本发明属于合金，具体涉及一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法。
背景技术：
1、铸造铝硅合金材料是现用量最大的铝硅合金材料之一，其主要分为al-si系、al-mg系、al-cu系等。铸造铝硅合金材料的流动性能好，铸造性能好，无热裂倾向、气密性高、线收缩小、可压力加工性能优良，常被应用于缸体、缸盖及部分成型复杂铸件的实际制备中。
2、针对al-si系铸造合金，现有的铸造铝硅合金产品锭的制备方法是传统的熔配法制作工艺，通过按照一定顺序熔炼原铝铝锭或加入电解铝液，计算配料情况加入工业硅或含硅中间合金、mn、mg、ti以及其他产品要求元素的纯金属或中间合金产品，然后提高熔体温度加速铝液合金化，辅助精炼除气，在凝固成型过程中加sr或ti进行变质处理，最后保温铸造生产出铸造铝硅合金产品锭。由于传统工艺方法制备的限制，当硅含量添加到一定条件下，容易形成粗大的初晶硅和长针状共晶硅相，并且在下游客户买卖回去重熔后，由于原生缺陷与二次重熔过程中工艺条件控制难度高，导致对铸件产品性能的影响大。
3、为了解决以上问题，中国专利cn108913900a公开了一种铸造车间炒灰回收的废铝液制备zl104合金的方法，能够利用多余的再生铝液，实现废品的重新利用制备zl104合金，而且能够在不适合的反射保温炉内进行制备zl104合金，利用现有设备，不用再买新的设备，充分利用现有资源，节省成本。但是其采用的仍然是传统熔配法这套工艺思路。中国专利cn113862534a公开了一种铝硅合金材料组织遗传性的调控方法，采用以下三种调控方式中的至少两种对材料组织进行调控：配制铝硅合金原料时加入细晶固体料；将铝硅合金熔体进行过热处理；采用冲击打印的方式成型。但是其是通过额外添加细晶固体料从而产生的组织细化，并非由原生母液形成。
4、因此，急需一种能够使用组织优良的共析合金原液和相关的控制工艺完成成分调控并将优良组织性能遗传到铸造铝硅合金产品锭的方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法，以解决上述工艺制备得到的铸造铝硅合金产品锭具有原生缺陷以及二次重熔工艺控制难度高的问题。
2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
3、一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法，包括以下步骤：
4、（1）铝硅合金母液的设计；
5、铝硅合金母液按照质量百分数包括si 0.5~25%、fe 0.005~2%、mn 0.001~4%、cr0.001~5%、ga 0.001~7%、zr 0.001~7%、mo 0.001~3%、ti 0.001~8%、cu 0.001~4%、ni 0.001~4%、co 0.001~6%、y 0.001~4%、v 0.001~4%、p 0.001~4%、na 0.0001~1%、la 0.0001~1%、ce0.0001~1%、sr 0.00001~1%、sc 0.00001~1%，剩余量为铝和其他不可避免的杂质；
6、其中fe和mn的质量比为1：（2.5~3.8）；cu、ni和co的质量比为1：（1.2~1.8）：（4.5~6）；y、la、ce、sr和sc的质量比为（2~2.5）：（0.5~0.8）：（1.2~1.5）：（0.8~1.2）：1；
7、（2）对铝硅合金母液进行转炉保存；
8、（3）对铝硅合金母液进行温变控制；
9、（4）对铝硅合金母液进行铸造和冷却，得到优势组织遗传的铸造铝硅合金产品锭。
10、现有技术中制备铝硅合金产品锭大多采用传统的熔配法，首先将各种原料按照添加量进行混合，然后直接进行熔炼铸造，但是发现其本身具有缺陷，并且在重熔时需要严格控制工艺才能保持其性能基本不变，这对于合金性能的提升以及后续应用产生了影响。针对此问题，本发明使用合金母液作为原料，并且对合金母料中的元素组成和添加量进行设计，可以保证铝硅合金铸锭产品的性能得到提升，并且还提高了重熔后的合金性能。本发明中限定了fe和mn的比例，具体为fe：mn=1:2.5~3.8，本发明控制fe和mn的比例可以减少feal3这类脆性相的形成，因为feal3在合金中容易形成粗大的网络状结构，降低合金的塑性和韧性，适当增加mn相对于fe的比例，可以促使形成更稳定的mnal6相或其他更有益的中间相，这些相通常具有更好的塑性和韧性，有助于改善合金的综合性能。
11、本发明还限定了cu、ni和co的比例，具体为cu：ni：co=1：1.2~1.8：4.5~6，cu、ni和co可以通过固溶强化和析出强化两种机制来提高合金的强度。cu可以形成cual2相，而ni和co则倾向于形成nial3或coal2相。本发明通过调整这些元素的比例，可以优化强化相的形态和分布，避免粗大的析出物形成，从而提高材料的强度和韧性。同时co元素的加入可以改善cu和ni的析出行为，使得析出相更加均匀和细小。
12、本发明还限定了y、la、ce、sr和sc的比例，具体为y：la：ce：sr：sc=2~2.5：0.5~0.8：1.2~1.5：0.8~1.2：1，y、la和ce这类稀土元素的主要作用之一是细化晶粒，它们能够有效地阻止晶粒长大，从而提高材料的强度和塑性。sr元素可以改变硅相的形态，从针状转变为球状或短棒状，这样可以提高合金的机械加工性能。sc元素的加入可以形成稳定的al3sc粒子，这些粒子能够有效地钉扎晶界，防止晶粒长大，进一步细化晶粒。本发明中适当的稀土元素配比可以协同作用，共同促进晶粒细化，提高合金的流动性和洁净度，从而改善合金的整体性能。
13、优选的，步骤（1）中，铝硅合金母液中包括一种及以上的微米级析出相和一种及以上的亚微米级析出相，微米级析出相的尺寸范围为50~1000μm，成分包括al、si、fe、mn、cr、ga、zr、mo、ti、cu、ni、co、y、v、p、na、la、ce、sr、sc元素中的任意两种或几种；亚微米级析出相的尺寸范围为0.01~50μm之间，成分包括al、si、fe、mn、cr、ga、zr、mo、ti、cu、ni、co、y、v、p、na、la、ce、sr、sc元素中的任意两种或几种。
14、优选的，步骤（1）中，铝硅合金母液的晶粒度指数g为1.0-5.5。
15、优选的，步骤（2）中，转炉提前烘包1~8h，转运时间30~45min，转炉温度为t0，转炉温度比铝硅合金液相线tm高50~1000℃。
16、优选的，步骤（3）中，温变控制包括以下三个阶段中的一个或多个执行；
17、阶段一的温度t1=t0+1000k1，k1为0.11~0.13，升温速率为0~3℃/min，保温时间为0~8h；
18、阶段二的温度t2=t0+1200k2，k2为0.14~0.19，升温速率为0~5℃/min，保温时间为0~8h；
19、阶段三的温度t3=t0+1500k3，k3为0.17~0.35，升温速率为0~8℃/min，保温时间为0~8h。
20、本发明为了进一步优化产品的性能，在温变控制阶段，进行了特定阶段的温度控制过程，这对于优化微观组织和提高力学性能具有重要作用。分析原因：温变阶段的温度控制有助于晶核的均匀形核和生长，从而细化晶粒，防止晶粒过快长大避免粗大析出物的形成。不同梯度要求下的温度调整有助于促进合金元素的溶解和重新分布，确保合金成分在整个熔体中的均匀性。这样可以减少局部化学成分不均带来的性能差异，形成更加稳定的析出相。此时，合金元素已经较为均匀地分布，有助于析出相达到最佳尺寸和形态，从而改善材料的机械性能。本发明通过精确控制温变阶段的温度、升温速率和保温时间，可以使合金熔体在凝固过程中形成具有优势的微观结构，这些结构在后续的冷却和凝固过程中能够更好地遗传到最终的铸锭产品中。这种组织遗传性保证了合金在重熔后的性能稳定性，使得二次加工后的材料仍然保持良好的力学性能。
21、优选的，步骤（4）中，铸造包括以下三个阶段中的一个或多个执行；
22、阶段一的温度t4=t3-200k4，k4为0.26~0.35，铸锭凝固时间为4~35s，铸造速度为0.01~50cm/s；
23、阶段二的温度t5=t4-150k5，k5为0.40~0.6，铸锭凝固时间为3~35s，铸造速度为0.01~50cm/s；
24、阶段三的温度t6=t5-100k6，k6为0.80~1.2，铸锭凝固时间为2~35s，铸造速度为0.01~50cm/s。
25、为了进一步优化产品的性能，本发明还对铸造过程进行了分阶段设置，这有助于提高铝硅合金铸锭的力学性能和组织遗传。分析原因：合金的固、液相线温度是合金发生凝固过程到凝固终了的核心。在铸造过程中通过控制不同的在液相线温度变化，控制初始晶核的形成，从而细化晶粒合适的温度保证了合金液体的良好流动性，而铸造速度的适当调整则有利于晶粒的均匀生长，避免了凝固导致的粗大晶粒及析出相的均匀分布，从而提高材料的强度和韧性。通过对凝固速度和凝固温度两个随动变量的控制，保留共析合金母液中形成的有利微观结构，使得这些组织特征能够在最终的铸锭中遗传下来，将性能“锁”在组织中。这有助于保证合金在后续加工中的性能一致性。本发明通过这种多阶段的精密铸造控制，可以有效地提高铝硅合金铸锭的力学性能和组织遗传性，使得最终产品具有更优的性能表现。
26、本发明中的tm为液相线温度，一种纯物质或者合金开始从固态转变为液态的最低温度。对于合金，液相线温度则取决于合金的具体组成，不同的成分比例会导致不同的熔化温度。合金的液相线可以采用差示扫描热法（dsc）、差热分析（dta）或计算机模拟软件等常规方法测试得到。
27、优选的，步骤（4）中，冷却方式为风冷、泡模水冷、半泡模水冷、水雾冷、液态气体冷却中的任意一种或几种组合。
28、优选的，步骤（4）中，冷却速度为0.2~8℃/sec。
29、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：
30、1、本发明通过精确控制合金母液中的微量元素比例以及铸造过程中的温度和速度，使得最终产品具有更优的力学性能。这种力学性能的改进体现在更高的强度、更好的延展性和更优异的耐腐蚀性等方面，能够满足高端制造业对于材料性能的需求。
31、2、本发明通过调控熔体内部组织，使得晶粒细化且分布均匀，晶粒度指数g控制在理想范围内（1.0~5.5），这有助于改善材料的机械加工性和热处理响应性，从而提高产品的整体质量和使用寿命。
32、3、本发明通过特定的工艺条件使得合金母液中的有利微观结构得以保留并在后续的加工过程中传递给最终产品。这种遗传性确保了即使经过多次重熔再加工，产品的性能依然能够保持甚至有所提升。
1.一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法，其特征在于，步骤（1）中，铝硅合金母液基体中包括一种及以上的微米级析出相和一种及以上的亚微米级析出相，微米级析出相的尺寸范围为50~1000μm，成分包括al、si、fe、mn、cr、ga、zr、mo、ti、cu、ni、co、y、v、p、na、la、ce、sr、sc元素中的任意两种或几种；亚微米级析出相的尺寸范围为0.01~50μm之间，成分包括al、si、fe、mn、cr、ga、zr、mo、ti、cu、ni、co、y、v、p、na、la、ce、sr、sc元素中的任意两种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法，其特征在于，步骤（1）中，铝硅合金母液的晶粒度指数g为1.0~5.5。
4.根据权利要求1所述的一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法，其特征在于，步骤（2）中，转炉提前烘包1~8h，转运时间30~45min，转炉温度为t0，转炉温度比铝硅合金液相线tm高50~1000℃。
5.根据权利要求4所述的一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法，其特征在于，步骤（3）中，温变控制包括以下三个阶段中的一个或多个执行；
6.根据权利要求5所述的一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法，其特征在于，步骤（4）中，铸造包括以下三个阶段中的一个或多个执行；
7.根据权利要求1所述的一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法，其特征在于，步骤（4）中，冷却方式为风冷、泡模水冷、半泡模水冷、水雾冷、液态气体冷却中的任意一种或几种组合。
8.根据权利要求1所述的一种调整高性能共析合金原液组织遗传的工艺控制方法，其特征在于，步骤（4）中，冷却速度为0.2~8℃/sec。
