一种高韧性铸锻铝合金及其制备方法

文档序号:9392200阅读:482来源:国知局
一种高韧性铸锻铝合金及其制备方法
【专利说明】一种高韧性铸锻铝合金及其制备方法
[0001] -、技术领域 本发明涉及一种高韧性铸锻合金及其制备方法,属于有色金属铝基合金技术领域。
[0002] 二、【背景技术】 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、 船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术的飞速发展,对铝合金材料的需求日 益增多。但同时在长期的应用实践中,一些领域对铝合金材料的强度、韧性及高温性能等 要求越来越高。常用的铝合金根据其成形方法可以分为铸造铝合金和锻造铝合金。其中, 铸造铝合金虽然能成形较复杂的零件,但强度有限,性能较低;锻造铝合金性能较高,但不 易制备复杂零件,且成形工序复杂、成本高。若通过合金设计和工艺设计制成铸锻合金,可 兼顾铸造和锻造两种工艺的优点,即先通过铸造实现净近成形,通过锻造减少缺陷、提高性 能,在性能接近于锻造铝合金的同时,能够节省原料、减少工序、降低生产成本。通过合理设 计Al、Si的相对含量,可以在铸造合金基础上使其具有一定的塑性,但如果不借助于微量 Sc和Ti、Zr等合金元素的多元合金化作用或其他合金化手段,并设计出与此相配的制备技 术,则无法使其具备优秀的铸造性能、锻造性能和综合力学性能。
[0003] 三、
【发明内容】
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处,提供一种具备优良的铸造性能、锻 造性能和综合力学性能的高韧性铸锻合金及其制备方法。
[0004] 本发明解决技术问题采用如下技术方案: 本发明通过合金设计、控制Si、Zn、Cu含量并通过元素Sc、Ti的复合添加及微合金化, 制备得到具有优良成形性和综合力学性能的高韧性铸锻合金。
[0005] 本发明高韧性铸锻合金的合金成分按质量百分比构成如下: Si2. 50 ~2. 88%,ZnO. 25 ~0? 50%,Mg0? 35 ~0? 45%,Cu0? 35 ~0? 45%,Ti0? 12 ~ 0? 19%,Sc0? 10 ~0? 23%,余量为铝。
[0006] 本发明高韧性铸锻合金是通过如下工艺制备得到的: (1) 配料:按配比量称取纯铝、Al-Si中间合金、Al-Zn中间合金、Al-Mg中间合金、Al-Cu 中间合金、Al-Ti中间合金及Al-Sc中间合金; (2) 熔化:向预热至280°C~320°C的坩埚中先加入烘干的Al-Si中间合金和Al-Zn中 间合金,随后加入纯铝覆盖,然后随炉一起升温到750°C,待全部熔化后静置并保温20min; 将Al-Cu中间合金和Al-Ti中间合金加入到已熔化的合金熔液中,然后随炉一起升温到 800°C,待全部熔化后静置并保温lOmin;将温度调至730°C,加入Al-Sc中间合金和Al-Mg 中间合金,然后随炉一起升温到800°C,全部熔化后用搅拌棒搅拌均匀,静置并保温lOmin; (3) 精炼:将步骤(2)得到的合金熔液撇渣后将精炼剂置于合金熔液的底部,精炼除 气,于730°C静置保温10~20min,除渣,所述精炼剂为C2C16,精炼剂的添加量为合金熔液 质量的0.7% ; (4) 浇注:将精炼后的合金熔液升温至800°C,采用金属型模具进行浇注; (5) 固溶处理:将步骤(4)浇注的合金于500°C固溶保温5h,出炉淬火,所述淬火是于 70-90°C的循环水中水淬,出炉至淬入水中时间彡25s,水中冷却时间3~5min; (6)锻造:将步骤(5)淬火后的合金在自由锻机上进行10%的锻造变形,预锻温度控制 在450°C,终锻温度控制在400°C。
[0007] (7)热处理:将步骤(6)锻造后的合金于540°C固溶保温5h,出炉淬火,然后于 160°C保温3h,出炉后置于空气中冷却,所述淬火是于65-85°C的循环水中水淬,出炉至淬 入水中时间< 30s,水中冷却时间4~6min。
[0008] 相对于国内外使用的铸造铝合金,本发明由于设计的合金Si含量为2. 50~ 2. 88%,据此所得到的Al-Zn-Si-Mg-Cu合金可以通过铸造成型,由于铸后组织中Si相比例 低,结合适当的热处理进一步减少共晶Si相,可使合金具有锻造成形性,Zn、Cu元素的加 入可进一步提高合金的韧性,适合进一步的锻造成型。本发明将稀土Sc与过渡金属Ti联 合作用在铝合金中,对性能的提高效果比之单独添加更加明显。Ti的某些物理及力学性能 与Sc接近,在Al-Sc合金中Ti能够置换Al3Sc相中Sc原子而形成Al3 (Sc,Ti)相,该相与 Al3Sc相比,晶格常数(a=0. 407nm)与基体更接近,与基体错配度(约为0. 5%)更小,晶 格常数的差异率降低,非均质形核效率增高,晶粒细化效果显著增强。
[0009] 本发明合金在时效过程中析出的次生Al3(Sc,Ti)粒子强烈的钉扎位错,阻碍位错 运动,同时阻止了亚晶界迀移与合并,提高了合金的再结晶温度,从而对合金产生了亚结构 强化作用。此外,次生Al3(Sc,Ti)在合金中以弥散、细小的方式析出,其本身对合金也具有 极为显著的析出强化作用。
[0010] 与现有技术相比,本发明的有益效果体现在: 本发明设计的合金Si含量为2. 50~2. 88%,据此所得到的Al-Zn-Si-Mg-Cu合金可 以通过铸造成型,由于铸后组织中Si相比例低,结合适当的热处理进一步减少共晶Si相, Zn、Cu元素的加入可进一步提高合金的韧性,可使合金具有锻造成形性。本发明合金中添 加了微量的稀土Sc元素,在铝合金铸造工艺实施时具有细化、净化作用,在时效工艺中,可 以析出含Sc、Ti的细小、弥散、与基体保持共格关系的112型A1 3(Sc,Ti)相粒子,该粒子能 显著强化合金、提高合金性能。本发明在合金制备时采用铸造+锻造的工艺,兼顾了铸造 合金和锻造合金的优点,较之铸造合金其组织改善、性能提高,较之锻造合金节约了原料、 降低了成本。本发明合金高韧性铸锻合金兼顾了铸造合金和锻造合金的优点,具有较高力 学性能的同时还具有一定的锻造变形能力。合金锻造后态抗拉强度可达到280~294MPa, 伸长率达到12. 7~16. 2%,明显超过一般铸造铝合金的力学性能。
[0011] 四、【具体实施方式】 下面结合实施例详细说明,下面实施例是说明性的,而不是限定性的,不能以下述实施 例来限定本发明的保护范围。
[0012]本发明所提供的合金成分(合金成分均为质量百分比,% )范围为:Si 2. 50~ 2. 88%,ZnO. 25~0? 50%,Mg 0? 35~0? 45%,Cu 0? 35~0? 45%,Ti 0? 12~0? 19%,Sc 0. 10~0. 23%,余量为铝。
[0013] 表1实施例1-3中
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