一种高性能铝硅合金触变挤压铸造成形方法技术

本发明专利技术提供一种高性能铝硅合金触变挤压铸造成形方法，采取电磁搅拌+连铸技术制备表面质量优异、组织致密、成分均匀的铝硅合金棒料，将铝硅合金棒料进行分切成块，然后将分切块料重新进行电磁感应加热到固液两相区间，获得具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态铝硅合金坯料，最后将半固态铝硅合金挤入模具型腔中直至充满整个型腔后加压推动料筒的活塞致使铝硅合金快速凝固，对获得的铝硅合金涡旋盘进行T6热处理。该方法可获得组织致密、无气孔缺陷、共晶硅细小、力学性能好、表面质量优异的高性能铝硅合金涡旋盘，且该方法制造的生产效率高，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能铝硅合金触变挤压铸造成形方法


[0001]本专利技术属于铸造
，具体涉及一种采用触变挤压铸造工艺制备高性能铝硅合金的方法。

技术介绍

[0002]随着汽车向轻量化方向的发展，迫使铝硅合金在汽车上用量日益增加，对汽车用铸造铝硅合金产品（如涡旋盘、转向节等）的制造提出了更高要求，不仅要求其具有更高的强度、良好的塑性、抗振性能和耐磨性，还需要其简化制备工艺，缩短流程，节能降耗。
[0003]铝硅合金作为结构材料，具有重量轻、耐腐蚀性好、热膨胀系数低、高温强度高、力学性能好、流动性好等特点，是铸造行业中最重要、应用最广泛的铝硅合金。传统汽车涡旋盘或者转向节产品一般采用正向液态模锻、低压铸造、砂型铸造或背压成形技术制备。采用液态模锻工艺制备产品时，产品充型质量良好，但其模具寿命短且产品毛刺多，易产生偏析缺陷且力学性能较低；采用低压铸造制备的产品力学性能不好，内部缺陷多，但由于铝硅合金中Si含量较高，铸态显微组织分别为粗块状初生Si相和针状/片状共晶Si相，这些粗Si相容易引起应力集中，产生微裂纹，这将严重恶化合金的加工和力学性能，尤其是延展性，热处理性能差；背压成形工艺制备产品的力学性能优异，成形精度高，但高硅铝硅合金锻造温度范围小，易发生脆裂，且模具结构复杂，需要进行多次小压下量高温锻造成形，生产效率低，成本高，且容易产生穿流、裂纹及叠层等缺陷。采用砂型铸造方法由于其自身工艺的限制，无法直接铸造出接近于涡旋压缩机动、静涡盘成品件的涡旋形状，强度不能满足要求，甚至出现缩孔、缩松和填充不满等铸造缺陷，导致涡旋件表面形成缺陷。另外，砂型铸造生产效率低，浪费造型材料，还有粉尘污染，铸件精度和表面质量均不高，无法实现大批量生产。
[0004]综上所述，针对现有汽车铝硅合金铸件的生产工艺容易出现填充不满、涡旋体曲面复杂，凹模局部强度较低、硅相粗大、高表面质量和高力学性能难以兼具的问题。亟需发展一种可促进硅相细小、弥散分布且表面质量高，工艺流程短及产品综合性能优异的铝硅合金涡旋盘制备加工方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术公开了一种采用触变挤压铸造工艺制备高性能铝硅合金的方法，该方法可获得组织致密、无气孔缺陷、共晶硅细小、力学性能好、表面质量优异的高性能铝硅合金涡旋盘，且该方法制造的生产效率高，成本低。
[0006]一种高性能铝硅合金触变挤压铸造成形方法，包括以下步骤：步骤1：铝硅合金熔炼；步骤2：电磁连铸铝硅合金棒料步骤3：二次加热铝硅合金坯料；步骤4：触变反向挤压成形铝硅合金涡旋盘；
步骤5：T6热处理。
[0007]本专利技术进一步改进在于：所述步骤2采取电磁搅拌、连铸技术制备表面质量优异、组织致密、成分均匀的铝硅合金棒料。
[0008]本专利技术进一步改进在于：所述步骤3：将铝硅合金棒料进行分切成块，然后将分切块料重新进行电磁感应加热到固液两相区间，获得具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态铝硅合金坯料。
[0009]本专利技术进一步改进在于：所述步骤4中半固态铝硅合金挤入模具型腔中直至充满整个型腔后加压推动料筒的活塞致使铝硅合金快速凝固。
[0010]本专利技术进一步改进在于：所述步骤3中二次加热采用电磁式加热、电阻式加热中的其中一种。
[0011]本专利技术进一步改进在于：二次加热的温度为532~571 ℃，保温时间为1~60 min。
[0012]本专利技术进一步改进在于：二次加热以后坯料的液相率体积分数控制在0~60%左右。
[0013]本专利技术进一步改进在于：所述步骤4中通过由下向上推动活塞，使熔体以层流反重力方式顺利充满模具型腔，充型平稳；其中挤压模具温度为150~250 ℃，压射力为100~160 MPa，冲型速度为0.05~0.3m/s，冲型温度为545~700℃；所述模具的润滑剂为水基石墨，将配比好的石墨水涂料均匀喷涂在模具型腔，喷涂完成，吹干。
[0014]其中从下往上的层流有利于空气从模具内排出，有效地避免传统液态模锻出现的喷射和紊流现象，大幅降低了气孔和缩孔等缺陷；解决了固态模锻易产生的充型不满、穿流、折痕等缺陷，获得表面质量优异的铝硅合金。
[0015]本专利技术进一步改进在于：所述步骤3中二次感应加热温度为545℃~700℃，并在该温度下保温3~4小时。
[0016]本专利技术进一步改进在于：所述步骤5中T6热处理的固溶温度为520~540 ℃，固溶时间3~5h；所述T6热处理的时效温度为150~200 ℃，时效时间为5~10h。
[0017]本专利技术采取电磁搅拌+连铸技术制备表面质量优异、组织致密、成分均匀的铝硅合金棒料，将铝硅合金棒料进行分切成块，然后将分切块料重新进行电磁感应加热到固液两相区间，获得具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态铝硅合金坯料，最后将半固态铝硅合金挤入模具型腔中直至充满整个型腔后加压推动料筒的活塞致使铝硅合金快速凝固，对获得的铝硅合金涡旋盘进行T6热处理。该方法可获得组织致密、无气孔缺陷、共晶硅细小、力学性能好、表面质量优异的高性能铝硅合金涡旋盘，且该方法制造的生产效率高，成本低。采用电磁搅拌连铸技术可获得成分和组织致密均匀的铝硅合金，而且经过不同于正向挤压的反向触变挤压成形使得铝硅合金经历强烈塑性变形，引起位错增殖，产生加工硬化，可获得更大的时效析出形核驱动力，进一步析出大量析出相，避免了传统铸造工艺中铸态组织进行时效处理时存在的析出形核驱动力较弱等问题。使得铝硅合金涡旋盘在制备加工过程中能充分析出数量多、尺寸细小的析出相，合金元素在基体中的固溶度低，最终获得力学性能和表面质量优异的高质量高性能铝硅合金涡旋盘。
[0018]本专利技术的有益效果：1、与传统制备工艺相比，采用电磁半连铸技术制备铝硅合金坯料组织均匀，气孔缺陷少，组织致密，晶粒细小，进行二次加热获得的触变坯料变形抗力低，可进行反向挤压一次成形，成形性能优异，能极大地提高了铝硅合金材料的利用率和成材率，降低了能耗，
缩短了工艺流程。
[0019]2、通过反向挤压铸造成形，熔体以层流方式顺利充满模具型腔，充型平稳，从下往上的层流有利于空气从模具内排出，有效地避免传统液态模锻出现的喷射和紊流现象，大幅降低了气孔和缩孔等缺陷；解决了固态模锻易产生的充型不满、穿流、折痕等缺陷，获得表面质量优异的铝硅合金。
[0020]3、反向挤压铸造成形使得铝硅合金经历强烈塑性变形，引起位错增殖，产生加工硬化，可获得更大的时效析出形核驱动力，进一步析出大量析出相，避免了传统铸造工艺中铸态组织进行时效处理时存在的析出形核驱动力较弱等问题。使得铝硅合金涡旋盘在制备加工过程中能充分析出数量多、尺寸细小的析出相，合金元素在基体中的固溶度低，综合性能堪比固态锻造成形，同时没有锻件中通常存在的各向异性，具有极大的应用潜力。
[0021]4、本专利技术提出的技术不仅适用于铸造性能好的合金，而且也适用于铸造性能不好的变形合金。既可用于铝、铜、镁、锌等有色合金，还可用于铁、钢等黑色金属，还用于镍、钴等高温合金，甚至可用于复合材料等方面。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能铝硅合金触变挤压铸造成形方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：铝硅合金熔炼；步骤2：电磁连铸铝硅合金棒料步骤3：二次加热铝硅合金坯料；步骤4：触变反向挤压成形铝硅合金涡旋盘；步骤5：T6热处理。2.根据权利要求1所述的一种高性能铝硅合金触变挤压铸造成形方法，其特征在于：所述步骤2采取电磁搅拌、连铸技术制备表面质量优异、组织致密、成分均匀的铝硅合金棒料。3.根据权利要求1所述的一种高性能铝硅合金触变挤压铸造成形方法，其特征在于：所述步骤3：将铝硅合金棒料进行分切成块，然后将分切块料重新进行电磁感应加热到固液两相区间，获得具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态铝硅合金坯料。4.根据权利要求1所述的一种高性能铝硅合金触变挤压铸造成形方法，其特征在于：所述步骤4中半固态合金挤入模具型腔中直至充满整个型腔后加压推动料筒的活塞致使铝硅合金快速凝固。5.根据权利要求1所述的一种高性能铝硅合金触变挤压铸造成形方法，其特征在于：所述步骤3中二次加热采用电磁式加热、电阻式加热中的其中一种。6.根据权利要求1所述的一种高性能铝硅合金触变挤压铸造成形方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖万能，单忠德，胡央央，罗磊，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：