一种添加Al-3Ti-1B中间合金的铸造Al-10Mg铝镁合金及其生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Al-1OMg铝镁合金及其生产工艺，特备涉及一种添加Al-3T1-lB中间合金的铸造Al-1OMg铝镁合金及其生产工艺。
【背景技术】
[0002]铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。
[0003]1、高强度铸造铝合金和变形铝合金
一般铸造招合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4个系列，其中以AlCu系和AlZn系铝合金的强度最高，但多数在200Mpa?300Mpa之间，高于400Mpa的只有AlCu系的少数几个牌号，但因采用精铝基体且加入贵重元素，制造成本很高;Α1Ζη系铸造合金的耐热性能很差。因此，一般铸造铝合金与变形铝合金相比因强韧性稍逊使其应用范围受到较大的限制。许多重要用途如特种重载车负重轮、航空用铝合金等多采用变形铝合金，而不是铸造铝合金。变形铝合金通过挤压、轧制、锻造等手段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的强度、优良的韧性以及良好的使用性能。但是，对设备和工装模具要求高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本很高。与变形铝合金相比，铸造铝合金具有价格低廉、组织各向同性、可以获得特殊的组织、易于生产形状复杂的零件、可以小批量生产也可以大批量生产等诸多优点。因此，开发出能够替代部分变形铝合金的高强韧铸造铝合金材料及其铸造成形工艺，可以达到以铸代锻、缩短制造周期、降低制造成本的目的，具有重要的理论意义和重大的实际应用价值。
[0004]在高强韧铸造铝合金的发展过程中，法国于20世纪初研制成功的A-U5GT占有重要的地位，在目前具有代表性的高强韧铸造铝合金中它的历史最久、应用最为广泛。我国目前没有与它对应的牌号。
[0005]2、高温铝合金
高温合金又称耐热高强合金、热强合金或超合金，是在20世纪40年代随着航空涡轮发动机的出现发展起来的一种重要金属材料，能在高温氧化气氛和燃气腐蚀条件下长期承受较大的工作负荷，主要用于燃气轮机的热端部件，是航空航天、舰船、发电、石油化工和交通运输工业的重要结构材料。其中有些合金亦可用于生物工程作骨科和齿科材料。
[0006]常用的高温合金包括镍基、铁基和钴基合金，能在600?1100°C高温环境下工作；而耐热铝合金则是冷战期间发展起来的。耐热高强铝合金适于在400°C以下的热环境中长期承受较大的工作载荷，在航空航天、重工机械等领域得到越来越多的应用。除航空涡轮发动机、燃气轮机等直接与高温燃气接触的部件之外，其余高温高压强动力部件均可采用耐热闻强招合金铸造。
[0007]由于铝合金比较容易加工，随着加工技术水平的提高，在强度满足要求的情况下，人们越来越多地采用变形铝合金替代铸造铝合金。因此耐热高强铝合金又分为铸造用合金和变形用合金两大类。
[0008]而在国民经济和国防现代化建设和发展中具有广泛用途和极光明前景的耐热高强变形铝合金，国内外文献中报导较少，已知的2219、2A02、2A04、2A06、2A10、2A11、2A12、2A14、2A16、2A17、2A50、2A70、2A80等2XXX系变形铝合金及7A04等7XXX系变形铝合金，在250°C以上温度下强度多数小于100 Mpa，而其主要合金元素除Cu、Mn外，都是以S1、Mg、Zn作为主微合金化元素，而不添加这几种元素、且250°C以上温度下强度在150 Mpa以上的耐热高强变形铝合金材料未见报导。
[0009]3、铝合金的变质处理
熔体的高质化处理是铝合金熔炼的核心环节和追求目标，同时是获得优质铝合金材料的基础和前提。高质化处理主要包括两个方面:一是纯净化，二是结构单元细化及均匀化。前者主要是采取把杂质固态化滤除和“以气除气”的方法降低熔体杂质和氢含量，工艺过程会产生废渣和废气；后者通常称为变质处理，是以添加剂或机械、物理方法使构成铝合金熔体及固溶体的基本单元一结晶体一的尺寸变得尽可能小、分布尽可能均匀，因添加剂进入合金熔体，成为合金的有效成份，因而过程中不产生废渣和废气。变质处理特别是使用高效变质剂是调整铝合金铸态组织的根本手段。而合金的制备工艺对合金性质有着重大影响，然后现在技术在制备合金时，得到的合金性质都不尽如人意。
【发明内容】
[0010]本发明要解决的技术问题是:提供一种添加Al-3T1-lB中间合金的铸造Al-1OMg铝镁合金及其生产工艺，以获得性能更加优异的Al-1OMg铝镁合金，满足其在各个领域的应用要求。
[0011]本发明的技术方案是:一种添加Al-3T1-lB中间合金的铸造Al-1OMg铝镁合金，合金各组分质量分数为:Mg:9.5?10.5,Fe 彡 0.14，Si ^ 0.12，Al_3Ti_lB:0.01-0.2, Al 余量。
[0012]一种添加Al-3Ti_lB中间合金的铸造Al-1OMg铝镁合金的生产工艺，取上述Al-1OMg合金锭在覆盖剂保护下加热到690°C熔化，然后加入相应量的Al-3T1-lB中间合金，保温一段时间后扒渣、浇注。
[0013]本发明的有益效果:
(I)Α1-3Τ?-1Β中间合金对Al-1OMg合金有良好的细化效果，在加入量为0.1 %时，可将合金平均晶粒尺寸由650 μ m细化到62 μ m。
[0014](2)随着保温时间的增加，Al-3Ti_lB中间合金对Al-1OMg合金的细化效果有衰退现象。
[0015](3) Al-3Ti_lB中间合金的加入使Al-1OMg合金的显微硬度提高了约10 %。
【附图说明】
[0016]图1为Al-3Ti_lB中间合金加入量为0.1的金相图； 图2为Α1-3Τ?-1Β中间合金加入量为0.2的金相图。
[0017]【具体实施方式】 I.I试验材料
试验所用的原材料为:铝锭(99.7%),镁锭(99.92%),杆状Al_3Ti_lB中间合金和脱水光卤石粉(MgC12，KCl)。
[0018]I.2合金熔炼
试验所用合金均在温度测量精度为±3°C的电阻炉中熔炼，采用内壁涂有涂料的石墨粘土坩埚，熔炼温度690°C，浇注温度660°C。按照文献的熔炼工艺制得Al-1OMg合金锭，合金的化学成分Mg:9.5~10.5，Fe ^ 0.14 ,Si ^ 0.12，Al_3Ti_lB:0.01-0.2，Al 余量取适量上述Al-1OMg合金锭在覆盖剂保护下加热到690°C熔化，然后加入相应量的Al-3T1-lB中间合金，保温一段时间后扒渣、浇注。
[0019]钢环的底面内径50 mm,顶面内径55 mm,高为25 mm,厚度为2 mm。金相试验与耐火砖接触的试样底面用Tucker试剂(25 %H20, 45 %HC1, 15 %HN03, 15 %HF,体积分数)腐蚀，从宏观上观察晶粒细化效果。金相样品取自距试样顶部10 mm处的平面中心，经过打磨、抛光，用0.5 %HF水溶液浸蚀，在HITACHI S-570光学显微镜下观察其微观组织结构。用直线截距法测量晶粒尺寸。
[0020]显微硬度测试在HVS-1000型显微硬度计上进行，采用维氏硬度(HV)，加载载荷为0.49 N,试验力保持时间为20s。对每一个样品至少测量15个点，求其平均值得到HV值.Al -3T 1-1B中间合金加入量对Al -1 OMg合金晶粒的影响在相同浇注温度、相同保温时间(5 min)及相同冷却速度(模具温度相同、大气中自然冷却)的条件下，Al-1OMg合金中加入少量Α1-3??-1Β中间合金其晶粒即可得到明显细化。当Al-3T1-lB中间合金加入量为0.05 %时，平均晶粒尺寸减小为细化前的1/7，随着中间合金加入量的增大，平均晶粒尺寸进一步减小；在加入量达到0.1 %时，平均晶粒尺寸由650 μ m变为62 μ m;当加入量达到0.2 %时，平均晶粒尺寸小于细化前的1/11。
[0021]Α1-3Τ?-1Β中间合金对Al-1OMg合金显微硬度的影响Al_3Ti_lB中间合金的加入提高了 Al-1OMg合金的显微硬度，随着保温时间的增加，显微硬度又有下降的趋势。
【主权项】
1.一种添加Al-3T1-lB中间合金的铸造Al-1OMg铝镁合金，其特征在于:合金各组分质量分数为:Mg:9.5?10.5，Fe ^ 0.14 , Si ^ 0.12，Al_3Ti_lB:0.01-0.2，Al 余量。2.如权利要求1所述的一种添加Al-3T1-lB中间合金的铸造Al-1OMg铝镁合金的生产工艺，其特征在于:取上述Al-1OMg合金锭在覆盖剂保护下加热到690°C熔化，然后加入相应量的Al-3T1-lB中间合金，保温一段时间后扒渣、浇注。
【专利摘要】本发明公开了一种添加Al-3Ti-1B中间合金的铸造Al-10Mg铝镁合金，其特征在于：合金各组分质量分数为：Mg：9.5~10.5，Fe≤0.14，Si≤0.12，Al-3Ti-1B：0.01-0.2，Al余量。其生产工艺，其特征在于：取上述Al-10Mg合金锭在覆盖剂保护下加热到690℃熔化,然后加入相应量的Al-3Ti-1B中间合金,保温一段时间后扒渣、浇注。
【IPC分类】C22C1/03, C22C21/06
【公开号】CN105220033
【申请号】CN201410291194
【发明人】周雪
【申请人】周雪
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年6月26日