专利名称：一种铝镁钛硼合金及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别是涉及一种强度高、性能稳定的铝镁钛硼合金及其制备工艺。
背景技术：
在传统的铸造铝镁二元合金中，镁是合金的主要组元，其在铝中有很大的固溶度，且镁原子半径比铝大13％，镁大量溶入α(Al)固溶体后，就使α的晶格产生较大的畸变，故铝镁合金有很高的固溶强化作用。随着镁含量的增加，合金的机械性能亦显著增加，但当镁量大于12％时，由于在通常生产中的热处理条件下，合金组织中的β(Mg2Al3)相不能完全溶入α，使其机械性能大大下降，故合金中含镁量一般不超过11.5％。合金牌号为ZAlMg10的化学成分为(质量比)镁9.5-11.0％，余量为铝。此合金机械性能的稳定性较差，合金淬火后在长期使用过程中会发生自然时效，β相沿境界不断析出长大，使塑性大大下降，当温度超过100℃时，时效过程将大大加快，故此合金不适于在高温下工作。此外此合金还有较显著的应力腐蚀倾向。因为自然时效过程在应力作用下将显著加速，而在晶界析出脆性β相，使合金沿晶界产生应力腐蚀裂纹。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种强度高、韧性好、机械性能稳定的铝镁钛硼合金及其制备工艺。
本发明是通过以下方式实现的一种铝镁钛硼合金，含有铝、镁、钛元素，其特征是它还含有硼元素，各组分的质量百分比为镁9.5-13.5％，钛0.2-0.4％，硼0.04-0.08％，其余为铝。
上述铝镁钛硼合金的制备工艺，其特征是包括以下步骤(1).使用电阻坩埚炉，采用铸铁或铸钢坩埚，为了防止渗铁，在坩埚的表面涂上一层涂料，涂料成份为滑石粉+水玻璃；(2).按照镁9.5-13.5％，钛0.2-0.4％，硼0.04-0.08％，其余为铝的质量百分比计算并称取纯铝、纯镁、铝钛硼中间合金作为原料；(3).将坩埚随电阻炉一起升温到600℃，然后将由氯化镁和氯化钾组成的覆盖剂和纯铝加入坩埚中，将电阻炉升温至690℃保温；(4).待纯铝熔化后将铝钛硼中间合金及镁块一同加入坩埚中，镁块要用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；(5).保温5分钟之后，加入氯化铝或氯化锌进行除气精炼，除气时钟罩在熔液中缓慢移动以便精炼完全；(6).精炼结束后，静置5分钟，在640-675℃间扒渣浇注。
上述铝镁钛硼合金的制备工艺，其特征是步骤(2)中，纯铝中铝含量≥99.7％，纯镁中镁含量≥99.95％；铝钛硼中间合金中各成分的质量百分比为钛5％，硼1％，其余为铝。
上述铝镁钛硼合金的制备工艺，其特征是步骤(3)中所用覆盖剂的加入量为炉料总质量的3-4％，覆盖剂中各组分的质量百分比为氯化镁60％，氯化钾40％；步骤(5)中氯化铝或氯化锌的加入量为炉料总质量的0.15-0.2％。
与ZAlMg10相比，本发明合金强度高，铸态下抗拉强度可达215MPa以上，浇注好的铸件进行T4热处理之后抗拉强度达到340MPa，提高均在15％以上，断后伸长率可达12％。添加的合金化元素钛和硼组成钛硼化合物弥散分布于晶界，能有效的抑制β相的析出，提高了合金机械性能的稳定性。该合金中杂质总含量＜0.85％，其中Fe＜0.3％；Si＜0.3％；Cu＜0.1％；Mn＜0.15％。
具体实施例方式
下面给出本发明的三个最佳实施例实施例一制备20Kg含镁10％、钛0.2％、硼0.04％，余量为铝的铝镁钛硼合金，制备工艺如下(1).采用电阻坩埚炉，铸钢坩埚；(2).原料配制铝块(铝≥99.7％)；镁块(镁≥99.95％)；铝钛硼中间合金(Al-5Ti-1B)；由于钛和硼存在于同一种中间合金里，所以计算所需含量时，只须计算一种元素的即可，本实例以钛元素计。参考《铸造手册》(第3卷，铸造非铁合金，第2版，机械工业出版社，2001.10，P187-188)及经验确定合金元素的烧损量，铝1.5％，镁20％，钛1％，硼0.5％。
加入量计算公式X=M×AC×(1-E)]]>式中M为熔炼合金总质量；A为合金中应含某种元素的百分数；C为中间合金或合金锭中所含某种元素的百分数；E为某种元素的烧损量；X为加入某种元素或中间合金的总质量。
在实例中，M＝20Kg；AMg％＝10％；Ti％＝0.2％；B％＝0.04％；Al％＝89.64％；CMg％＝99.95％；Ti％＝5％；B％＝1％；Al％＝99.7％；EAl1.5％，Mg20％，Ti1％，B0.5％。则XMg=20×10%99.95%×(1-20%)=2.50Kg]]>XAl-Ti-B=20×0.2%5%×(1-1%)=0.81Kg]]>XAl=20×89.76%99.7%×(1-1.5%)=18.28Kg]]>铝钛硼中间合金带入的纯铝的质量为0.81×94％＝0.76Kg所以，需加纯铝的质量为18.28-0.76＝17.52Kg；(3).将坩埚随电阻炉一起升温到600℃，加入覆盖剂730克、纯铝17.52千克，升温至690℃保温；(4).纯铝熔化后加入铝钛硼中间合金0.81千克和镁块2.50千克，镁块用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；(5).保温5分钟后，加入氯化锌精炼剂40克进行除气精炼，除气时钟罩在熔液中缓慢移动以便精炼完全；(6).精炼结束后，静置5分钟，660℃下扒渣浇注。
所得合金成份为镁10％；钛0.2％；硼0.04％；杂质总含量＜0.85％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为221MPa，T4处理后抗拉强度为354MPa，断后伸长率为13％，合金化元素钛和硼能形成弥散分布的钛硼化合物质点能够抑制β相的析出，从而提高了合金机械性能的稳定性。
实施例二制备20Kg含镁13％、钛0.4％、硼0.08％，余量为铝的铝镁钛硼合金采取与实施例一相同的工艺步骤，其中步骤(2)算得的各原料加入量为纯镁3.25千克，铝钛硼中间合金1.62千克，纯铝16.10千克；步骤(5)中加入氯化铝40克进行除气精炼。
所得合金成份为镁13％；钛0.4％；硼0.08％；杂质总含量＜0.85％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为230MPa，T4处理后抗拉强度为365MPa，断后伸长率为12％。
实施例三配制20Kg含镁量11.5％，含钛量0.3％，含硼量0.06％，余量为铝的铝镁钛硼合金采取与实施例一相同的工艺步骤，其中步骤(2)算得的各原料加入量为纯镁2.88千克，铝钛硼中间合金1.22千克，纯铝16.80千克。
所得合金成份为镁11.5％；钛0.3％；硼0.06％；杂质总含量＜0.85％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为226MPa，T4处理后抗拉强度为357MPa，断后伸长率为12％。
权利要求
1.一种铝镁钛硼合金，含有铝、镁、钛元素，其特征是它还含有硼元素，各组分的质量百分比为镁9.5-13.5％，钛0.2-0.4％，硼0.04-0.08％，其余为铝。
2.权利要求1所述铝镁钛硼合金的制备工艺，其特征是包括以下步骤(1).使用电阻坩埚炉，采用铸铁或铸钢坩埚，为了防止渗铁，在坩埚的表面涂上一层涂料，涂料成份为滑石粉+水玻璃；(2).按照镁9.5-13.5％，钛0.2-0.4％，硼0.04-0.08％，其余为铝的质量百分比计算并称取纯铝、纯镁、铝钛硼中间合金作为原料；(3).将坩埚随电阻炉一起升温到600℃，然后将由氯化镁和氯化钾组成的覆盖剂和纯铝加入坩埚中，将电阻炉升温至690℃保温；(4).待纯铝熔化后将铝钛硼中间合金及镁块一同加入坩埚中，镁块要用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；(5).保温5分钟之后，加入氯化铝或氯化锌进行除气精炼，除气时钟罩在熔液中缓慢移动以便精炼完全；(6).精炼结束后，静置5分钟，在640-675℃间扒渣浇注。
3.根据权利要求2所述铝镁钛硼合金的制备工艺，其特征是步骤(2)中，纯铝中铝含量≥99.7％，纯镁中镁含量≥99.95％；铝钛硼中间合金中各成分的质量百分比为钛5％，硼1％，其余为铝。
4.根据权利要求2或3所述铝镁钛硼合金的制备工艺，，其特征是步骤(3)中所用覆盖剂的加入量为炉料总质量的3-4％，覆盖剂中各组分的质量百分比为氯化镁60％，氯化钾40％；步骤(5)中氯化铝或氯化锌的加入量为炉料总质量的0.15-0.2％。
全文摘要
本发明属于金属材料领域，特别是涉及一种强度高、性能稳定的铝镁钛硼合金及其制备工艺。该合金化学成分为(质量比)镁9.5－13.5％；钛0.2－0.4％；硼0.04－0.08％；其余为铝。原料在电阻坩埚炉中配制，熔炼温度为690℃，浇注温度为640－675℃；待纯铝熔化后，将铝钛硼中间合金与镁块一同加入铝液中。制备的铝镁钛硼合金具有高的抗拉强度，良好的韧性,并且机械性能稳定性高，杂质总含量＜0.85％，其中铁＜0.3％；硅＜0.3％；铜＜0.1％；锰＜0.15％。可以满足承受中、大载荷的结构件的要求。
文档编号C22C1/02GK1657641SQ20051004205
公开日2005年8月24日 申请日期2005年1月27日 优先权日2005年1月27日
发明者边秀房, 尹奎波, 任延涛 申请人:山东大学