澆注溫度及變質(zhì)工藝對(duì)初生硅形態(tài)的影響

鄧進(jìn)俊

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000）

澆注溫度及變質(zhì)工藝對(duì)初生硅形態(tài)的影響

鄧進(jìn)俊

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000）

介紹了過(guò)共晶鋁硅合金的細(xì)化變質(zhì)方法和進(jìn)展以及對(duì)變質(zhì)工藝的影響因素，分析了過(guò)共晶鋁硅合金的主要性質(zhì)，研究了磷變質(zhì)時(shí)，變質(zhì)溫度、澆注溫度等工藝參數(shù)對(duì)過(guò)共晶Al-Si合金初晶硅細(xì)化的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用磷變質(zhì)合金，變質(zhì)后初晶硅組織分布均勻，平均晶粒尺寸約為35 μm，810 ℃澆注時(shí)的鑄造組織最佳。

高硅鋁合金；初晶硅；晶粒細(xì)化；變質(zhì)處理

鋁硅合金具有熱膨脹系數(shù)小、耐磨性好及密度小等優(yōu)點(diǎn)，是目前活塞材料中用得最多的材料。用鋁硅多元合金作為發(fā)動(dòng)機(jī)活塞材料，從成分選擇上經(jīng)歷了由亞共晶、共晶、到過(guò)共晶的發(fā)展過(guò)程［1-3］。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提高，共晶型鋁硅合金已越來(lái)越難以達(dá)到使用性能要求。過(guò)共晶鋁硅合金隨含硅量的增加，合金密度減小，線?膨脹系數(shù)降低，抗磨性及體積穩(wěn)定性相應(yīng)提高，是理想的活塞材料［4］。但是過(guò)共晶鋁硅合金常規(guī)凝固組織中存在著板塊狀初生硅，降低了其力學(xué)性能。

1　試驗(yàn)過(guò)程

1.1試驗(yàn)設(shè)備

熔煉設(shè)備為SG-5-10坩堝電阻爐，熔煉的坩堝為石墨坩堝，爐溫控制采用ISL-1-27型溫控器，試驗(yàn)中還使用了撇渣勺、攪拌棒、鐘罩、夾料鉗等工具。

1.2試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)時(shí)首先將坩堝置于熔爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱后升溫，期間在鋁錠熔化時(shí)加入覆蓋劑，后用撇渣勺進(jìn)行撇渣，加入精煉劑精煉并靜置10?min；10?min后除渣。然后升溫至變質(zhì)溫度加入變質(zhì)劑變質(zhì)，同時(shí)撒上覆蓋劑，靜置15?min；15?min后降溫至精煉溫度，除渣后加入精煉劑，靜置10?min；最后升溫至澆注溫度，除渣并澆注，得到試樣樣品。

本次試驗(yàn)對(duì)Al-20%Si合金進(jìn)行澆注后，澆注溫度取770?℃，790?℃，810?℃，830?℃，是在相同變質(zhì)劑量及變質(zhì)溫度下進(jìn)行。澆注后試樣編號(hào)見(jiàn)表1。

表1　Al-20%Si合金的澆注溫度及相應(yīng)編號(hào)

2　試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1Al-20%Si合金P變質(zhì)前后的對(duì)比

圖1.a是未加變質(zhì)劑的Al-20%Si?（w（Si）=20%）合金微觀組織金相圖片，圖1.b是經(jīng)P變質(zhì)后過(guò)共晶Al-20%Si合金的顯微組織金相圖片。圖中可以看到：①在過(guò)共晶Al-20%Si合金中可以看到許多多邊形的初生硅；②這些多邊形有比較鋒利的棱角，這說(shuō)明初生硅是有擇優(yōu)生長(zhǎng)方向的，沿著這些擇優(yōu)生長(zhǎng)方向，會(huì)出現(xiàn)鋒利的棱角，而這也是鋁硅合金裂紋最容易出現(xiàn)的地方；③初生硅組織以外的部分，是大量的共晶組織，Al-20%Si就是以共晶組織為基體，而初生硅分布在較軟的共晶組織之上的，共晶組織由共晶Al和共晶Si組成，其中的共晶Si呈細(xì)長(zhǎng)的針狀，且在一定的區(qū)域內(nèi)，針片狀的共晶硅是互相平行的，它分布在共晶組織之中。

由圖1.b及圖2中可以看出，過(guò)共晶鋁硅合金由P變質(zhì)劑處理后，金相組織較原試樣有了很大的變化。首先初生硅變得特別細(xì)小也較均勻，初生硅的平均直徑有較大改變；其次是初生硅的形狀變得較為圓滑，原來(lái)尖銳的棱角得到改善。

圖1　變質(zhì)前后過(guò)共晶鋁硅合金的顯微組織

圖2　澆注溫度對(duì)過(guò)共晶鋁硅合金中初生硅的影響

對(duì)過(guò)共晶鋁硅合金的變質(zhì)主要是細(xì)化初生硅的結(jié)晶晶粒，把原來(lái)的板狀初生硅及粗大的針狀共晶硅的晶粒變?yōu)榧?xì)粒狀，以提高其綜合性能［5］。過(guò)共晶鋁硅合金的初生硅的變質(zhì)處理主要是通過(guò)向合金液內(nèi)提供外來(lái)結(jié)晶核心，使其成為初生硅的結(jié)晶核心，從而使結(jié)晶核心數(shù)量增多，并抑制其長(zhǎng)大，以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶組織細(xì)化均勻的目的［6］。

2.2澆注溫度對(duì)過(guò)共晶鋁硅合金微觀組織的影響

圖2.a、b、c、d澆注溫度分別為770?℃、790?℃、810?℃、830?℃的金相組織圖。可以看出，當(dāng)澆注溫度過(guò)低時(shí)晶粒分布不均勻，偏聚嚴(yán)重。當(dāng)澆注溫度為810?℃時(shí)，初生硅具有最佳組織（如圖2.c），初生硅晶粒細(xì)小且分布均勻，晶粒平均直徑為34.5?μm。進(jìn)一步提高澆注溫度到830?℃，初生硅晶粒變粗。

由以上分析可以看出，澆注溫度對(duì)Al-20%Si合金變質(zhì)效果同樣產(chǎn)生影響。澆注溫度較低時(shí)，初生硅晶粒偏聚嚴(yán)重，形狀因子也較低；當(dāng)達(dá)到最佳澆注溫度時(shí)，初生硅的晶粒最為細(xì)小且分布均勻，形狀因子參數(shù)也較佳；當(dāng)澆注溫度過(guò)高時(shí)，形狀因子雖逐漸變大但初生硅晶粒變粗。因此要獲得良好的變質(zhì)效果也必須選擇合適的澆注溫度。

3　結(jié)論

本文研究了P變質(zhì)、澆注溫度等工藝參數(shù)對(duì)Al-20%Si合金初生硅細(xì)化的影響，試驗(yàn)證明上述工藝參數(shù)嚴(yán)重影響初生硅的變質(zhì)效果，通過(guò)試驗(yàn)得出各處理工藝的最佳參數(shù)。

（1）隨著P變質(zhì)劑加入量的增加，Al-20%Si合金初生硅變質(zhì)效果越來(lái)越好；

（2）澆注溫度影響變質(zhì)效果，810?℃澆注時(shí)Al-20%Si合金初生硅晶粒細(xì)小且分布均勻，具有最佳的晶粒組織。

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The?infuence?of?primary?crystal?silicon?form?by?casting?and?leavening?process

DENG?JinJun
（Patent?examination?cooperation?Jiangsu?center?of?the?patent?offce，?Suzhou?215000，?jiangsu，?China）

As?Al-Si?binary?diagram?shows?that?the?refned?leavening?method?and?progress?of?hypereutectic?Al-Si?alloy?and?the?infuence?factors?of?leavening?process.?analyzed?main?characters?of?hypereutectic?Al-Si?alloy，?researched?that?the?influence?of?leavening?temperature?and?casting?temperature?to?refined?of?hypereutectic?Al-Si?alloy?when?phosphorus?was?used?as?leavening?agent.?the?conclusions?show?that，?after??using?phosphorus?as?leavening?agent，?the?structure?of?primary?crystal?silicon?distributed?homogeneous，?the?homogeneous?grain?size?was?approximately?35?μm；?gained?best?cast?structure?when?casting?temperature?was?810?℃.

High?silicon?aluminum?alloy；Primary?crystal?silicon；Refned?leavening

TG146.2;

A；

1006-9658（2015）04-0054-02

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.04.015

2015-03-05

稿件編號(hào):1503-836

鄧進(jìn)俊（1984—），男，碩士，從事鑄造材料研究.