一种降低铝硅合金中铁相有害影响的方法

摘要

本发明涉及金属材料类及冶金领域，具体涉及到一种降低铝-硅合金中铁相有害影响的熔体处理方法：将含铁的过共晶铝-硅合金总重量的67-90%过热到870℃~970℃，保温10min~30min，将预热50~200℃的剩余的含铁的过共晶铝-硅合金加入到过热合金液中，搅拌激冷使熔体温度降至710℃~780℃，经过精炼，静置后浇注于铸型中。所述的熔体处理方法可用于含铁小于4%的铝-13~23%硅合金。含1.5%铁的铝-15%硅合金经热处理处理后，初晶硅和条块状铁相的尺寸有较大程度的减少，针状铁相基本消失，拉伸强度由处理前的180MPa左右上升到210MPa左右，伸长率由1.6%左右上升到2.5%左右。

说明书

技术领域

 本发明涉及金属材料类及冶金领域，具体涉及到一种降低铝硅合金中铁相有害影响的方法。

背景技术

铁是铸造铝合金中不可避免的元素。由于熔炼和铸造过程中所使用的器材大多数是铁质的，因此铁很容易被带入到铝液中。回炉料每重熔一次，合金中的铁含量都会有所增加，经过一次又一次的回用，铝合金中的含铁量就会渐渐增加。这一现象在铸造合金生产中显得格外突出。合金中脆而硬的针状形态的β-铁相会割裂基体，产生应力集中，破坏金属基体的连接强度，从而大大降低合金的性能。

到目前为止，为了减少或降低富铁相的有害影响，主要采取有两类措施：第一类是采用机械、冶金和物理的方法，设法降低铝硅合金中铁的含量，从根本上防止有害富铁相的产生。包括重力沉降法、离心去除法、电磁分离法、过滤法等等。第二类措施是采用其他工艺和加入其他合金元素来改变铝合金中铁相的形貌，通过这种手段，使脆而硬的针状铁相分解、破碎，或者是形成其他中间化合物，从而细化铁相，达到提高合金的力学性能的目的。常用的方法有：中和元素法、提高冷速法、熔体过热法、固态热处理法。在实际生产中，以上大部分方法都具有一定的局限性，很大程度上依赖其它因素。长期以来，人们的研究重点主要集中在通过加入变质元素来改善铝合金中铁相的形貌，以消除Fe相的危害，比如，加入锰，锶，铍，钴等。但是，变质元素的加入会造成合金液的吸气和夹杂，并对其他性能制成影响，且有些元素的最佳加入量没有统一定论，而且变质元素的加入会大大降低铝合金的回收利用。

铸造合金材料的获得都要经历由液态到固态的凝固过程，由于液态金属结构具有变化和遗传性，合金的预结晶状态对最终的凝固组织和力学性能有着重要的影响。因此，通过控制合金熔体凝固时的结构状态可以有效地改善合金的凝固组织。合金熔体热处理是指根据合金熔体结构随温度的变化关系以及其在冷却过程中的变化规律，采用一定的热作用使熔体结构及其变化进程发生改变，从而改善合金的铸态组织、结构和性能的工艺过程。合金熔体热处理不仅可以改善合金组织结构，提高合金的使用性能，而且还能改善合金的铸造性能、耐腐蚀等性能。

发明内容

为了解决以上铝硅合金中铁相造成的性能下降和铝回收利用难问题，本发明提供了一种降低铝硅合金中铁相的尺寸，从而提高合金拉伸强度和伸长率、且有利于铝合金回收利用的合金熔体处理方法。

本发明选用含铁的过共晶铝-硅合金作为母体，该合金具有良好的强度、硬度和体积稳定性,并且耐磨、耐腐蚀性好,是制造发动机活塞的理想材料。在铸造铝硅合金中，铁元素不可避免的存在，一般情况下，铁在铝硅合金中是作杂质对待的,但是，铁元素也有其有利的一面。含铁的金属间化合物具有较好的耐热性，并阻碍晶界迁移，改变合金再结晶过程，抑制晶粒粗化。同时细小的(Al,Fe,Si)三元相具有与硅相一样的耐磨性，且具有比硅相更高的耐热性，这对于用过共晶铝-硅合金制作的活塞件来说是有利的。铝硅合金中铁的含量规定一般不超过0.7%。为了改变铁相的不利影响，并力求转化为有益作用，研究采用了本熔体处理的方法。通过研究分析含铁过共晶铝-硅合金熔体结构的变化，以熔体结构状态的信息为依据，选取合适的熔体过热温度、保温时间、熔体激冷方式等工艺参数，通过控制合金的预结晶状态，可以改善含铁过共晶铝硅合金的组织和性能。

本发明是通过以下措施实现的：

一种降低过共晶铝-硅合金中铁相有害影响的熔体处理方法，包括以下步骤：

（1）将含铁的过共晶铝-硅合金总重量的67-90%过热到870℃~970℃，保温10min~30min，得到过热合金液；

（2）将预热到50℃~200℃的剩余合金加入到过热合金液中，快速搅拌进行激冷处理，使温度快速降至710℃~780℃，经过精炼，静置处理5min~20min后浇注铸型中，即得。

所述的消除铝-硅合金中铁相有害影响的熔体处理方法可用于含铁小于4%的铝-13~23%硅合金。

所述的消除铝-硅合金中铁相有害影响的熔体处理方法使过共晶铝-硅合金中长针状的铁相基本消失，合金的拉伸强度可达到165~230MPa，伸长率为1.0~2.5%。

含1.5%铁的铝-15%硅合金经熔体处理后，最佳条件下长针状的铁相基本上消失，条块状铁相尺寸变小，棱角钝化，分布均匀，力学性能得到明显提高，合金拉伸强度提高到210MPa左右，伸长率达到2.5%左右。