专利名称：一种用电磁悬浮熔炼技术制备共晶铝硅合金的方法
技术领域：
本发明属于电磁悬浮熔炼和铝合金技术领域，特指一种用电磁悬浮熔炼技术制备共晶铝硅合金的方法。
背景技术：
典型的共晶铝硅合金成分为，含Sil0% -13%，余量为铝，金相组织为α (Al) +共晶体(α +Si)及少量初晶Si。共晶铝硅合金具有铸造性能优良，耐磨性、抗蚀性和耐热性好等优点，但其热处理强化效果差，力学性能不高，必须进行变质处理以提高其力学性能。共晶铝硅合金适用于压铸件或要求耐蚀、耐磨、承受中小载荷的薄壁、复杂铸件，如各种仪表的框架、壳体、基座等。电磁场在材料科学研究和加工应用是当前材料科学研究的一个热点，取得了很大的进展。电磁场在金属凝固过程中起着非常重要的作用，它可以有效改善合金的组织及性能。电磁悬浮熔炼技术正是利用电磁场来实现材料的熔化、搅拌和软接触成形，被广泛应用于航空航天、国防军事、机械电子和冶金制造等领域。本发明开发出一种用电磁悬浮熔炼技术制备共晶铝硅合金的方法。
发明内容
本发明的目的是开发出一种用电磁悬浮熔炼技术制备共晶铝硅合金的方法，其特征为将成分为含Sill% _13%，余量为铝的共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流分别采用50A、70A、90A三种规格，当温度达到780°C _800°C时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样。金相显微组织观察分别从熔炼出的合金顶面、底面和纵面取样，如图1所示。金相试样尺寸大约为IcmX IcmX lcm。拉伸试样按图2所示的尺寸、规格，采用DK7720型电火花线切割机加工而成。为了便于对比，共晶铝硅合金先采用常规熔炼方法，在中频感应电炉中进行熔炼， 当温度达到780V -800°C时，保温5分钟，进行浇注，然后制备合金试样，金相组织如图3所示。可以明显看到共晶铝硅合金晶粒粗大，树枝状初生α固溶体互相团聚在一起，粗大针片状共晶硅呈束状分布在初生α固溶体周围。共晶硅间距较大，组织不致密。图4表示输出电流分别为50Α、70Α、90Α时，电磁悬浮熔炼后亚共晶铝硅合金的金相组织。与常规熔炼相比，初生α固溶体晶粒尺寸变小，由枝晶状转变为椭球状和球状，分布均勻，很少发生团聚。共晶硅得到明显细化，致密地分布在初生α固溶体周围。产生这些变化的原因主要是激烈的电磁搅拌使熔体温度场和溶质场均勻化，硅相形核区域增大，晶核增多，同时硬质硅相的机械破碎和相互摩擦抑制了其各向异性生长，因而组织得到细化。 当输出电流一定时，试样顶面组织较其底面和纵面更为细密，等轴晶数量更多。这种变化是由水冷铜坩埚倒锥形部位磁力线更密集，电磁悬浮和搅拌作用更强烈，冷却速度更快造成的。
在交变电磁场作用下，熔体受电磁力的作用产生强烈的对流，有利于晶粒的细化， 另一方面，电流通过金属熔体时，将产生焦耳热效应，从而导致熔体温度的变化，对于凝固体系来说，焦耳热相当于内热源，它将使凝固系统的整体冷却速度降低，过冷度减小，导致组织有可能发生粗化，最终的凝固组织是由这两方面共同作用的结果。所以，当输出电流从 50A提高到70A时，组织不断细化，但继续增大电流达到90A后，晶粒尺寸反而粗化。
图1金相试样的取样部位示意2拉伸试样规格图3常规熔炼条件下共晶铝硅合金组织图4电磁悬浮熔炼条件下共晶铝硅合金组织(a)底面(b)顶面(C)纵面
具体实施例方式实施例1将成分为含Sill%，余量为铝的共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流采用50A，当温度达到780V -800°C时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样。与常规熔炼相比，初生α固溶体晶粒尺寸变小，由枝晶状转变为椭球状和球状，分布均勻，很少发生团聚。共晶硅得到明显细化，致密地分布在初生α固溶体周围。金相组织见图4，力学性能见表1。实施例2将成分为含Sil2%，余量为铝的共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流采用70A，当温度达到780V -800°C时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样。与常规熔炼相比，初生α固溶体晶粒尺寸变得更加细小，由枝晶状转变为椭球状和球状，分布均勻，很少发生团聚。共晶硅得到明显细化，更加致密地分布在初生α固溶体周围。金相组织见图4，力学性能见表 1。实施例3将成分为含Sil3%，余量为铝的共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流采用90A，当温度达到780V -800°C时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样。与常规熔炼相比，初生α固溶体晶粒尺寸变小，由枝晶状转变为椭球状和球状，分布均勻，很少发生团聚。共晶硅得到明显细化，致密地分布在初生α固溶体周围。但与输出电流采用70Α相比，组织反而有所粗化。金相组织见图4，力学性能见表1。对比例将成分为Sil2%，余量为铝的共晶铝硅合金采用常规熔炼方法，在中频感应电炉中进行熔炼，当温度达到780V -800°C时，保温5分钟，进行浇注，然后制备合金试样，金相组织如图3所示。可以明显看到共晶铝硅合金晶粒粗大，树枝状初生α固溶体互相团聚在一起，粗大针片状共晶硅呈束状分布在初生α固溶体周围。共晶硅间距较大，组织不致密。金相组织见图4，力学性能见表1。
表1各组试样的拉伸力学性能
权利要求
1.一种用电磁悬浮熔炼技术制备共晶铝硅合金的方法，其特征为将成分为含 Sill%-13%，余量为铝的共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流分别采用50A、70A、90A三种规格，当温度达到780V _800°C时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样进行金相显微组织观察和力学性能试验；与常规熔炼相比，初生α固溶体晶粒尺寸变小，由枝晶状转变为椭球状和球状，分布均勻，很少发生团聚。共晶硅得到明显细化，致密地分布在初生α固溶体周围。当输出电流一定时，试样顶面组织较其底面和纵面更为细密，等轴晶数量更多。当输出电流从50Α提高到70Α时，组织不断细化，但继续增大电流达到90Α后，晶粒尺寸反而粗化。
2.根据权利要求1所述一种用电磁悬浮熔炼技术制备共晶铝硅合金的方法，输出电流可优选为70Α。
全文摘要
一种用电磁悬浮熔炼技术制备共晶铝硅合金的方法，属于电磁悬浮熔炼和铝合金技术领域，其特征为将成分为含Si11％-13％，余量为铝的共晶铝硅合金在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中进行熔炼，输出电流分别采用50A、70A、90A三种规格，当温度达到780℃-800℃时，保温5分钟，停止加热，保持试样在电磁悬浮熔炼炉铜坩埚中自然冷却至室温，然后取出合金试样进行金相显微组织观察和力学性能试验。
文档编号C22C1/02GK102304629SQ20111028046
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者刘光磊, 司乃潮, 司松海, 杨嵩, 赵罗根 申请人:镇江忆诺唯记忆合金有限公司