[发明专利]一种共晶铝硅合金的磷钛双重变质方法

说明书

本发明涉及有色金属制备领域，尤其涉及一种共晶铝硅合金的磷钛双重变质方法。本发明将共晶铝硅合金加热熔融并除气精炼，依次使用Al‑3P中间合金和Al‑5Ti中间合金对共晶铝硅合金进行变质，制得变质后的共晶铝硅合金，其微观的显微结构和宏观的力学性能均得到了改善。本发明的处理方法简单，成本低廉，可适用于大规模地工业化生产，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及有色金属制备领域，尤其涉及一种共晶铝硅合金的磷钛双重变质方法。

背景技术

共晶铝硅合金具有良好的铸造性能，尤其是比强度高、热膨胀系数小、耐磨耐蚀性好等特性被广泛应用于汽车行业，特别是缸体、缸盖、活塞和气门挺杆。传统工艺制造的共晶铝硅合金中，共晶硅呈粗大的针片状分布在α-Al基体，严重割裂基体，显著降低了合金的力学性能和机加工性能。科技工作者和工业上常采用变质处理来改善共晶硅的形态和尺寸，以满足对共晶铝硅合金性能的要求。

国内外学者对各种变质剂进行了大量研究发现：共晶硅变质的元素有Na、Sr、Sb、Te、Ti、B和稀土元素La、Ce、Y等。Na与Sr变质机理类似，都是靠吸附在共晶硅的生长台阶上阻碍其生长成片状来达到细化共晶组织的效果。Sb变质使共晶硅组织以片状形式产生分枝，达到细化效果。Te的加入并不能够从根本上对共晶硅的生长方式进行改变，而是使共晶硅变得更薄、更长，使共晶硅的横向生长受阻，加速纵向生长。Al₃Ti尺寸细小且弥散分布，它的结晶比Al固溶体要早，具有与Al相同的晶格类型和相近的晶格常数，可作为Al固溶体的结晶核心，从而细化Al固溶体晶粒。AlB₂虽不能作为α-Al的核心，但它为Si的析出提供了形核衬底，液相中存在着析出的Si相，随温度的下降，α-Al有可能在结晶Si上形核，达到细化的目的。稀土所含元素众多，变质机理比较复杂。干扰原子团理论认为稀土的加入减弱了Si-Si、Si-Al原子团之间的结合而加强了Al-Al原子团的结合，导致α-Al首先形核而Si相过冷，共晶结晶时，α-Al作为领先相首先析出并长大，从而限制了共晶硅的生长。有观点则认为稀土变质的主要作用是由于稀土元素La、Ce等在凝固界面的富集作用而导致结晶前沿形成成分过冷，从而使硅晶生长易于分枝，初晶硅、共晶硅得以细化。还有观点认为Ce可以夺取合金液或Al₂O₃中的氧形成弥散分布的CeO₂，CeO₂与Si晶体结构相似、晶格常数接近，可作为硅非均匀形核的核心。P一般作为初晶Si细化剂，Al与P反应生成AlP化合物，弥散分布在合金熔体中，其晶体结构与Si相同，属于面心立方晶格，且晶格常数相近，其变质机理：AlP作为初晶Si的异质形核核心，从而细化了初晶硅。在共晶铝硅合金中加入Al-P中间合金，就可以引入大量初晶Si，从而使共晶点左移，起到细化共晶Si的作用。

现有研究都是采用添加变质剂来细化亚共晶或共晶铝硅合金中的α-Al相或共晶Si相，通过改善合金组织形态来提高其力学性能。并没有提到在共晶铝硅合金中引入初生α-Al相和初晶Si相来调控其显微组织，以改善共晶铝硅合金的力学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决目前共晶铝硅合金强度和塑韧性不高的问题，本发明提供一种共晶铝硅合金的磷钛双重变质方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种共晶铝硅合金的磷钛双重变质方法，其具体操作步骤包括：

(1)采用电炉在坩埚中熔炼Al-12.6wt.％Si共晶铝硅合金，将共晶铝硅合金熔体加热至700～780℃；

(2)加入六氯乙烷除气精炼；

(3)将Al-3P中间合金迅速压入熔体中，搅拌均匀后保温；其中，Al-3P中间合金中磷的质量分数为3％，Al-3P将共晶铝硅组织变质为初晶硅组织。

(4)再将熔体移至650～750℃的电炉中；