一种铝-硅-镁-铜-钽合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种含有Ta元素的铝-硅-镁-铜-钽合金，同时涉及其制备方法， 属于金属合金材料技术领域。
[0002]
【背景技术】 铝-硅合金具有优异的铸造工艺性能、切削加工性能和高的比强度等特点，在航空航 天、汽车、机械等领域应用较多，然而由于其强度和韧性稍逊，其应用范围又受到某些限制。 实际生产中，人们大量采取热处理、对硅相进行变质处理等各种方法来进一步提高其强度 等力学性能，而用合金化的方式提高其性能的研究相对较少。
[0003] 含硅量为6-10wt. %的亚共晶铝硅合金中加入少量镁和铜元素可提高合金的 强度，在目前生产中应用较多。但这类铝-硅-镁-铜合金在经热处理后强度一般在 150-260MPa范围，仍有继续提高的应用要求。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明对铝-硅-镁-铜合金用钽元素进行微合金 化，提供了一种铝-硅-镁-铜-钽合金，同时还公开了该合金的制备方法。
[0005] 本发明的技术方案如下： 一种铝-硅-镁-铜-钽合金，由以下质量百分比的组元组成：Ta 0.03-0.7%，Mg 0? 35-0. 7%，Cu 0? 3-2%，Si 6. 5-8. 5%，富铈混合稀土 0? 0004-0. 0093%，其余为 A1 ; 所述的富铺混合稀土的成分如下：Ce 60%、La 25%、Pr4%、Nd 10%，其余为杂质。
[0006] 所述铝-硅-镁-铜-钽合金采用如下步骤制备： (1)据所欲制备铝-硅-镁-铜-钽合金的化学成分和质量称取以下质量原料： 纯铝（纯度9 9. 7wt.%或以上)，纯硅（9 9. 9wt.%或以上)，Al-50wt.%Cu中间合金， Al-40wt. %Mg中间合金，Al-Ta (含有少量富铈混合稀土）中间合金； (2 )将纯铝在坩埚内熔化后加入纯硅和Al-50wt. %Cu合金，以上原料全部熔化后调节 合金熔体温度至690-740°C，然后加入Al-40wt. %Mg合金，搅拌后再加入精炼剂进行精炼； 在以上过程的同时，将Al-Ta中间合金于100-200°C预热60-200分钟，备用； 所述精炼剂购自徐州华中铝业有限公司，型号为HZ-WYJ ; (3 )将预热后的Al-Ta中间合金加入上述精炼后的铝熔体中，保温8-15分钟后搅拌 熔体，再浇入模具中，冷却后得到铸态铝-硅合金； (4 )将以上铸态铝-硅合金按以下步骤进行热处理：将铝-硅合金在电炉内于545°C 保温8-12小时后取出并立刻放入水中进行淬火；将淬火后的合金再放入电炉内于180°C保 温4-8小时，然后取出置于空气中自然冷却，得到热处理态铝-硅合金。
[0007] 所述的Al-Ta中间合金所含的成分为：Ta 15wt. %，富铺混合稀土元素0. 2wt. %， 其余为A1及不可避免的杂质元素。Ta元素主要以TaAl3化合物粒子的方式镶嵌于铝基体 中，TaAl 3化合物粒子为多面体或球状，尺寸小于3微米。
[0008] 所述Al_15wt. %Ta中间合金按以下方法制备得到： (1) 按0. 8875: 0. 002:0. 32535的质量比称取原料纯铝、富铈混合稀土和K2TaF7; (2) 将纯铝在熔化炉内熔化至690-740°C范围，加入富铈混合稀土并待其熔化后搅拌 熔体使成分均匀； (3) 将K2 TaF7* 5批加入上述铝熔体中进行反应，每批反应5-15分钟后再加入下一 批，反应过程中用碳棒以100转/分钟的转速搅拌熔体； (4) K 2 TaF7全部加入并反应后，将合金熔体上层不同于金属熔体的液体倒出，再将剩余 铝合金熔体倒入冷却模具中，冷却后即得Al-15 wt Ta中间合金。
[0009] 所述Al_50wt. %Cu中间合金，Al_40wt. %Mg中间合金均可在市场购买。
[0010] 本发明提供的铝-硅-镁-铜_钽合金无论是铸态还是热处理态，钽元素都能明 显提高合金的强度性能。可根据实际使用中的强度要求，选择铸态或热处理态的合金。
[0011] 本发明提供的铝-硅-镁-铜-钽合金中的钽元素以固溶于铝晶粒中及形成 TaAl3粒子两种方式存在，前一方式产生固溶强化作用使合金强度提高，后一方式一方面通 过TaAl 3粒子对铝晶粒产生明显的晶粒细化作用使合金强度提高，另一方面分散在基体中 的细小TaAl3粒子还会产生粒子弥散强化作用。此外，以上晶粒细化作用还使镁、硅元素及 其化合物分布更均匀，减少微观成分偏析，也会起到提高合金强度的作用。钽元素以含有富 铺稀土元素的Al-Ta中间合金的方式加入，稀土元素具有高的表面活性，使TaAlji子易于 在合金基体中分散均匀，且能提降低粒子的表面能，提高高粒子的形核能力。
【具体实施方式】
[0012] 下面通过具体实施例对本发明做进一步的阐述，需要说明的是，下述实施例仅是 为了解释本发明，并不对
【发明内容】
进行限定。
[0013] 实施例1 铝-硅合金成分：Ta 0. 07%，Mg 0. 4%，Cu 0. 5%，Si 7%， 0. 0009%的富铈稀土元素，其 余为A1及不可避免的杂质元素。
[0014] 上述铝-硅合金的制备过程为： (1 )据所欲制备铝-硅合金的化学成分和质量称取相应质量的以下原料：纯铝（纯度 9 9?7 wt. % 或以上），纯娃（9 9?9 wt. % 或以上），Al_50wt. %Cu 中间合金，Al_40wt. %Mg 中间合金，Al-15wt. %Ta (含有0. 2wt. %富铺稀土中间合金）中间合金； (2 )将纯铝在坩埚内熔化后加入纯硅和Al-50wt. %Cu合金，以上原料全部熔化后调节 合金熔体温度至690-740°C，然后加入Al-40wt. %Mg合金，搅拌后再加入精炼剂进行精炼； 在以上过程的同时，将Al-15wt.%Ta中间合金于180°C预热80分钟，奋用； (3 )将预热后的Al-15wt. %Ta中间合金加入上述精炼后的铝熔体中，保温8分钟后搅 拌熔体，再浇入模具中，冷却后得到铸态铝-硅合金。
[0015] ( 4)将以上铸态铝-硅合金按以下步骤进行热处理：将铝-硅合金在电炉内于 545°C保温10小时后取出并立刻放入水中进行淬火。将淬火后的合金再放入电炉内于 180°C保温6小时，然后取出置于空气中自然冷却，得到热处理态铝-硅合金。
[0016]实施例2 铝-硅合金成分：Ta 0. 15%，Mg 0. 4%，Cu 0. 5%，Si 7%， 0. 002%的富铈稀土元素，其 余为A1及不可避免的杂质元素。
[0017] 上述铝-硅合金的制备过程为： (1 )据所欲制备铝-硅合金的化学成分和质量称取相应质量的以下原料：纯铝（纯度 9 9 ? 7 wt. % 或以上），纯娃（9 9 ? 9 wt. % 或以上），Al_50wt. %Cu 中间合金，Al_40wt. %Mg 中间合金，Al-15wt. %Ta (含有0. 2wt. %富铺稀土中间合金）中间合金； (2 )将纯铝在坩埚内熔化后加入纯硅和Al-50wt. %Cu合金，以上原料全部熔化后调节 合金熔体温度至690-740°C，然后加入Al-40wt. %Mg合金，搅拌后再加入精炼剂进行精炼； 在以上过程的同时，将Al-15wt.%Ta中间合金于150°C预热100分钟，奋用； (3 )将预热后的Al-15wt. %Ta中间合金加入上述精炼后的铝熔体中，保温10分钟后 搅拌熔体，再浇入模具中，冷却后得到铸态铝-硅合金。
[0018] ( 4)将以上铸态铝-硅合金按以下步骤进行热处理：将铝-硅合金在电炉内于 545°C保温11小时后取出并立刻放入水中进行淬火。将淬火后的合金再放入电炉内于 180°C保温5小时，然后取出置于空气中自然冷却，得到热处理态铝-硅合金。
[0019] 实施例3 铝-硅合金成分：Ta 0. 3%，Mg 0. 4%，Cu 0. 5%，Si 7%， 0. 004%的富铈稀土元素，其余 为A1及不可避免的杂质元素。
[0020] 上述铝_硅合金的制备过程为： (1 )据所欲制备铝-硅合金的化学成分和质量称取相应质量的以下原料：纯铝（纯度 9 9 ? 7 wt. % 或以上），纯娃（9 9 ? 9 wt. % 或以上），Al_50wt. %Cu 中间合金，Al_40w