本发明涉及一种无需热处理的高强铸造铝合金及其制备方法。
背景技术：
传统铸造铝合金因其具有高比强度、高弹性模量及高耐磨损性能等优点，而被广泛应用于汽车及航空领域。目前，铸造铝合金主要为Al-Si体系，尽管该种合金具备一系列优点，但Al-Si合金的硬度较低，且需要T6处理，因此加工成本较高。寻找新的铸造铝合金体系，对解决传统铸造铝合金的缺陷，拓宽铸铝的应用范围具有重要的工程意义。近年来，人们发现Al-Zn二元体系合金不但具有弹性模量高、耐磨损性高以及流动性好等优点，而且还具有超高强度、低加工成本等优点。从性能特点来看，Al-Zn基合金极适合作为铸造铝合金。但是，到目前为止，还未出现关于在Al-Zn二元合金基础上添加微量元素，获得高强铸造铝合金的报道。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有高硬度、无需热处理的Al-Zn-Sc三元合金及其制备方法。
本发明主要是利用工业纯铝、工业纯锌、和铝-钪中间合金作为原料，借助于熔炼、铸造手段，可得到具有优异力学性能的Al-Zn-Sc合金。
本发明的技术方案如下：
一、本发明的Al-Zn-Sc合金中Zn的重量比为30-49%,Sc的重量比为0.5-0.8%。
二、上述Al-Zn-Sc合金的制备方法：
1、原材料：工业纯铝块、工业纯锌丝和Al-0.2Sc中间合金。
2、铸造Al-Zn-Sc合金：将100g工业纯铝块和100gAl-0.2Sc中间合金在电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃，坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境,待铝和铝-钪中间合金完全融化后，将50-200g工业纯锌丝沉入熔池，降低炉内温度至700-730℃，保温20分钟后，进行浇注,铸型为石墨铸型,制备出Zn重量比为30-49.5%、Sc重量比为0.25-0.5%的Al-Zn-Sc合金。
本发明与现有铸造铝合金（Al-Si体系合金）相比具有如下优点：1）本发明的铝合金硬度大幅提高，显微硬度高达120Hv,为A356铸造铝合金中α铝基体的2.5倍；2）强化方式为固溶强化和纳米相强化，因此合金各处硬度值更加均匀；3）生产成本更加低廉，无需后期热处理。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的Al-Zn-Sc合金的金相图。
具体实施方式
实施例1:
将100g工业纯铝锭(湖南稀土研究院生产)和100g Al-0.2Sc中间合金(湖南稀土研究院生产)放入电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃;坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境;铝锭完全融化后，加入192g工业纯锌丝（北京中金研材料科技有限公司生产）;同时将炉内温度降低至700℃，保温20分钟后，进行浇注;铸型为石墨铸型;得到铸造态Al-49%Zn-0.5%Sc合金。
实施例2:
将100g工业纯铝锭(湖南稀土研究院生产) 和100g Al-0.2Sc中间合金（北京中金研材料科技有限公司生产）放入电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃;坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境;铝锭完全融化后，加入100g工业纯锌丝（北京中金研材料科技有限公司生产）;同时将炉内温度降低至720℃，保温20分钟后，进行浇注;坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境;得到铸造态Al-35%Zn-0.7%Sc合金。
实施例3:
将100g工业纯铝锭(湖南稀土研究院生产) 和100g Al-0.2Sc中间合金（北京中金研材料科技有限公司生产）放入电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃;坩埚为石墨坩埚，无需气氛保护及真空环境。铝锭完全融化后，加入50g工业纯锌丝（北京中金研材料科技有限公司生产）;同时将炉内温度降低至730℃，保温20分钟后，进行浇注;铸型为石墨铸型;得到铸造态Al-20%Zn-0.7%Sc合金。
对最终得到的Al-Zn合金进行硬度测试。显微硬度性能测试在100gf载荷条件下进行。
本发明Al-Zn合金的显微硬度≥80Hv。测试的具体数据见表1。