一种适用于半固态触变铸造铝合金二次加热的制备方法

摘要

本发明涉及一种适用于半固态触变铸造铝合金二次加热的制备方法，其具体步骤为：首先将铸造铝合金半固态坯料加热到第一段式二次加热温度，即铸造铝合金的液相线温度附近，保温5～10min，然后快速降温到最终设定的第二段式二次加热温度后，再保温10～15min。该铸造铝合金的两段式二次加热可以保证半固态坯料受热均匀，促进非枝晶组织球化完整，获得组织均匀、细小的铸造铝合金二次加热组织。

说明书

【技术领域】

本发明涉及铸造铝合金加热技术领域，具体地说，是一种适用于半固态 触变铸造铝合金二次加热的制备方法。

【背景技术】

半固态金属成形技术是将合金在固相线和液相线温度区间进行加工成最 终产品的一种崭新的工艺，综合了凝固加工和塑性加工的长处。将半固态金 属浆料凝固冷却后制备成半固态坯料，经二次加热到固、液两相区间后重新 获得所需要的具有预定固相分数的半固态组织，即半固态金属加工的第二道 工序，二次加热。二次加热是确保半固态坯料在触变成形过程中具有良好触 变性能的关键步骤，同时也是获得近球形非枝晶微观组织的重要前提工艺。 半固态二次加热获得的非枝晶组织对后续成形工艺及制品的质量有重要影 响，因此，对二次加热工艺进行研究和改进是半固态触变成形的重要研究内 容，开展有关半固态二次加热成形工艺的理论和技术研究，将有助于推动半 固态成形技术的不断发展。

目前，主要采用电阻炉加热、电磁感应加热、直流电流短路加热及盐浴 炉重熔加热等对半固态金属坯料进行常规二次加热，其中电阻炉加热和电磁 感应加热最为常用，常规的二次加热即将坯料直接加热到预设的二次加热温 度。采用一般的电阻炉对半固态坯料进行常规的一步式二次加热存在加热不 均匀，不能保证坯料的重熔加热精度等问题。电阻炉二次加热法因其操作简 单，多用于实验室中。电磁感应加热利用中频感应加热炉进行加热，加热时 间短，生产效率高，是一种被广泛应用于工业生产中的二次加热方法。但电 磁感应加热受到集肤效应和端部效应的影响，电磁感应线圈的设计依赖于半 固态合金的种类、坯料的尺寸及加热温度等，没有普遍适用性。虽然可以保 证坯料的加热温控精度，满足具有一定加热速度的要求，但是电磁感应加热 的能源效率很低。

按照常规二次加热方法获得的铸造铝合金的二次加热组织球化不完整， 组织形状非常不规则，固相颗粒内部及晶界处存在明显的第三相组织，存在 部分高亮的未熔组织增加了组织的不均匀性，最终会导致半固态成形件缺陷 的增加。为了实现铸造铝合金半固态坯料二次加热获得一定的固液相比例和 均匀的固液相分布，得到尺寸细小且球化完整的非枝晶组织，使坯料既具有 一定强度又具有良好的触变性能，满足触变成形工艺对坯料的要求。本发明 提出的关于铸造铝合金的创新型两段式二次加热方法能够获得比传统二次加 热组织更加均匀细小、球化完整且具有一定固相分数的半固态近球形非枝晶 组织。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于半固态触变铸 造铝合金二次加热的制备方法，即将铸造铝合金半固态坯料先加热到液相线 附近适当保温一定时间，然后再改变温度至最终预设的位于固、液两相区间 的加热温度，进而对半固态组织的演化进行优化控制的工艺，获得组织均匀、 近球形、晶粒大小适中具有一定固相分数的半固态铝合金二次加热组织。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种适用于半固态触变铸造铝合金二次加热的制备方法，其具体步骤为： 首先将铸造铝合金半固态坯料加热到第一段式二次加热温度，即铸造铝合金 的液相线温度附近，保温5～10min，然后快速降温到最终设定的第二段式二 次加热温度后，再保温10～15min。

所述的保温时间均为坯料中心温度达到设定温度后的保温时间，便于区 分不同坯料大小对保温时间需求的不同。

所述的第一段式二次加热温度，即为液相线温度附近(T_L±10K)，即

第一段式二次加热温度为T_L-c，T_L，T_L+c

其中，T_L为液相线温度，参数c为一个温度常数，c优选为10K。

所述的第二段式二次加热温度：预设的铸造铝合金最终二次加热温度T_K。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

该铸造铝合金的两段式二次加热可以保证半固态坯料受热均匀，促进非 枝晶组织球化完整，获得组织均匀、细小的铸造铝合金二次加热组织。

【附图说明】

图1铸造铝合金A356两段式二次加热微观组织 (904，5min-866K，10min)；

图2铸造铝合金A356两段式二次加热微观组织 (914，5min-866K，10min)；

图3铸造铝合金A356两段式二次加热微观组织 (924，5min-866K，10min)；

图4不同二次加热工艺条件下获得的铸造铝合金A356半固态微观组织：

(a)常规二次加热(866K，15min)；

(b)两段式二次加热(914K，5min-866K，10min)。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种适用于半固态触变铸造铝合金二次加热的制备方法 的具体实施方式。

实施例1

铸造铝合金A356半固态触变坯料的两段式二次加热工艺：

第一段式二次加热温度：904K

第二段式二次加热温度：866K

在第一段二次加热过程中先保温5min，然后按照10K/min的降温速率将 温度降低到预定的二次加热温度866K，再保温10min，试样完成两段式二次 加热之后，立刻将试样进行水淬，保留二次加热时的半固态组织，获得的微 观组织如图1所示，第一步将坯料加热到液相线温度附近能够促进A356合金 中的共晶组织的熔化，固相颗粒呈玫瑰型且晶粒尺寸均匀，固、液两相分布 较为规则，适合于触变成形。

实施例2

铸造铝合金A356半固态触变坯料的两段式二次加热工艺：

第一段式二次加热温度：914K

第二段式二次加热温度：866K

在第一段二次加热过程中先保温5min，然后按照10K/min的降温速率将温 度降低到预定的二次加热温度866K，再保温10min，试样完成两段式二次加热 之后，立刻将试样进行水淬，保留二次加热时的半固态组织，获得的微观组 织如图2所示。利用两段式二次加热方法获得的组织比常规二次加热工艺获得 的非枝晶组织要好，固相颗粒球化完整且尺寸均匀，适合半固态触变成形， 第一步将坯料加热到液相线温度能够促进A356合金中的共晶组织的熔化，可 以得到球化完整、晶粒尺寸均匀的半固态组织。

实施例3

铸造铝合金A356半固态触变坯料的两段式二次加热工艺：

第一段式二次加热温度：924K

第二段式二次加热温度：866K

在第一段二次加热过程中先保温5min，然后按照10K/min的降温速率将 温度降低到预定的二次加热温度866K，再保温10min，试样完成两段式二次 加热之后，立刻将试样进行水淬，保留二次加热时的半固态组织，获得的微 观组织如图3所示。第一步将坯料加热到高于液相相温度10K的温度，能够 很好地促进A356合金中的共晶组织的熔化，降低温度至第二段加热温度过程 中，熔化的部分固相迅速凝固结晶为细小的固相颗粒，存在于未熔固相颗粒 附近的液相能够很好地促进了固相颗粒的球化，因此可以在图中看到球化非 常完整的固相颗粒，进一步减少了半固态成形所需要的成形力，为触变成形 提供有利条件。

利用常规二次加热方法制备得到的铸造铝合金A356的半固态组织如图4 (a)所示，其加热温度为866K，保温时间为15min；固相颗粒形状不规则、 球化不完整，固相颗粒尺寸偏大且内部含有大量内含液相，从图中除了可以 看到固、液两相外，还可以观察到常规二次加热组织中存在高亮的第三相组 织，该部分未熔的第三相组织增加了组织的不均匀性，在触变成形过程中可 能会割裂基体，最终会导致半固态成形件缺陷的增加。利用两段式二次加热 方法获得的铸造铝合金A356的半固态组织如图4(b)所示，其中第一段式 二次加热温度为A356的液相线温度914K，保温5min，然后按照10K/min的 降温速率将温度降低到预定的二次加热温度866K，再保温10min；从图中可 以看出，两段式二次加热方法获得的半固态微观组织的固相颗粒球化完整、 大小适中、尺寸均匀，固相颗粒的聚合长大不明显，而且固相颗粒内部含有 比较少量的内含液相，适合于触变成形。

从以上实例可以看出，铸造铝合金触变坯料的两段式二次加热工艺为： 首先将坯料加热到液相线温度附近保温，然后改变温度达到预定的最终二次 加热温度后，再保温一段时间。一般半固态铝合金的触变成形主要应用于变 形铝合金，能够获得比较好的球状组织，铸造合金用于触变成形很少。本发 明通过对铸造铝合金两段式二次加热工艺研究，获得了适合于触变成形的铸 造铝合金半固态非枝晶组织，扩大了半固态触变成形的应用范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。