【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于金屬材料，具體涉及一種六硼化鈣增強的過共晶鋁硅合金及其制備方法。
技術介紹
1、近年來，汽車、船舶、航空航天等領域的快速發展，對發動機技術提出了越來越高的需求。高轉速大扭矩的工作環境，極大地增加了發動機核心部件機械負荷與熱負荷。對汽車發動機氣缸、活塞等零部件材料高溫性能的要求也不斷提高，如何提高活塞剎車片等安全性材料的高溫力學性能等成為制約我國汽車制造行業發展的瓶頸問題。
2、鑄造過共晶鋁硅合金因其較高的比強度和耐高溫性、耐腐蝕性以及良好的耐磨性能，被廣泛應用在汽車發動機氣缸、活塞、剎車片等零部件的生產中，使汽車有更輕的重量、更大的功率。但是，過共晶鋁硅合金中存在大量的粗大板片狀或星狀初晶硅及長針狀共晶硅，在外力作用下會產生應力集中，嚴重割裂鋁合金基體，使得材料的韌性較差，缺少高溫穩定強化相，顯著降低材料的高溫性能。隨著材料服役溫度的不斷升高，對汽車發動機活塞、剎車片等安全性材料的高溫性能要求更加苛刻。因此，對過共晶鋁硅合金中的硅相進行變質處理，獲得細小均勻分布的組織，對提高過共晶鋁硅合金的力學性能，特別是高溫力學性能，擴大其使用范圍至關重要。
3、目前，對過共晶鋁硅合金中初晶硅和共晶硅的變質細化處理的研究較多，主要有兩種方法，一種是單一變質處理，即加入p鹽可以有效細化初晶硅的組織，并使其分布均勻，但使用含p變質劑僅對初晶硅有細化效果，p的吸收率受工藝條件的限制，變質效果不穩定，且容易產生對人體有毒的有害氣體。另一種是復合變質處理，即加入稀土元素和p、b等元素，專利cn107326228a公
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是，針對對過共晶鋁硅合金高溫力學性能的研究相對較少，現有技術中存在的變質效果不穩定、變質操作方法復雜、難以推廣應用等問題，制備一種用于發動機和剎車盤等安全部件的新型高強耐熱過共晶鋁硅合金。本專利技術旨在通過原位添加cab6顆粒，引入高溫強化相，對初晶硅和共晶硅進行變質處理，改變其大小及分布，在保證常溫性能的同時提高合金的高溫性能，以獲得在室溫及高溫下具有高耐磨性、高硬度，良好綜合力學性能的過共晶鋁硅合金。本專利技術還提供其制備方法，成本低，工藝簡單，生產高效。
2、一種利六硼化鈣增強的過共晶鋁硅合金的制備方法，先將純鋁和al-5b中間合金熔化，再加入si-30ca中間合金，混合熔融后再加入純硅，然后依次進行澆鑄和t6熱處理，得到高強耐熱過共晶鋁硅合金。
3、本專利技術是通過以下方式實現的：
4、一種六硼化鈣增強的過共晶鋁硅合金，其制備方法包括以下幾個步驟：
5、（1）備料：按照ca：b=1:6的原子百分比準備si-30ca中間合金、al-5b中間合金，按照質量分數為14.00-18.00%的si含量準備純硅；
6、（2）熔融：在電阻爐中將純鋁和al-5b中間合金加熱至950℃全部熔化后保溫10min，然后向熔體中加入si-30ca中間合金、純硅，機械攪拌使其混合均勻，在950℃下保溫30min，保溫過程中對熔體進行充分攪拌，防止成分偏析，保溫結束后得到熔體；
7、（3）澆鑄：扒去熔體表面浮渣后進行澆鑄，得到直徑20mm、長度150mm的過共晶鋁硅合金鑄棒；
8、（4）熱處理：將過共晶鋁硅合金鑄棒進行t6熱處理，固溶溫度490±5?℃，時間為2h，時效溫度160±5℃，時間12h，固溶時效處理后得到高強、耐熱鋁硅合金。
9、本專利技術的有益效果是：
10、本專利技術中ca元素的來源為si-30ca中間合金，al-b合金中的alb2與ca反應生成cab6，使ca在鋁基體中由固溶態轉變為析出態，不僅細化初晶硅相和鋁基體，而且對共晶硅相有變質作用。cab6的晶格常數與初晶硅相似，符合初晶硅異質形核核心的要求，細化了初晶硅。由于富集在固液界面前沿的ca原子引起成分過冷降低了α-al相生長速率，從而細化α-al相晶粒。ca對共晶硅的變質作用體現在影響共晶硅的生長，ca的存在改變了共晶硅原有生長方式，誘發大量孿晶，促進板片狀共晶si相轉變為細小的纖維狀。b元素的添加，使合金的晶粒得到細化，增加了晶界面積，提高了鋁硅合金的力學性能。cab6具有低密度、高熔點、高耐磨性和腐蝕性，作為一種高溫穩定的強化相，在確保合金輕質的前提下，降低了合金的磨損率；獲得一種高強、耐熱過共晶鋁硅合金，該合金的的室溫抗拉強度達到326?mpa，硬度達到132?hbw，延伸率為4.50%，在250℃下，該合金的抗拉強度達到235mpa，硬度達到104hbw，延伸率為3.97%。
11、本專利技術提出了一種六硼化鈣增強的過共晶鋁硅合金制備方法，調整了過共晶鋁硅合金中初晶硅及共晶硅的尺寸及形貌，細化了鋁基體晶粒，提高了合金的室溫及高溫綜合力學性能，滿足了當今過共晶鋁硅合金制造的發動機活塞以及剎車片的高溫使用需求，本專利技術提出的制備方法成本較低、經濟效益高且操作簡單，適合大規模推廣使用。
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1.一種六硼化鈣增強的過共晶鋁硅合金及其制備方法，其特征是其元素組成與質量百分比為：Si：14.00-18.00%，CaB6：3.00-8.00%，其余為Al。該合金的室溫極限抗拉強度≥320MPa，延伸率≥6.00%，硬度≥130HBW，250℃極限抗拉強度≥230MPa，延伸率≥4.00%，硬度≥100HBW。
【技術特征摘要】
1.一種六硼化鈣增強的過共晶鋁硅合金及其制備方法，其特征是其元素組成與質量百分比為：si：14.00-18.00%，cab6：3.00-8.00%，其余為al...
【專利技術屬性】
技術研發人員：崔曉麗，劉杰，劉厚韻，李星輝，
申請(專利權)人：山東理工大學，
類型：發明
國別省市：
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