專利名稱：一種鋁硅銅鎂系變形鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)度高、韌性好、耐磨性能優(yōu)良的鋁硅銅鎂系變形鋁合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)交通業(yè)的發(fā)展，對(duì)合金材料性能的要求越來(lái)越高，目前，我國(guó)現(xiàn)有的鋁硅銅鎂系變形鋁合金4A11、4032和日本的A4032等鋁硅銅鎂系變形鋁合金，高溫性能、切削性能和抗蝕性能均相對(duì)較差，已遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)外客商對(duì)產(chǎn)品提出的高性能指標(biāo)要求，而且上述合金含有昂貴的稀缺元素鎳，致使該類合金的使用受到限制。因此，開(kāi)發(fā)具有強(qiáng)度高、韌性好、耐磨性能優(yōu)良且生產(chǎn)成本低的鋁硅銅鎂系變形鋁合金成為金屬材料領(lǐng)域亟待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種強(qiáng)度高、韌性好、耐磨且生產(chǎn)成本低的鋁硅銅鎂系變形鋁合金及其制備方法。
本發(fā)明的鋁硅銅鎂系變形鋁合金，其特征在于，以重量百分比計(jì)含有硅9.0-12.0％；銅3.0-4.0％；鎂0.3-0.6％；鐵＜0.30％；鋅＜0.20％；雜質(zhì)含量≤0.15％；余量為鋁。
上述的鋁硅銅鎂系變形鋁合金，其特征在于，以重量百分比計(jì)優(yōu)選含有硅9.0-12.0％；銅3.0-4.0％；鎂0.4-0.6％；鐵＜0.30％；鋅＜0.20％；雜質(zhì)含量≤0.15％；余量為鋁。
本發(fā)明所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法，包括以下步驟(1).按照所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金組分的重量百分比計(jì)，分別稱取純度均大于99.7％的原料鋁、硅、銅、鎂，備用；(2).在石墨坩堝的表面涂上一層由等量滑石粉與水玻璃制成的涂料，以防止?jié)B鐵，并將其放于反射熔煉爐中升溫至600℃，然后在石墨坩堝中加入爐料總重3-4％的覆蓋劑；(3).再在石墨坩堝中加入鋁錠，將反射熔煉爐繼續(xù)升溫，待石墨坩堝中鋁錠全部熔化后，升溫至680℃保溫10分鐘；(4).待反射熔煉爐繼續(xù)升溫至730℃時(shí)，將硅塊加入石墨坩堝中，并用鐘罩壓入鋁液液面下，保持10-15分鐘，待硅塊全部熔化后，將純銅加入石墨坩堝中熔化；(5).反射熔煉爐溫度調(diào)控為680-700℃時(shí)，將鎂塊加入石墨坩堝中，用鐘罩將鎂塊壓入坩堝底部，直至其完全熔化；(6).保持溫度為680-700℃，用氮?dú)饩珶?，通氮?dú)?0-15分鐘后，即可扒渣；(7).當(dāng)金屬液升溫到760-850℃時(shí)，加入爐料總重0.6-0.8％的Al-8Sr中間合金，進(jìn)行變質(zhì)處理，金屬液在爐中攪拌后，保溫靜置30±2分鐘；
(8).變質(zhì)完成后，再用氮?dú)饩珶?，通氮?dú)?0-15分鐘；(9).精煉結(jié)束后，靜置10min，在720-760℃扒渣，然后通過(guò)半連續(xù)鑄造機(jī)制得棒材；(10).將半連續(xù)鑄造得到的棒材水冷、干燥后，經(jīng)熱處理爐加熱至350-450℃，在擠壓機(jī)上進(jìn)行大變形度的熱擠壓變形處理；(11).將熱擠壓變形處理后的棒材水冷、干燥后，在熱處理爐加熱至320-390℃進(jìn)行鍛造和T6熱處理，制得鋁硅銅鎂系變形鋁合金。
上述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法中，步驟(2)所述的覆蓋劑是由質(zhì)量百分比為60％氯化鎂和40％氯化鉀組成的組合物。
上述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法中，步驟(6)或(8)所述的氮?dú)饩珶捯部捎闷渌珶拕┚珶?，但精煉劑必須為無(wú)氯精煉劑。
上述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法中，步驟(7)所述的Al-8Sr中間合金的加入溫度優(yōu)選為780-820℃。
上述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法中，步驟(10)所述的熱處理爐加熱溫度優(yōu)選是380-420℃。
上述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法中，步驟(11)所述的熱處理爐加熱溫度優(yōu)選是350-370℃。
上述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法中，步驟(11)所述的T6熱處理操作為500-510℃固溶8-10h，60-82℃水冷；200℃時(shí)效8-10h，空冷。
利用本發(fā)明的方法制備的鋁硅銅鎂系變形鋁合金，與GB/T標(biāo)準(zhǔn)4A11、4032，JIS標(biāo)準(zhǔn)A4032相比，本發(fā)明合金在成分上去除了昂貴的稀缺元素鎳，降低了合金成本；降低了元素鐵的含量，減少了其對(duì)合金韌性、切削性和尺寸穩(wěn)定性的危害作用；降低了元素鎂的含量，減少了其對(duì)合金韌性和熱穩(wěn)定性的危害作用；提高了元素銅的含量，改善了合金的室溫和高溫性能；調(diào)整了硅的含量，提高了合金的鑄造性能和切削性能；并通過(guò)熔體鍶變質(zhì)、半連續(xù)鑄造以及熱擠壓變形等手段使合金具有較高的密度、均勻細(xì)小的等軸晶粒及比較均勻的化學(xué)成分，消除了縮孔、縮松等缺陷的危害作用，提高了合金的強(qiáng)度和韌性，鍛造后進(jìn)行T6熱處理，比同類合金相比，合金抗拉強(qiáng)度在397MPa以上，強(qiáng)度提高8.7％以上；斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到6％，斷后伸長(zhǎng)率提高一倍；硬度為136-141HB，硬度提高13.3-17.5％。
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的三個(gè)較佳實(shí)施例實(shí)施例1制備1000Kg含硅10.0％；銅3.5％；鎂0.5％；余量為鋁(成分比均為重量百分比，下同)的鋁硅銅鎂系變形鋁合金，制備方法如下(1).按照所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金組分的重量百分比計(jì)，分別稱取純度均大于99.7％的原料鋁、硅、銅、鎂，備用；上述原料配制參考《鑄造手冊(cè)》第3卷，鑄造非鐵合金，第2版，機(jī)械工業(yè)出版社，2001.10，P187-188，及經(jīng)驗(yàn)確定合金元素的燒損量，鋁1.5％，硅1％，鎂20％。
加入量計(jì)算公式X=M×AC×(1-E)]]>式中M為熔煉合金總質(zhì)量；A為合金中應(yīng)含某種元素的百分?jǐn)?shù)；C為中間合金或合金錠中所含某種元素的百分?jǐn)?shù)；E為某種元素的燒損量；X為加入某種元素或中間合金的總質(zhì)量。
在實(shí)例中，M＝1000Kg；ASi％＝10.0％；Cu％＝3.5％；Mg％＝0.5％；Al％＝86.0％CSi％＝99.0％；Cu％＝99.95％；Mg％＝99.95％；Al％＝99.7％；EAl1.5％，Si1.0％，Mg20％則XSi=1000×10.0%99.0(1-1.0%)=102.3Kg]]>XCu=1000×3.5%99.95%=35.02Kg]]>XMg=1000×0.5%99.95%(1-20%)=6.25Kg]]>XAl=1000×86.0%99.7%(1-1.5%)=875.72Kg]]>(2).制備采用反射熔煉爐、半連續(xù)鑄造機(jī)、擠壓機(jī)、石墨坩堝等設(shè)備，首先在石墨坩堝的表面涂上一層由等量滑石粉與水玻璃制成的涂料，以防止?jié)B鐵，并將其放于反射熔煉爐中升溫至600℃，然后在石墨坩堝中加入爐料總重3-4％的覆蓋劑；其中上述覆蓋劑是由質(zhì)量百分比為60％氯化鎂和40％氯化鉀組成的組合物；(3).再在石墨坩堝中加入鋁錠875.72Kg，，將反射熔煉爐繼續(xù)升溫，待石墨坩堝中鋁錠全部熔化后，升溫至680℃保溫10分鐘；(4).待反射熔煉爐繼續(xù)升溫至730℃時(shí)，將硅塊102.03Kg加入石墨坩堝中，并用鐘罩壓入鋁液液面下，保持10-15分鐘，待硅塊全部熔化后，將純銅35.02Kg加入石墨坩堝中熔化；(5).反射熔煉爐溫度調(diào)控為680-700℃時(shí)，將鎂塊6.25Kg加入石墨坩堝中，用鐘罩將鎂塊壓入坩堝底部，直至其完全熔化；(6).保持溫度為680-700℃，用氮?dú)饩珶?，通氮?dú)?0～15分鐘后，即可扒渣；(此步也可用其它精煉劑精煉，但精煉劑必須為無(wú)氯精煉劑)(7).當(dāng)金屬液升溫到760-850℃時(shí)(優(yōu)選溫度為780-820℃)，加入6-8Kg的Al-8Sr中間合金，進(jìn)行變質(zhì)處理，金屬液在爐中攪拌后，保溫靜置30±2分鐘；(8).變質(zhì)完成后，再用氮?dú)饩珶?，通氮?dú)?0-15分鐘；(此步也可用其它精煉劑精煉，但精煉劑必須為無(wú)氯精煉劑)
(9).精煉結(jié)束后，靜置10min，在720-760℃扒渣，然后通過(guò)半連續(xù)鑄造機(jī)制得棒材；(10).將半連續(xù)鑄造得到的棒材水冷、干燥后，經(jīng)熱處理爐加熱至350-450℃(優(yōu)選溫度是380-420℃)，在擠壓機(jī)上進(jìn)行大變形度的熱擠壓變形處理；(11).將熱擠壓變形處理后的棒材水冷、干燥后，在熱處理爐加熱至320-390℃(優(yōu)選溫度是350-370℃)進(jìn)行鍛造和T6熱處理，得鋁硅銅鎂系變形鋁合金。
上述T6熱處理操作為500-510℃固溶8-10h，60-82℃水冷；200℃時(shí)效8-10h，空冷。
經(jīng)檢測(cè)，所得合金成分為硅10.0％；銅3.5％；鎂0.5％；余量為鋁。鑄態(tài)下合金的抗拉強(qiáng)度為260MPa，斷后伸長(zhǎng)率為10％，硬度為110HB；熱處理后抗拉強(qiáng)度可達(dá)397MPa，斷后伸長(zhǎng)率可達(dá)6％，硬度為136-141HB。合金在成分上去除了昂貴的稀缺元素鎳，降低了合金成本；降低了元素鐵的含量，減少了其對(duì)合金韌性、切削性和尺寸穩(wěn)定性的危害作用；降低了元素鎂的含量，減少了其對(duì)合金韌性和熱穩(wěn)定性的危害作用；提高了元素銅的含量，改善了合金的室溫和高溫性能；調(diào)整了硅的含量，提高了合金的鑄造性能和切削性能；并通過(guò)熔體鍶變質(zhì)、半連續(xù)鑄造以及熱擠壓變形等手段使合金具有較高的密度、均勻細(xì)小的等軸晶粒及比較均勻的化學(xué)成分，消除了縮孔、縮松等缺陷的危害作用，提高了合金的強(qiáng)度和韌性。
實(shí)施例2制備1000Kg含硅11.0％；銅3.0％；鎂0.4％；余量為鋁的鋁硅銅鎂系變形鋁合金。
采取與實(shí)施例1相同的工藝步驟，其中步驟(1)算得的各原料加入量為鋁錠871.65Kg，硅塊112.23Kg，純銅30.02Kg，鎂塊5.00Kg。
經(jīng)檢測(cè)，所得合金成份為硅11.0％；銅3.0％；鎂0.4％；余量為鋁。鑄態(tài)下合金的抗拉強(qiáng)度為258MPa，斷后伸長(zhǎng)率為8.6％，硬度為112HB；熱處理后抗拉強(qiáng)度可達(dá)394MPa，斷后伸長(zhǎng)率可達(dá)6.3％，硬度為136-141HB。
實(shí)施例3配制1000Kg含硅12.0％；銅4.0％；鎂0.6％；余量為鋁的鋁硅銅鎂系變形鋁合金。
采取與實(shí)施例1相同的工藝步驟，其中步驟(1)算得的各原料加入量為鋁錠849.25Kg，硅塊122.44Kg，純銅40.02Kg，鎂塊6.11Kg。
經(jīng)檢測(cè)，所得合金成分為硅12.0％；銅4.0％；鎂0.6％；余量為鋁。鑄態(tài)下合金的抗拉強(qiáng)度為263MPa，斷后伸長(zhǎng)率為8.4％。硬度為115HB；熱處理后抗拉強(qiáng)度可達(dá)400MPa，斷后伸長(zhǎng)率可達(dá)4.9％，硬度為136-141HB。
權(quán)利要求
1.一種鋁硅銅鎂系變形鋁合金，其特征在于，以重量百分比計(jì)含有硅9.0-12.0％；銅3.0-4.0％；鎂0.3-0.6％；鐵＜0.30％；鋅＜0.20％；雜質(zhì)含量≤0.15％；余量為鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁硅銅鎂系變形鋁合金，其特征在于，以重量百分比計(jì)含有硅9.0-12.0％；銅3.0-4.0％；鎂0.4-0.6％；鐵＜0.30％；鋅＜0.20％；雜質(zhì)含量≤0.15％；余量為鋁。
3.權(quán)利要求1或2所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法，包括以下步驟(1).按照所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金組分的重量百分比計(jì)，分別稱取純度均大于99.7％的原料鋁、硅、銅、鎂，備用；(2).在石墨坩堝的表面涂上一層由等量滑石粉與水玻璃制成的涂料，以防止?jié)B鐵，并將其放于反射熔煉爐中升溫至600℃，然后在石墨坩堝中加入爐料總重3-4％的覆蓋劑；(3).再在石墨坩堝中加入鋁錠，將反射熔煉爐繼續(xù)升溫，待石墨坩堝中鋁錠全部熔化后，升溫至680℃保溫10分鐘；(4).待反射熔煉爐繼續(xù)升溫至730℃時(shí)，將硅塊加入石墨坩堝中，并用鐘罩壓入鋁液液面下，保持10-15分鐘，待硅塊全部熔化后，將純銅加入石墨坩堝中熔化；(5).反射熔煉爐溫度調(diào)控為680-700℃時(shí)，將鎂塊加入石墨坩堝中，用鐘罩將鎂塊壓入坩堝底部，直至其完全熔化；(6).保持溫度為680-700℃，用氮?dú)饩珶?，通氮?dú)?0-15分鐘后，即可扒渣；(7).當(dāng)金屬液升溫到760-850℃時(shí)，加入爐料總重0.6-0.8％的Al-8Sr中間合金，進(jìn)行變質(zhì)處理，金屬液在爐中攪拌后，保溫靜置30±2分鐘；(8).變質(zhì)完成后，再用氮?dú)饩珶?，通氮?dú)?0-15分鐘；(9).精煉結(jié)束后，靜置10min，在720-760℃扒渣，然后通過(guò)半連續(xù)鑄造機(jī)制得棒材；(10).將半連續(xù)鑄造得到的棒材水冷、干燥后，經(jīng)熱處理爐加熱至350-450℃，在擠壓機(jī)上進(jìn)行大變形度的熱擠壓變形處理；(11).將熱擠壓變形處理后的棒材水冷、干燥后，在熱處理爐加熱至320-390℃進(jìn)行鍛造和T6熱處理，制得鋁硅銅鎂系變形鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的覆蓋劑是由質(zhì)量百分比為60％氯化鎂和40％氯化鉀組成的組合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟(6)或(8)所述的氮?dú)饩珶捯部捎闷渌珶拕┚珶挘珶拕┍仨殲闊o(wú)氯精煉劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟(7)所述的Al-8Sr中間合金的加入溫度為780-820℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟(10)所述的熱處理爐加熱溫度是380-420℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟(11)所述的熱處理爐加熱溫度是350-370℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述鋁硅銅鎂系變形鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟(11)所述的T6熱處理操作為500-510℃固溶8-10h，60-82℃水冷；200℃時(shí)效8-10h，空冷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁硅銅鎂系變形鋁合金及其制備方法，該合金以重量百分比計(jì)含有硅9.0－12.0％；銅3.0－4.0％；鎂0.3－0.6％；鐵＜0.30％；鋅＜0.20％；雜質(zhì)含量≤0.15％；余量為鋁。原料在反射熔煉爐中熔化、精煉，合金熔液經(jīng)Al－Sr中間合金變質(zhì)處理后，通過(guò)半連續(xù)鑄造得到鑄棒，鑄棒熱擠壓變形后，經(jīng)鍛造和T6熱處理，制得鋁硅銅鎂系變形鋁合金。本發(fā)明的合金抗拉強(qiáng)度在397MPa以上，斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到6％，硬度為136－141HB，主要用于制造對(duì)強(qiáng)度、韌性和耐磨性能要求比較高的汽車及摩托車車輪、活塞、軸承、雙向斜盤等汽車零部件。
文檔編號(hào)C22C1/06GK1936051SQ20061006917
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者邊秀房, 李貞寬, 韓娜, 王才東 申請(qǐng)人:山東大學(xué)