提高多元铝合金冷热疲劳性能的制备方法及多元铝硅合金

本申请属于铝合金制备，尤其是涉及一种提高多元铝合金冷热疲劳性能的制备方法及多元铝硅合金。

背景技术：

1、进一步降低车辆能耗、减少排放成为汽车行业亟待解决的一项突出问题。轻量化是实现车辆节能减排的有效途径，而应用铝合金等轻质新材料是实现车辆轻量化的关键之一。对于车用铝合金目前用量最大的一种是铝硅合金，其具有密度低、比强度高、良好的铸造性能、较好的力学性能、耐磨性能和机加工性能，被广泛用于轮毂、车身、发动机缸体、缸盖、活塞等零部件的制造。

2、合金化处理是一种改善铝合金微观结构，提高力学性能的重要方法。作为铝硅合金中最主要的合金元素，si元素的加入可以提高铝合金的铸造性能和力学性能。需要注意的是，铝硅合金的力学性能与共晶si相和初晶si相的形貌、大小和分布等密切相关。以粗大板条状或多边形块状的初晶si相以及长针状的共晶si相会造成铝合金基体的割裂，削弱铝硅合金的力学性能。所以，铝硅合金通常需要进行变质处理，优化si相的形貌、大小及分布等微观特征，在提高强度的同时增加韧性。

3、目前，al-si合金的变质、细化处理主要有化学变质、快速冷却、电磁搅拌、超声处理、机械振动方法等。其中，化学变质因其操作工艺简单、成本低、变质效果优异而应用最为广泛。不过，单一手段的变质、细化已不能满足铝硅铸造合金的使用要求，多种强韧化方法的联用已成为目前铝硅合金制备的重要研究方向。在此基础上配合适当的热处理工艺可以有效提高铝硅合金的强韧性。

技术实现思路

1、本发明得目的在于提供一种提高多元铝硅合金的冷热疲劳性能的制备方法及得到的多元铝硅合金，采用本发明提供的制备方法能够显著提高合金的冷热疲劳性能。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、本发明提供一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将多元铝硅合金或纯金属原料在800～820℃进行熔融处理，保温30～60分钟后扒渣，进行超声处理，得到初始合金熔液；

5、s2：降温至700～720℃，加入alsr10合金，待alsr10合金熔化后，搅拌均匀，保温20～40分钟，得到sr变质合金液；

6、s3：对s2步骤得到的熔体进行除气、精炼、扒渣处理后，加入alre合金，待alre合金熔熔化，搅拌均匀，保温10～20分钟后扒渣，得到re细化变质合金液；

7、s4：对s3步骤得到的熔体进行超声处理，对熔体扒渣、过滤后，浇铸于金属模型腔内，得到多元铝硅合金；

8、s5：对s4步骤得到的合金锭依次进行固溶处理、多级深冷处理和时效处理，得到抗冷热疲劳多元铝硅合金。

9、本发明的提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，按质量含量计，s1步骤中所述初始合金熔液的化学成分为：si为10～12％、cu为4.5～5.5％，mn为0.3～0.6％，mg为0.6～0.9％、zn为0.3～0.6％，cr为0.08～0.15％、ni为0.05～0.1％、v为0.05～0.1％，余量为al及不可避免杂质。

10、本发明的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，s1步骤中所述超声处理的谐振频率为20khz，功率为1000w，超声处理时间为4～6分钟。

11、本发明的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，步骤s2所述alsr10合金中sr的加入量为s1步骤中混合熔融后得到的合金的总质量的0.02～0.04％。

12、本发明的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，s3步骤中所述alre合金的化学成为la5～6％，ce2～3％，pr1～2％，其余稀土元素小于1％，余量为al；所述al-re中间合金中re的加入量为s1步骤中混合熔融后得到的合金的总质量的0.1～0.3％。

13、本发明的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，s4步骤中所述超声处理的谐振频率为20khz，功率为1000w，超声处理时间为2～5分钟。

14、本发明的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，s5步骤中所述固溶处理的温度为490～510℃，时间为1～2小时，冷却水温度为70～90℃；所述多级深冷处理包括依次进行浅深冷处理和深冷处理，所述浅深冷处理的冷却介质为干冰，温度为-70～-90℃，时间为2～4小时；所述深冷处理的冷却介质为液氮，温度为-140～-160℃，时间为4～6小时；所述时效处理的温度为150～160℃，时间为10～16小时。

15、本发明提供了一种抗冷热疲劳多元铝硅合金，采用上述技术方案任一项所述制备方法制备得到。

16、本发明提供了一种提高多元铝硅合金的冷热疲劳性能的制备方法，包括以下步骤：将多元铝硅合金或纯金属原料在800～820℃进行熔融处理，保温30～60分钟后扒渣，进行超声处理，得到初始合金熔液；将所述初始合金熔液降温至700～720℃，加入alsr10合金，待alsr10合金熔化后，搅拌均匀，保温20～40分钟，得到sr变质合金液；对所述sr变质合金液进行除气、精炼、扒渣处理后，加入alre合金，待alre合金熔熔化后，搅拌均匀，保温10～20分钟后扒渣，得到re细化变质合金液；将所述re细化变质合金液进行超声处理，扒渣、过滤后，浇铸于金属模型腔内，得到多元铝硅合金；将所述多元铝硅合金依次进行固溶处理、多级深冷处理和时效处理，得到抗冷热疲劳多元铝硅合金。本发明通过熔炼制备过程中的化学变质、超声处理对合金进行复合手段的变质和细化处理，通过其他工艺的配合作业，使多元铝硅合金获得了较好的抗冷热疲劳能力；本发明中，alsr10合金是变质剂，sr元素选择性吸附于共晶硅表面孪晶凹谷处，使共晶硅发生变质；超声处理具有细化晶粒和析出相的作用，re元素具有变质效果和细化效果，此外还能净化熔液，提高多元铝硅合金抗冷热疲劳性能。

17、技术效果：

18、本发明制备的多元铝硅合金具有较好的韧性和强度配合，获得了优异的冷热疲劳性能。由实施例结果可知，本发明提高的多元铝硅合金在26～200℃、26～300℃、26～400℃均具有较高的冷热疲劳性能，有利于提高的多元铝硅合金的使用寿命。

技术特征：

1.一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，其特征在于，按质量含量计，s1步骤中所述初始合金熔液的化学成分为：si为10～12％、cu为4.5～5.5％，mn为0.3～0.6％，mg为0.6～0.9％、zn为0.3～0.6％，cr为0.08～0.15％、ni为0.05～0.1％、v为0.05～0.1％，余量为al及不可避免杂质。

3.如权利要求1所述的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，其特征在于，s1步骤中所述超声处理的谐振频率为20khz，功率为1000w，超声处理时间为4～6分钟。

4.如权利要求1所述的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，其特征在于，步骤s2所述alsr10合金中sr的加入量为s1步骤中混合熔融后得到的合金的总质量的0.02～0.04％。

5.如权利要求1所述的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，其特征在于，s3步骤中所述alre合金的化学成为la 5～6％，ce 2～3％，pr1～2％，其余稀土元素小于1％，余量为al；所述al-re中间合金中re的加入量为s1步骤中混合熔融后得到的合金的总质量的0.1～0.3％。

6.如权利要求1所述的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，其特征在于，s4步骤中所述超声处理的谐振频率为20khz，功率为1000w，超声处理时间为2～5分钟。

7.如权利要求1所述的一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，其特征在于，s5步骤中所述固溶处理的温度为490～510℃，时间为1～2小时，冷却水温度为70～90℃；所述多级深冷处理包括依次进行浅深冷处理和深冷处理，所述浅深冷处理的冷却介质为干冰，温度为-70～-90℃，时间为2～4小时；所述深冷处理的冷却介质为液氮，温度为-140～-160℃，时间为4～6小时；所述时效处理的温度为150～160℃，时间为10～16小时。

8.一种多元铝硅合金，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述制备方法制备得到。

技术总结
本发明涉及铝合金制备技术领域，具体是涉及一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法。本发明提供了一种提高多元铝硅合金冷热疲劳性能的制备方法，本发明通过Sr变质、RE变质、超声处理和多级深冷处理进一步细化变质合金的组织，通过其他制备工艺的配合作业，使得多元铝硅合金获得了较好的韧性和塑性，提高了合金的冷热疲劳性能；在本发明中，AlSr10合金为变质剂，AlRE合金为细化变质剂，AlSr10合金、AlRE合金加入带来的联合变质作用，超声处理和多级深冷处理所带来的晶粒细化作用，提高了合金的冷热疲劳性能。

技术研发人员：万浩,蒋福平,吴国荣,宋向前,王健,赵振江,刘光磊,李绍鸣,司乃潮
受保护的技术使用者：泰州学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16