一种获得铝硅合金伪共晶组织的装置与方法与流程

1.本发明涉及有色合金加工技术领域，尤其是一种获得铝硅合金伪共晶组织的装置与方法。


背景技术：

2.过共晶铝硅合金是一种重要的铸造铝合金，尤其在汽车领域，由于过共晶铝硅合金硅含量较高，热膨胀系数小，有较高的强度和硬度，不仅可以提高发动机的工作效率，而且可以使汽车重量更轻、速度更快，减少油耗，提高燃油利用率。然而，由于硅含量的增加，铝合金凝固组织中易出现棱角尖锐、尺寸粗大的硅相，在硅相尖端部分容易产生裂纹，割裂基体，使得合金的强度、塑性下降，尤其是合金的强韧性急剧降低，严重限制了过共晶铝硅合金的使用。因此，细化过共晶铝硅合金中的初生硅，提高过共晶铝硅合金的力学性能显得至关重要。
3.关于解决初生硅的细化问题，现有主要方法有磷变质及其复合处理、其他微量合金元素作用、熔体热处理等等。工业上主要采用磷变质方法，在含磷中间合金变质处理后，初生硅得到明显细化，分布也更加均匀。在过共晶铝硅合金中添加稀土元素，也可以抑制初生硅的生长，起到细化初生硅的作用。熔体热处理可以有效的改善和细化初生硅，在一定的保温时间和过热温度下也可有效细化晶粒，可以提高合金的硬度和强度及耐磨性。为了提高过共晶铝硅合金的综合力学性能，可以通过磷元素和稀土元素复合变质或磷变质和熔体热处理两者相结合来实现。但是含磷变质剂易反应生成有毒气体，对人体和环境产生危害。而稀土元素分离困难，且成本较高，一定程度上限制了其在工业生产中的应用。在熔体热处理过程中，容易发生过热温度过高或保温时间过长，引起初生硅尺寸严重粗化，反而降低其力学性能。采取变质和熔体热处理两者相结合不仅增加了繁琐的工业步骤，而且大大增加的工业生产的成本。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种获得铝硅合金伪共晶组织的装置与方法，以实现完全消除过共晶铝硅合金凝固组织中的初生硅相，并获得细小均匀的伪共晶组织。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种获得铝硅合金伪共晶组织的装置，具有支架，所述的支架底部安装有可内存液氮的浇注桶，浇注桶内设有浸没于液氮内、供铝硅合金熔体浇注的旋转叶片，支架上端设有驱动电机，驱动电机的输出轴传动连接有旋转轴，旋转轴下端与旋转叶片中心固接。
6.为方便调节浇注桶的放置高度，所述的支架底部设有可拆卸的垫板，浇注桶放置在垫板上实现高度调节。
7.具体说，所述的支架上端固接有平板，驱动电机安装在平板中心位置，驱动电机通过联轴器传动连接旋转轴，支架中部固接有稳定杆，稳定杆中间位置嵌设有材质为四氟乙
烯的垫圈，所述旋转轴穿过垫圈与旋转叶片中心固接，以确保旋转轴转动平稳。
8.为保证连接牢固，所述的旋转叶片与旋转轴通过刚性盘夹持固接。
9.所述的旋转叶片和浇注桶的材质均为黄铜，以确保浇注桶内各处温度均匀一致。
10.一种使用上述装置获得过共晶铝硅合金伪共晶组织的加工方法，具有以下步骤：
11.s1、采用石墨坩埚在井式电阻炉中熔炼过共晶铝硅合金，其中的si含量为18～26wt.％，熔炼温度为750℃，待完全熔化后，保温30分钟；
12.s2、在浇注桶中加入液氮，调节垫板高度，确保液氮液面高度高于旋转叶片上平面2～3cm；
13.s3、启动驱动电机并调节驱动电机转速为100r/min，然后将步骤s1中保温完成的铝硅合金熔体浇注至转动的旋转叶片上，浇注位置为旋转叶片的半个圆盘半径处；
14.s4、高温铝合金熔体浇注到被液氮冷却成低温状态的旋转叶片上，由于碰撞与急冷作用使熔体产生周向分散而被甩到低温的浇注桶内壁，再一次被碰撞成小液滴而快速凝固成伪共晶组织；
15.s5、待浇注完成，关闭驱动电机，移走垫板，取出浇注桶，使用坩埚钳取出浇注桶内处理好的铝硅合金。
16.本发明的有益效果是：本发明利用旋转叶片的旋转产生的分散撞击效应，与液氮急速冷却协同作用，不但消除了过共晶铝硅合金凝固组织中的初生硅相，而且可获得均匀细小的伪共晶组织。装置结构简单，操作方便，无须采用复杂繁琐的传统工艺流程，降低了生产成本。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
18.图1是本发明的结构示意图。
19.图2是本发明的三维结构示意图。
20.图中：1.支架，2.稳定杆，3.垫板，4.驱动电机，5.联轴器，6.旋转轴，7.刚性盘，8.旋转叶片，9.浇注桶。
具体实施方式
21.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
22.如图1、图2所示的一种获得铝硅合金伪共晶组织的装置，具有支架1，所述的支架1上端固接有平板，位于平板中心位置固定安装有驱动电机4；所述的支架1底部设有可拆卸的垫板3，在垫板3上放置有可内存液氮的浇注桶9，并可利用垫板3调节浇注桶9放置的高度，以此满足实际使用要求。
23.所述浇注桶9内设有使用时浸没于液氮内、供铝硅合金熔体浇注的旋转叶片8，驱动电机4的输出轴通过联轴器5传动连接有旋转轴6，旋转轴6下端固连有一对刚性盘7，所述刚性盘7分别位于旋转叶片8上下侧面并通过螺栓将旋转叶片8夹持牢固。
24.所述支架1中部固接有稳定杆2，稳定杆2中间位置嵌设有材质为四氟乙烯的垫圈，所述旋转轴6穿过垫圈与旋转叶片8中心固接。
25.所述的旋转叶片8和浇注桶9的材质均为黄铜，以确保在使用过程中浇注桶9内各处温度的均匀一致。
26.一种上述加工装置获得过共晶铝硅合金伪共晶组织的加工方法，具有以下步骤：
27.s1、采用石墨坩埚在井式电阻炉中熔炼过共晶铝硅合金，其中的si含量为18～26wt.％，熔炼温度为750℃，待完全熔化后，保温30分钟；
28.s2、在浇注桶9中加入液氮，调节垫板3高度，确保液氮液面高度高于旋转叶片8上平面2.5cm；
29.s3、启动驱动电机4并调节驱动电机4转速为100r/min，然后将步骤s1中保温完成的铝硅合金熔体浇注至转动的旋转叶片8上，浇注位置为旋转叶片8的半个圆盘半径处；
30.s4、高温铝合金熔体浇注到被液氮冷却成低温状态的旋转叶片8上，由于碰撞与急冷作用使熔体产生周向分散而被甩到低温的浇注桶9内壁，再一次被碰撞成小液滴而快速凝固成伪共晶组织；
31.s5、待浇注完成，关闭驱动电机4，移走垫板3，取出浇注桶9，使用坩埚钳取出浇注桶9内处理好的铝硅合金。
32.应注意的是，使用时，加入液氮后，应尽快向浇注桶9中浇注保温完成的过共晶铝硅合金熔体，避免液氮挥发过多，导致旋转叶片8温度和液氮温度相差过大，急速冷却效果不佳。
33.本发明通过浇注桶9中液氮的急速冷却作用，以及旋转叶片8旋转产生的分散撞击效应，二者协同作用，不但消除了过共晶铝硅合金凝固组织中的初生硅相，而且可获得均匀细小的伪共晶组织，装置整体结构简单，无须采用复杂繁琐的传统工艺流程，可降低生产成本，同时符合环保理念要求，适合于大规模生产。
34.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。