一种消除过共晶铝硅合金的显微组织遗传性的方法

摘要

一种消除过共晶铝硅合金的显微组织遗传性的方法。该方法包括将第一量的铝硅合金加热到高于铝硅合金的液相线温度的预定温度，以形成第一量的熔体；将第一量的熔体在预定温度下保持预定时间量；将第一量的熔体搅拌预定时间量；将第二量的铝硅合金加热到高于铝硅合金的液相线温度，以形成第二量的熔体；将第一量的熔体和第二量的熔体混合，以形成加工后的铝硅铸造合金。预定温度在约750℃至850℃之间。预定时间量在0.1小时至0.5小时之间。加工后的铝硅铸造合金包含约30wt％至约40wt％的第一量的铝硅合金。

说明书

技术领域

本公开涉及铸造铝合金的加工方法，尤其涉及一种消除过共晶铝硅合金中的显微组织遗传性的方法。

背景技术

过共晶硅铝(Al-Si)合金因其具有密度低、耐磨性和耐腐蚀性优异、热膨胀系数低、强度高、铸造性能好等优点，在汽车工业中得到了广泛的应用。它们用于通常需要轻质和高耐磨性组合的应用中，包括但不限于发动机缸体、活塞、变速器壳体和变速器离合器壳体。铝硅合金的性能取决于这些合金的显微组织遗传性。具有均匀分布的细小硅颗粒的过共晶铝硅合金具有较高的强度和较好的耐磨性。

用于铸造变速器离合器壳体的典型铝硅合金包括B390铝硅合金。用于铸造的B390铝硅合金具有较大硅颗粒的显微组织遗传性，这会导致在完成铸造的工件中产生粗大的初生硅颗粒。粗大的初生硅颗粒会显著降低变速器离合器壳体的合金延展性。

因此，尽管用于铸造变速器离合器壳体的铝硅合金达到了其预期目的，但也需要一种消除较大初生硅颗粒的显微组织遗传性的方法，以提高变速器离合器壳体的强度。

发明内容

本文在几个方面上公开了一种消除过共晶铝硅(Al-Si)合金中的显微组织遗传性的方法。该方法包括：将第一量的铝硅合金加热到高于铝硅合金的液相线温度的预定温度，以形成第一量的熔体；将第一量的熔体在预定温度下保持第一预定时间量；以及将第一量的熔体搅拌第二预定时间量。第一预定时间量在0.1小时至0.5小时之间。所述第二预定时间量可以等于或小于所述第一预定时间量。

在本公开的另一个方面，该方法进一步包括将第二量的铝硅合金加热到高于所述Al-Si合金的液相线温度，以形成第二量的熔体，以及将搅拌的第一量的熔体与第二量的熔体混合，以形成加工后的铝硅合金。

在本公开的另一个方面，预定温度大于800℃，优选在约750℃至约850℃之间，更优选在约790℃至约810℃之间。

在本公开的另一个方面，其中搅拌所述第一量的熔体包括非接触式磁力搅拌。

在本公开的另一个方面，其中加工后的铝硅合金包括从约25重量百分比(wt％)至约50wt％的第一量的熔体。

本文在几个方面上还公开了一种铸造工件的方法。该方法包括将铝硅合金加热到约750℃至约850℃之间的加工温度，以形成铝硅合金熔体；将该铝硅合金熔体在加工温度下保持约0.1小时至约0.5小时之间的加工时间，以形成加工后的铝硅合金熔体；以及将加工后的铝硅合金熔体浇注到限定工件的模具型腔中。

在本公开的另一方面中，将未加工的铝硅合金熔体与加工后的铝硅合金熔体混合，以形成铸造合金混合物；以及将铸造合金混合物浇注到限定工件的模具型腔中。

在本公开的另一个方面，该方法进一步包括在加工温度下将铝硅合金熔体搅拌约0.1小时至约0.5小时之间的加工时间，以形成加工后的铝硅合金熔体。

在本公开的另一方面中，铸造合金混合物包括约30重量百分比(wt％)至约40wt％的加工过的铝硅合金熔体，优选35wt％。

本公开在几个方面上还公开了一种用于铸造的过共晶铝硅(Al-Si)合金的加工方法。该方法包括将铝硅合金加热，以形成铝硅合金熔体；在预定温度下将铝硅合金熔体的第一部分搅拌预定时间，以形成加工后的铝硅合金熔体；以及将铝硅合金熔体的第二部分与加工后的铝硅合金熔体混合，以形成加工后的铝硅铸造合金。预定时间为约0.1小时至约0.5小时。预定温度为约750℃至约850℃。加工后的铝硅铸造合金包含约30重量百分比(wt％)至约40wt％的所述加工后的铝硅合金熔体。搅拌铝硅合金熔体的第一部分包括非接触式磁力搅拌。

从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明的目的，并不旨在于以任何方式限制本公开的范围。

图1是采用消除显微组织遗传性的方法加工之前过共晶铝硅合金的显微照片；

图2是根据示例性实施例，采用消除显微组织遗传性的方法加工之后过共晶铝硅合金的显微照片；

图3是根据示例性实施例，图2的过共晶铝硅合金中硅粒径的频率分布的曲线图；

图4是根据示例性实施例，图2的过共晶铝硅合金中硅颗粒圆度的频率分布的曲线图；

图5是根据示例性实施例，消除过共晶铝硅合金的显微组织遗传性的方法的方框流程图；

图6A是根据示例性实施例，用图5的方法加工的过共晶铝硅铸造的示例性汽车部件的侧视图；

图6B是根据示例性实施例，图6A的示例性汽车部件的透视顶视图；和

图7是根据示例性实施例，非接触式磁力搅拌装置700的示意性横截面，其被配置为促进图5的方法。

具体实施方式

下面的描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或使用。参考附图公开了所示的实施例，其中在所有的几幅附图中相同的数字表示相应的部件。附图不一定是按比例绘制的，并且一些特征可以被放大或缩小以显示特定特征的细节。所公开的具体结构和功能细节并不旨在被解释为限制性的，而是作为用于教导本领域技术人员如何实践所公开的概念的代表性基础。

图1所示为B390过共晶铝硅合金铸件，也称为B390铝硅合金，在采用消除显微组织遗传性的方法加工之前的显微照片100，其在下面详细公开。显微照片100显示了B390铝硅合金的显微组织，其铝(Al)基体102包围初生硅(Si)颗粒104、共晶硅颗粒106、α-Fe(Al

图2所示为B390铝硅合金铸件在采用消除显微组织遗传性的方法加工之后的显微照片200。显微照片200显示了加工后的B390铝硅合金的显微组织，其Al基体202包围初生硅颗粒204、共晶硅颗粒206、α-Fe(Al

请参阅图1，与显微照片200相比，显微照片100的较大的初生硅颗粒会导致在完成铸造的工件中产生粗大的初生硅颗粒和共晶硅颗粒。粗大的初生硅颗粒会显著降低铸造工件的合金延展性。Alpha相108在3D中为板状形状，在2D中为针状形状。Alpha相非常脆并且容易开裂，这显著降低了材料的延展性和疲劳性等性能。请参阅图2，更小且分散更均匀的初生硅颗粒204和共晶硅颗粒使完成铸造的工件具有更高的强度和更好的耐磨性。

图3是表示加工后的B390铝硅合金中初生硅粒径的频率分布的曲线图。加工后的B390铝硅合金中初生硅颗粒的直径小于未加工的B390铝硅合金的直径。未加工的合金中初生硅颗粒的标称尺寸约为40-80微米。加工后的B390铝硅合金具有大频率(％)的硅颗粒，其直径范围为5至20微米之间，尤其是10至15微米之间。图4是表示加工后的B390铝硅合金中硅颗粒圆度的频率分布的曲线图。加工后的铝硅合金具有大的圆度频率(％)，其范围在1到5之间，尤其是2到3之间。圆度以硅颗粒的纵横比表示。一个完美的圆形颗粒由圆度以1表示，它是无单位的。

图5示出了消除过共晶铝硅合金的显微组织遗传性的方法(方法500)的方框流程图。该方法500开始于方框502，其中将第一量的铝硅合金加热到高于铝硅合金的液相线温度的预定温度以将铝硅合金转变为液态。B390铝硅合金的液相线温度约为600℃。液态的铝硅合金被称为铝硅合金熔体。优选地，预定温度在750℃至850℃之间，优选在790℃到810℃之间，并且更优选800℃。

移至方框504，将铝硅合金熔体在预定温度下保持预定时间量，优选在0.1小时至0.5小时之间。在预定时间量内，通过搅拌使铝硅合金熔体不断搅动，分解出短程元素簇和偏析的硅颗粒，其中包括初生硅颗粒和共晶硅颗粒元素簇。硅颗粒被分解成直径在5至20微米之间，优选在10至15微米之间，并且圆度在1至5之间，优选在2至3之间。铝硅合金熔体可以通过一种或多种方式进行搅拌：机械搅拌、超声搅拌、磁力搅拌和非接触式磁力搅拌，以分解短程元素簇和偏析的硅颗粒。非接触式磁力搅拌是指利用作用在合金中的铁(Fe)上的旋转磁场来搅拌铝硅合金熔体，以搅拌混合物，而无需使用设置在铝硅合金熔体中的传统磁力搅拌棒。示例性非接触式磁力搅拌装如图7中所示，并在下面详细公开。

移至方框506，将第二量的铝硅合金加热到高于铝硅合金的液相线温度，以形成第二量的铝硅合金熔体。第二量的铝硅合金熔体不通过机械搅拌、超声搅拌、磁力搅拌或非接触式磁力搅拌进行加工，以分解出短程元素簇和偏析的硅颗粒。将未加工的第二量的铝硅合金熔体与加工后的第一量的铝硅合金熔体混合，以形成铝硅铸造合金混合物。优选地，铝硅铸造合金混合物中的第一量的铝硅合金熔体的重量百分比在25至50重量百分比(wt％)之间，优选在30至40wt％之间，并且更优选35wt％。

移至方框508，将熔融的铝硅铸造合金混合物浇注或注入具有限定汽车工件(例如变速器离合器壳体)的预定义形状因子的铸模中。熔融的铝硅铸造合金混合物被冷却和凝固，以形成汽车工件。

图6A是示例性铸造工件600的侧视图，其是用于汽车变速器的铸造离合器壳体。图6B是图6A的示例性铸造工件600的透视顶视图。尽然铸造变速器离合器壳体被显示为示例性铸造工件，但应当理解，该工件可以包括需要优异耐磨性和延展性的任何汽车或非汽车铸造部件。

图7是非接触式磁力搅拌装置700的示意性横截面，其被配置为便于图5方法的实现。该装置700包括被配置为容纳熔融合金704的绝缘坩埚702、用于将熔融合金704熔化并保持在预定温度的加热元件706、以及被配置为产生足以围绕中心轴A磁力搅拌坩埚702内的熔融合金704的旋转磁场的多个磁体708。磁体708可以是固定到旋转平台710的永磁体或被配置为产生旋转磁场的电磁体。

方法500可应用于B390过共晶铝合金以及392、393过共晶铝合金，以及近共晶合金，例如336、339、360、369、383、384、A356、A357等合金。方法500可应用于其他金属合金系统，例如亚共晶或过共晶Mg合金，以及在凝固过程中在显微组织中形成二次相颗粒的任何合金。

在此以范围格式提供了数值数据。本文所用的术语“约”是本领域技术人员已知的。或者，术语“约”包括+/-0.05％重量。应当理解，此范围格式仅用于为方便和简洁而使用的，并应灵活解释为不仅包括明确列举的作为范围的界限的数值数据，还包括包含在所述范围内的所有单个的数值数据或子范围，就好像每个数值数据和子范围都被明确列举一样。尽管已经详细描述了示例，但熟悉本公开内容的技术人员将认识到用于在所附权利要求的范围内实践所公开的方法的各种替代设计和示例。

本公开的描述本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本公开的一般意义的变型旨在本公开的范围内。这种变型不应被视为脱离本公开的精神和范围。