一種細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法。通過在過共晶鋁硅合金中原位生成硫化鋅作為初晶硅的形核基底，達(dá)到細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅相之目的。在熔鑄過共晶鋁硅合金時(shí)，加入鋅或含鋅的物質(zhì)和硫或含硫的物質(zhì)，它們在過共晶鋁硅合金熔體中發(fā)生反應(yīng)原位生成ZnS，鋅或含鋅的物質(zhì)和硫或含硫的物質(zhì)在鋁硅合金呈固態(tài)、半固態(tài)或液態(tài)時(shí)加入，所需的ZnS相質(zhì)量百分比含量為0.05％-1％。經(jīng)變質(zhì)后，合金中90％以上的初晶硅尺寸小于30微米，形貌以顆粒為主、且分散均勻；合金澆鑄件具有耐高溫、耐磨性高，尺寸穩(wěn)定性好、切削加工性能好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高過共晶鋁硅合金性能的合金組織細(xì)化的技術(shù)，特別涉及一種 新型細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法，屬于鑄造用細(xì)化劑【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】：
[0002] 過共晶錯(cuò)娃合金含娃量一般高達(dá)16%-26%。與共晶錯(cuò)娃合金相比，合金中存在 的硅一部分以初晶硅形式存在于基體中；初晶硅可大大提高合金的耐磨性和耐熱性能；而 且隨著硅含量的增加，合金的線膨脹系數(shù)變小。加之該類合金具有密度輕、良好的鑄造流動 性、抗熱裂性等優(yōu)點(diǎn)，使得過共晶鋁硅合金成為理想的高速發(fā)動機(jī)用活塞材料。
[0003] 然而不加控制或控制不佳的過共晶鋁硅合金鑄造組織中的初晶硅常常呈粗大的 板片狀、多角狀、五瓣星狀等形貌，嚴(yán)重割裂基體組織，不僅降低了合金的機(jī)械性能，還嚴(yán)重 惡化了合金的鑄造性能。因此，需要對該類合金采取一定的措施以細(xì)化初晶硅和共晶硅組 織。其中"變質(zhì)處理"是一種最常用、最有效的方法，由于具有可控、可靠的工藝優(yōu)勢受到人 們的青睞。
[0004] "變質(zhì)"就是向金屬液體中加入或生成變質(zhì)劑（又稱為孕育劑或形核劑），形成大 量分散的非自發(fā)形核核心，從而獲得細(xì)小的鑄造晶粒，達(dá)到提高材料性能的目的。經(jīng)過適當(dāng) 的變質(zhì)處理后，合金的常溫及高溫機(jī)械性能均可大幅度提高。因此，研究適合的變質(zhì)劑及其 變質(zhì)工藝，對細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅和共晶硅組織、改善組織分布、不斷提高鑄造過 共晶鋁硅合金的綜合機(jī)械性能和切削加工性能、拓寬過共晶鋁硅合金的實(shí)際應(yīng)用范圍、完 善過共晶鋁硅合金的變質(zhì)理論都具有極其重要的意義。
[0005] 目前，采用磷變質(zhì)細(xì)化初晶硅在國內(nèi)外已得到公認(rèn)，認(rèn)為磷能變質(zhì)初晶硅是因?yàn)?鋁液與磷反應(yīng)生成AlP化合物，這種化合物的熔點(diǎn)高于1000°C，與初晶硅的晶格類型相同， 晶格常數(shù)比較相近（A1P為5. 31A，Si為5. 42 A:)，符合初晶硅異質(zhì)形核的條件，可以達(dá)到細(xì) 化初晶硅之目的。然而P變質(zhì)處理存在諸多問題，例如磷的吸收率受工藝條件的限制，變質(zhì) 效果不穩(wěn)定，均勻性較差，廢品率高等。
[0006] 硫化鋅在1020°C以下以β變體形式存在，與硅的晶格類型相同；晶格常數(shù)為 5. 41Α，與初晶硅的晶格常數(shù)5. 42Α基本相同，非常符合初晶硅異質(zhì)形核核心的要求，是一 種新型的初晶硅變質(zhì)劑。目前，國內(nèi)外關(guān)于硫化鋅細(xì)化初晶硅的報(bào)道還很少，值得大力研究 和推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型細(xì)化過共晶鋁硅合金中初 晶硅的方法。在過共晶鋁硅合金熔鑄時(shí)，通過原位生成硫化鋅的方法提供大量初晶硅的形 核核心，達(dá)到細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅相之目的。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，一種細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法，利用在過共 晶鋁硅合金原位生成的ZnS細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅相，硫化鋅具有和硅相同的晶體 結(jié)構(gòu)，在過共晶錯(cuò)娃合金中，細(xì)化初晶娃所需的ZnS相質(zhì)量百分比含量為0. 05% -1%。
[0009] 本發(fā)明方法采取如下技術(shù)方案：
[0010] 在熔鑄過共晶鋁硅合金時(shí)，加入鋅（Zn)或含鋅（如鋅鋁（Zn-Al)合金）的物質(zhì)和 硫（S)或含硫（如硫化鈉（Na2S))的物質(zhì)，它們在過共晶鋁硅合金熔體中發(fā)生反應(yīng)原位生 成ZnS，鋅或含鋅的物質(zhì)和硫或含硫的物質(zhì)可以在鋁硅合金呈固態(tài)、半固態(tài)或液態(tài)時(shí)加入。
[0011] 將鋁硅合金放入熔煉爐中升溫熔化并過熱到1300°c以下，鋅或鋅鋁合金等含鋅物 質(zhì)可在鋁硅合金呈固態(tài)、半固態(tài)或液態(tài)時(shí)加入；保溫至熔體成分、溫度均勻后，降溫并保溫 至90(TC以下合適溫度，加入硫或含硫物質(zhì)；鋅和硫或硫化物等含硫物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成硫 化鋅；再經(jīng)保溫、除氣、精煉、靜置、扒渣等工序后，按照低溫澆注的原則將變質(zhì)處理后的鋁 娃合金燒注到模具中。
[0012] 本發(fā)明細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法的優(yōu)點(diǎn)：過共晶鋁硅合金達(dá)到細(xì)化效 果時(shí)需要的硫化鋅非常少，操作簡單安全，不會引入雜質(zhì)元素，同時(shí)鈉等產(chǎn)物的生成還能夠 起到細(xì)化共晶硅的作用。
[0013] 本發(fā)明采用原位生成硫化鋅的方法，利用硫化鋅作為形核基底細(xì)化過共晶鋁硅合 金中初晶硅相，硫化鋅顆粒在鋁合金熔體中穩(wěn)定性高，不與合金中的其他元素發(fā)生反應(yīng)，從 而顯著改變合金的性能。經(jīng)變質(zhì)后，合金中90%以上的初晶硅尺寸小于30微米，形貌以顆 粒為主、且分散均勻；合金澆鑄件具有耐高溫、耐磨性高，尺寸穩(wěn)定性好、切削加工性能好等 優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0014] 圖1為未變質(zhì)處理的過共晶鋁硅合金的金相組織圖。
[0015] 圖2為硫化鋅變質(zhì)處理的過共晶鋁硅合金的金相組織圖。

【具體實(shí)施方式】：
[0016] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明方法做進(jìn)一步闡述。
[0017] 實(shí)施例1、
[0018] 1、配料
[0019] 稱取200gAl-24Si放到馬弗爐中預(yù)熱至200°C ;稱取Ig硫和18g鋅粉放到干燥箱 中干燥待用；
[0020] 2、熔化、保溫
[0021] 將過共晶鋁硅合金在坩堝電阻爐中熔化，過熱至800°C，將18g鋅粉加入鋁硅熔體 中并攬祥后780 C保溫；
[0022] 3、變質(zhì)處理
[0023] 加入硫粉并壓入熔體底部，攪拌，在780°C下保溫20min ;
[0024] 4、精煉、澆鑄
[0025] 通氬氣精煉，經(jīng)靜置、扒渣后將合金液澆鑄到預(yù)熱至200°C的金屬模具中；
[0026] 5、顯微組織觀察
[0027] 截取一定尺寸的試樣，經(jīng)磨拋后進(jìn)行顯微組織觀察，在金相分析系統(tǒng)中測出初晶 硅的尺寸。
[0028] 未變質(zhì)處理的過共晶鋁硅合金的金相組織圖如圖1所示，硫化鋅變質(zhì)處理的過共 晶鋁硅合金的金相組織圖如圖2所示?？梢娊?jīng)硫化鋅變質(zhì)處理后，合金中90%以上的初晶 硅尺寸小于30微米，形貌以顆粒為主、且分散較均勻。
[0029] 實(shí)施例2、
[0030] 1、配料
[0031] 稱取200gAl-24Si合金和50g鋅鋁合金放到馬弗爐中預(yù)熱至200°C ;稱取2gNa2S 放到干燥箱中干燥待用；
[0032] 2、熔化、保溫
[0033] 將過共晶鋁硅合金和鋅鋁合金在坩堝電阻爐中熔化，過熱至800°C攪拌后在 780°C保溫；
[0034] 3、變質(zhì)處理
[0035] 將Na2S加入到合金熔體中并壓入熔體底部，攪拌，在780°C下保溫20min ;
[0036] 4、精煉、澆鑄
[0037] 通氬氣精煉，經(jīng)靜置、扒渣后將合金液澆鑄到預(yù)熱至200°C的金屬模具中；
[0038] 5、顯微組織觀察
[0039] 截取一定尺寸的試樣，經(jīng)磨拋后進(jìn)行顯微組織觀察，在金相分析系統(tǒng)中測出初晶 硅的尺寸。經(jīng)硫化鋅變質(zhì)處理后，合金中90%以上的初晶硅尺寸小于30微米，形貌以顆粒 為主、且分散較均勻。
【權(quán)利要求】
1. 一種細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法，其特征在于利用在過共晶鋁硅合金原位 生成的ZnS細(xì)化過共晶錯(cuò)娃合金中初晶娃相，細(xì)化初晶娃所需的ZnS相質(zhì)量百分比含量為 0. 05% -1% ;在熔鑄過共晶鋁硅合金時(shí)，加入鋅或含鋅的物質(zhì)和硫或含硫的物質(zhì)，它們在過 共晶鋁硅合金熔體中發(fā)生反應(yīng)原位生成ZnS，鋅或含鋅的物質(zhì)和硫或含硫的物質(zhì)在鋁硅合 金呈固態(tài)、半固態(tài)或液態(tài)時(shí)加入。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種細(xì)化過共晶鋁硅合金中初晶硅的方法，其特征在于將鋁 硅合金放入熔煉爐中升溫熔化并過熱到1300°C以下，鋅或含鋅物質(zhì)在鋁硅合金呈固態(tài)、半 固態(tài)或液態(tài)時(shí)加入；保溫至熔體成分、溫度均勻后，降溫并保溫至900°C以下合適溫度，力口 入硫或含硫物質(zhì)；鋅和硫或含硫物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成硫化鋅；再經(jīng)保溫、除氣、精煉、靜置、 扒渣工序后，按照低溫澆注的原則將變質(zhì)處理后的鋁硅合金澆注到模具中。
【文檔編號】B22D27/20GK104384482SQ201410593933
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】李成棟, 毛常明, 孫傳浩, 呂濤, 趙梅 申請人:青島科技大學(xué)