现对初晶硅、共晶硅无限时间的变质作用，即使是对铝锭进行多次重熔，仍然可以实现双重变质功效，保持过共晶铝硅系合金大量最佳力学性能。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：
[0008]一种过共晶铝硅合金超长效双重变质的方法，具体包括以下步骤：
[0009]1)配料：配置过共晶铝硅合金；
[0010]2)根据铝硅合金的总重量配置氟盐重量及碳粉重量，配方中：
[0011]①
Si/(Ti+Zr+B+C)的质量比为5≥Si/(Ti+Zr+B+C)≥2；
[0012]②
Ti、Zr、B、C摩尔比为Ti:Zr：B:C＝1:1:2：2；
[0013]3)首先把配置好的铝、硅材料,加入中频反应炉中熔化，然后加入配置好的氟硼酸钾进行反应，再加入氟钛酸钾进行反应，然后加入石墨烯进行反应，铝水升温后加入氟锆酸钾进行反应，反应完成后倒掉剩余液态氟盐，然后升温、保温；
[0014]4)把中频炉中铝液倒入转运包中，然后倒入铸锭炉中，待铝液降温度后铸造成铝合金锭备用。
[0015]所述步骤1)过共晶铝硅合金的硅含量为13％≤Si≤25％，其余为铝。
[0016]所述步骤2)的
②
中的Ti按照氟钛酸钾配置，B按照氟硼酸钾配置，Zr按照氟锆酸钾配置，C为8000目石墨烯材料。
[0017]所述步骤3)中频反应炉的熔化温度控制在700-750℃，加入氟硼酸钾的反应时间为10分钟，加入氟钛酸钾的反应时间为10分钟，加入石墨烯的反应时间为 10分钟；铝水升温至900℃后加入氟锆酸钾，反应时间为10分钟，反应完成、倒掉剩余液态氟盐后升温至1200-1250℃，保温时间为30分钟。
[0018]所述步骤4)铝液温度降低至790℃，铝水经氩气除气后铸造成铝合金锭。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1.本专利技术通过原位反应在过共晶铝硅系合金中生成微米级、亚微米级TiCB、Z rCB陶瓷颗粒，这些陶瓷颗粒在铝液凝固的过程中分别到共晶硅、初晶硅晶界处分布，阻止共晶硅和初晶硅的长大，能够同时实现共晶硅和初晶硅的双重变质；由于陶瓷颗粒在铝液中是稳定存在，不会与任何元素发生反应、不在需要变质元素，不会发生分解，所以不会出现共晶硅和初晶硅变质干扰问题；同时由于这些陶瓷可以存于铝液中，双重变质就不会出现失效问题，就能够实现对初晶硅、共晶硅无限时间的变质作用，即使是对铝锭进行多次重熔，仍然可以实现双重变质功效，保持过共晶铝硅系合金大量最佳力学性能。。
[0021]2.采用本专利技术的技术后，铝硅合金组织中的初生硅及共晶硅的都得到了变质细化，其中初生硅尺寸小于40微米，形态由原先的粗大板状、片状变为细小颗粒状；并且颗粒状初晶硅边缘较为光滑，无明显的棱角；共晶硅的尺寸也明显变小，其形貌也由层片状或者长针状转变为细小的颗粒状，这样的微观形貌使过共晶铝硅合金的力学性能和加工性能得到了显著提高，能够满足如活塞等精密加工产品的加工要求。
[0022]3.采用本专利技术技术后，在没有添加变质元素的情况下，即使对过共晶铝硅合金进
行长时间的保温和多次重熔，合金组织中的初晶硅和共晶硅仍然能保证等到变质效果,这就可以实现过共晶铝硅在长时间使用的情况下合金变质效果保持温度，同时由于不用填加其他变质元素简化了铸造工艺过程，保证了合金细化质量。
附图说明
[0023]图1为添加复合材料前金相初晶硅粗大，共晶硅呈现长针状的金相图；
[0024]图2为添加复合材料后双重变质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过共晶铝硅合金超长效双重变质的方法，其特征是，具体包括以下步骤：1)配料：配置过共晶铝硅合金；2)根据铝硅合金的总重量配置氟盐重量及碳粉重量，配方中：
①
Si/(Ti+Zr+B+C)的质量比为5≥Si/(Ti+Zr+B+C)≥2；
②
Ti、Zr、B、C摩尔比为Ti:Zr:B:C＝1:1:2:2；3)首先把配置好的铝、硅材料,加入中频反应炉中熔化，然后加入配置好的氟硼酸钾进行反应，再加入氟钛酸钾进行反应，然后加入石墨烯进行反应，铝水升温后加入氟锆酸钾进行反应，反应完成后倒掉剩余液态氟盐，然后升温、保温；4)把中频炉中铝液倒入转运包中，然后倒入铸锭炉中，待铝液降温度后铸造成铝合金锭备用。2.如权利要求1所述的过共晶铝硅合金超长效双重变质的方法，其特征是，其中步骤1)过共晶铝硅合金的硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国华，高晓波，孟现长，范吉超，刘小房，
申请(专利权)人：滨州渤海活塞有限公司，
类型：发明
国别省市：