將0.5 g初始鑄態(tài)Al-21%Si合金真空封裝于��14 mm的石英管中,分別在750、800、850和900℃溫度下重熔并保溫不同時間后水冷,采用光學(xué)顯微鏡分析Al-21%Si合金凝固組織。結(jié)果表明:Al-21%Si合金在750～850℃重熔保溫20 min后初晶硅比初始鑄態(tài)合金中的更大,但隨著重熔溫度的升高,初晶硅的顆粒尺寸逐漸減小,900℃溫度下重熔時效果最好;在750℃重熔后初晶硅反而變粗,保溫時間對初晶硅顆粒的尺寸影響不明顯;在相對較慢的石英管水冷條件下,Al-21%Si合金中的共晶硅比初始鑄態(tài)組織中的共晶硅更加細小;在750～900℃溫度范圍內(nèi)保溫不同的時間后,初晶硅的顆粒尺寸基本在25～43μm范圍內(nèi)波動;在800、850和900℃保溫時均出現(xiàn)了不同生長程度的五瓣星形初晶硅組織。

　　過共晶Al-Si 合金具有密度小、強度高、鑄造成形性好以及耐磨耐蝕等優(yōu)良性能，是航空、航天、汽車、造船工業(yè)上重要的結(jié)構(gòu)材料［1-3］。過共晶Al-Si 合金按含Si 量可分為3 組，含Si 量17% ～ 19%、含Si 量20% ～ 23% 和含Si 量24% ～ 26% ，其鑄造組織由α-Al 枝晶、共晶Si 和初晶Si 組成，初晶Si 可作為硬質(zhì)點有效提高合金的耐磨性能。但是過共晶鋁硅合金中大塊的初晶Si 會嚴重地割裂合金基體，導(dǎo)致合金的強度、塑性和切削性能降低。

　　在細化鋁硅合金組織方面的研究甚多，對過共晶鋁硅合金進行變質(zhì)處理可以細化晶粒組織和初晶硅［4］，采用強流脈沖電子束對過共晶鋁硅合金表面進行改性可以提高合金表面耐磨性［5］，管仁國等提出了一種震蕩波形斜板工藝( VWSP) ，可使鋁硅合金組織球狀化［6］。

　　根據(jù)金屬凝固理論，液態(tài)熔體在微小區(qū)域內(nèi)存在著有序、規(guī)則的排列［7］，其結(jié)構(gòu)狀態(tài)對晶粒的形核、生長及最終的組織、性能有直接的影響。在生產(chǎn)中，各種不同成分的過共晶鋁合金熔煉溫度與保溫時間對初晶硅的溶解和凝固過程中的析出影響很大，合適的熔煉溫度和保溫時間可以消除組織遺傳性，得到最佳的凝固組織和合金力學(xué)性能［8］。熔體經(jīng)過不同溫度和時間的過熱處理后可以得到不同的顯微組織與力學(xué)性能［9-10］，熔體溫度處理后的冷卻速度對合金的組織與力學(xué)性能也有很大的影響［11-12］。目前，對過共晶鋁硅合金的最佳熔煉溫度與保溫時間的確定缺乏詳細報道。本文重點研究過熱溫度和保溫時間對過共晶Al-21% Si 合金凝固組織的影響，為實際生產(chǎn)中確定該合金的最佳熔煉溫度和保溫時間提供參考。

1、試驗材料及方法

　　采用工業(yè)純鋁，Al-30% Si 中間合金配制Al-21%Si 合金，將合金混合料裝入石墨坩堝并在井式電阻爐中加熱至850 ℃熔煉30 min，之后降溫至780 ℃澆注到內(nèi)腔高度為14 mm、預(yù)熱到100 ℃ 左右的金屬型( 鐵模) 中，制成厚度約為13 mm 的合金塊。將合金塊切割成4 mm × 4 mm × 12 mm 質(zhì)量約為0. 5 g 的小試樣，將這些小試樣真空封裝于��14 mm 的石英管內(nèi)，分別在750、800、850 和900 ℃的管式電阻爐中保溫20、40、60、80、100 和120 min，然后將裝有合金液的石英管進行水冷。采用光學(xué)顯微鏡觀察Al-21% Si合金在各種熔煉工藝條件的凝固組織，分析過熱溫度和保溫時間對Al-21% Si 合金凝固組織中初晶硅和共晶硅的尺寸和形態(tài)的影響。

　　1) Al-21% Si 合金在750 ～ 900 ℃ 范圍內(nèi)重熔保溫20 min 時，隨著重熔溫度的升高，初晶硅的尺寸逐漸減小; 在900 ℃重熔保溫后，初晶硅尺寸明顯小于初始鑄態(tài)合金中的初晶硅;

　　2) Al-21% Si 合金在750 ℃ 過熱重熔后初晶硅反而更加粗大，隨著保溫時間的延長，合金熔液中初晶硅平均尺寸變化較小，因此在750 ℃重熔對初晶硅的細化不利;

　　3) 在相對較慢的石英管水冷條件下，Al-21% Si合金中的共晶硅比初始鑄態(tài)組織中的共晶硅更加細小，因此Al-21% Si 合金重熔后慢速冷卻將有利于共晶硅的細化;

　　4) 在750 ～ 900 ℃范圍內(nèi)保溫不同的時間后，初晶硅的顆粒尺寸基本在25 ～ 43 μm 范圍內(nèi)波動。在800、850 和900 ℃ 分別保溫120、100 和60 min 時出現(xiàn)了不同生長程度五瓣星形初晶硅組織。