脉冲磁场震荡辅助制备铸造Al-25%Si合金的研究

陈祥

摘要：本文研究了不同脉冲磁场频率对Al-25%Si合金初生硅形貌尺寸及力学性能的影响，并对初生硅的形核与长大进行了简单的分析。结果表明：随着脉冲磁场频率的不断增大，初生硅平均尺寸不断增大，Al-25%Si合金的布氏硬度随着初生硅的尺寸增大而减小，当脉冲频率为20Hz时初生硅的平均尺寸最小，且强化效果最佳布氏硬度为59.6HBW。

关键词：脉冲磁场;频率;初生硅

0  引言

高硅铝硅合金具有优良的耐磨性、低密度以及低的热膨胀系数等优点，广泛应用于汽车等发动机活塞、气缸盖等[1，2]。未做处理的铸造高硅铝硅合金，由于冷却速度慢导致凝固组织中存在粗大的块状或板条状的初生硅和针状的共晶硅组织，使其力学性能恶化。添加孕育剂或者变质剂，变质处理应用最多的改善过共晶铝硅合金微观组织和性能的方法，但是当硅含量过高时，变质处理已经无法从根本上消除硅相的不利影响。而利用脉冲磁场对凝固过程进行控制，可以在不改变合金原有合金成分条件下的条件下达到细化组织增强合金力学性能的效果，而且脉冲磁场具有输出峰值高、多参数可调节、无污染、操作简单等优势。因此研究脉冲磁场对合金凝固过程的影响机理，对推进该技术工业化大规模生产具有一定的意义。脉冲磁场强度不但与时间变化有关，并且突然发生、突然消失，在下一次脉冲出现之前，常有个间歇时间，这个间歇时间的長短与脉冲频率有关，频率低、脉冲宽度小，则每个间歇时间长。它是用间歇振荡器产生间歇脉冲电流，将这种电流通入电磁铁的线圈，即可产生各种形态的脉冲磁场。本文研究了不同工艺外加脉冲磁场对Al-25%Si合金组织及性能的影响，并对其机理进行分析。

1  实验方法

实验所用材料为Al-25%Si中间合金。合金熔炼时，每次将称量的600gAl-25%Si合金放入石墨坩埚内并放入井式熔炼炉内加热到800℃进行熔炼，保温30min待合金完全熔化后加入六氯乙烷除气，在800℃保温15min，然后扒渣将表面氧化渣捞出，搅拌均匀后浇注到已经预热好？准50×80mm的石墨坩埚内，并在坩埚上方施加磁场，同时立即启动脉冲装置直至合金完全凝固，室温条件冷却一段时间后取出铸锭。

2  实验结果与分析

如图1所示未加磁场处理的Al-25%Si合金出现粗大的板条状、五瓣花状的初生硅颗粒，经过外加磁场辅助处理的Al-25%Si合金随着脉冲磁场频率的增大初生硅颗粒的尺寸不断增大，由细小的较为圆整的颗粒状初生硅不断演变为板条状、多瓣状等大颗粒的初生硅。频率为20Hz时初生硅尺寸最小，且形状最为圆整。施加脉冲磁场通过增大过冷度增大初生硅相变驱动力[3]，进而减小初生硅形核尺寸。增大频率缩短了间隙时长，增加了脉冲磁场处理时间，进而使得初生硅出现粗化现象。一方面由于处理时间的增加，即增加了初生硅长大粗化时间增大初生硅的尺寸;另一方面由于脉冲磁场震荡作用，初生硅在磁场力的作用下发生迁移，增大了初生硅之间相互碰撞几率，初生硅相互碰撞融合为一体，增大了初生硅的尺寸，因此随着频率的增大初生硅的尺寸不断增大。

由图2可知经过脉冲磁场辅助铸造Al-25%Si合金的布氏硬度明显高于未处理的Al-25%Si合金，当脉冲频率为20Hz时强化效果最佳，随着脉冲频率的增大布氏硬度不断减小。

3  结论

结果表明：脉冲磁场震荡对Al-25%Si合金微观组织有一定的影响作用，且随着频率的增大初生硅的尺寸越大，当频率为20Hz时初生硅的平均尺寸最小，且布氏硬度最大性能最佳。

参考文献：

[1]张磊，杨滨.热等静压对电子封装60wt%Si-Al合金组织与性能的影响[J].塑性工程学报，2010（04）：122-125.

[2]Kapranos P ， Kirkwood D H ， Atkinson H V ， et al. Thixoforming of an automotive part in A390 hypereutectic Al–Si alloy[J]. Journal of Materials Processing Technology， 2003， 135（2-3）：271-277.

[3]鄢红春，何冠虎.脉冲电流对Sn—Pb合金凝固组织的影响[J].金属学报，1997，33（4）：352-358.