專利名稱：一種用AlH₃處理的高強(qiáng)度鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度鋁合金，還涉及其制備方法。
背景技術(shù)：
加入“冷鋁”的鋁合金熔體更易于鑄造出高質(zhì)量的鑄件和錠坯，是因?yàn)樽鳛榉祷亓鲜褂玫膲河?、切頭和邊角料等各種形態(tài)的“冷鋁”具有較細(xì)的晶粒結(jié)構(gòu)，在熔體中能夠在短時間內(nèi)保持這種高質(zhì)量的亞結(jié)構(gòu)，從而影響鑄造時的結(jié)晶行為。但“冷鋁”同時也含有較多的氧化物、鐵、硅等雜質(zhì)，對合金的純凈化不利。深加工用的鋁合金往往需要首先鑄造成大型的錠坯，如扁錠、圓棒等，再通過軋制、擠壓、鍛造等手段，加工成各種成品，這些過程基本上都要和熱處理相結(jié)合，如果到可以直接使用的最終產(chǎn)品，則還要經(jīng)過分割、表面加工、鈍化處理等作業(yè)。這些加工手段，需要鋁合金材料本身具備良好的深加工性能，包括鑄造性能、壓力加工變形性能、熱處理強(qiáng)化性能、抗腐蝕性能、抗疲勞破壞性能、表面加工和涂覆性能等。其中，熔鑄性能是鋁合金深加工性能的基礎(chǔ)。大型錠坯，尤其是厚度500mm以上的扁錠、厚板和直徑500mm以上的圓棒，是大型高效深加工的代表性基材，而能否預(yù)制成大型錠坯，也是考驗(yàn)鋁合金材料本身是否適合進(jìn)行深加工的第一道技術(shù)關(guān)口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上500多種變形鋁合金材料中，常用于熔鑄大型錠坯的鋁合金還不到20個，其中最常用于熔鑄大型錠坯和生產(chǎn)厚板的鋁合金有5083、5026、6082、2017、20對、 2219、7075、7050等，這些材料中，屬于硬鋁和超硬鋁范疇的是2XXX系和7XXX系，其厚板多用于航空航天工業(yè)，但其熔鑄大型錠坯的性能很差，扁錠和圓棒成形率很低；5XXX系、6XXX 系合金熔鑄性能較好，但強(qiáng)度低；其它如IXXX系、3XXX系鋁合金則屬于軟鋁范疇。目前的鋁合金材料除了熔鑄大型錠坯時的成形性能較差外，大型錠坯在熱處理過程的淬透性不高、耐回火性較差和不能滿足更高的力學(xué)性能要求或某些特殊性能(如耐熱、耐蝕)等，也是重大缺陷。這些缺陷使其在工程技術(shù)領(lǐng)域替代鋼制品等重強(qiáng)材料和結(jié)構(gòu)的進(jìn)程中形成了難以跨越的技術(shù)斷點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度鋁合金，能夠克服現(xiàn)有鋁合金性能的不足，提高其強(qiáng)韌性、成形性和淬透性，為高效深加工提供高端基材。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種高強(qiáng)度鋁合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括0. 2 0.6%的Si，小于等于0. 35%的狗，小于等于0. 的Cu，小于等于0. 的 Mn，小于等于0. 的Cr，0. 45 0. 9%的Mg，小于等于0. 的Zn，小于等于0. 的Ti， 余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 05%，所有雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 15%。本發(fā)明還提供所述高強(qiáng)度鋁合金的制備方法，以復(fù)合處理方式加入AlH3,包括以下步驟
步驟一按照所述高強(qiáng)度鋁合金的組分備料，包括占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0.2 0. 6%的Si，小于等于0. 35%的Fe，小于等于0. 1 %的Cu，小于等于0. 1 %的Mn，小于等于 0. 的Cr，0. 45 0.9%的Mg，小于等于0. 的Zn，小于等于0. 的Ti ；步驟二 先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全熔化，按配方比例先加入步驟一的備料，使之完全溶解和熔化，精煉后在700 1000°C下保溫，得到合金熔體；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用氮?dú)饣蚨栊詺怏w或氮?dú)馀c惰性氣體任意比例的混合氣體對合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時將占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比1 1.67%的 AlH3粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使AlH3在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680 730°C，合金液出爐，沿以下兩種流程分別進(jìn)行不同制品的鑄造生產(chǎn)。流程一沿流槽傾倒出爐，至立式水冷鑄造機(jī)系統(tǒng)，鑄造加工用錠坯，特別是鑄造厚度500mm以上的大型扁錠和直徑500mm以上的圓棒。流程二 轉(zhuǎn)注入鑄件的鑄模中，使用金屬型、砂型或混合型鑄方式，采用重力鑄造、 壓力鑄造或差壓鑄造工藝，鑄造鋁合金鑄件，特別是鑄造大型、薄壁或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁合金鑄件。本發(fā)明的有益效果是在鋁熔體中造成了多種晶粒細(xì)化元素、質(zhì)點(diǎn)，對防止基體和強(qiáng)化相的粗大化有良好效果。本發(fā)明在變形鋁合金中加入1 1.67%的AlH3粉末，可以在合金凝固過程中有效增加異質(zhì)形核核心，從而達(dá)到晶粒細(xì)化的效果，增強(qiáng)合金強(qiáng)度；并且加入的元素可以促進(jìn)形成間隙原子和間隙相，高溫時在α (Al)固溶體中溶解度大，而在室溫時很小，從而使合金具有較高的可熱處理性質(zhì)，熱處理后，其強(qiáng)度和硬度都有很大程度的提高。下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:一種高強(qiáng)度鋁合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括0. 2%的Si，0. 35%的 ^，0. 的Cu， 0. 1%的胞，0. 的Cr，0. 45_Mg，0. 的Ζη，0. 的Ti，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 05%，所有雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的 0. 15%。本發(fā)明還提供所述高強(qiáng)度鋁合金的制備方法，以復(fù)合處理方式加入AlH3,包括以下步驟步驟一按照所述高強(qiáng)度鋁合金的組分備料，包括占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0.2 0. 6%的Si，小于等于0. 35%的Fe，小于等于0. 1 %的Cu，小于等于0. 1 %的Mn，小于等于 0. 的Cr，0. 45 0.9%的Mg，小于等于0. 的Zn，小于等于0. 的Ti ；步驟二 先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全熔化，按配方比例先加入步驟一的備料，使之完全溶解和熔化，精煉后在700 1000°C下保溫，得到合金熔體；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用氮?dú)饣蚨栊詺怏w或氮?dú)馀c惰性氣體任意比例的混合氣體對合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時將占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比的々1!13粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使AlH3在合金熔體中分布均勻， 并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680 730°C，合金液出爐，沿以下兩種流程分別進(jìn)行不同制品的鑄造生產(chǎn)。流程一沿流槽傾倒出爐，至立式水冷鑄造機(jī)系統(tǒng)，鑄造加工用錠坯，特別是鑄造厚度500mm以上的大型扁錠和直徑500mm以上的圓棒。流程二 轉(zhuǎn)注入鑄件的鑄模中，使用金屬型、砂型或混合型鑄方式，采用重力鑄造、 壓力鑄造或差壓鑄造工藝，鑄造鋁合金鑄件，特別是鑄造大型、薄壁或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁合金鑄件。實(shí)施例2 一種高強(qiáng)度鋁合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括0. 4%的Si，0. 3%的Fe，0. 08%的Cu， 0. 08%&Μη，0· 06%的 Cr，0. 7%的 Mg，0. 07%的 Ζη,Ο. 05%的 Ti，余量為 Al 和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 05%，所有雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 15%。本發(fā)明還提供所述高強(qiáng)度鋁合金的制備方法，以復(fù)合處理方式加入AlH3,包括以下步驟步驟一按照所述高強(qiáng)度鋁合金的組分備料，包括占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0.4%的 Si，0. 3% 的 Fe，0. 08% 的 Cu，0. 08% 的 Μη，0· 06% 的 Cr，0. 7% 的 Mg，0. 07% 的 Ζη，0. 05% 的 Ti ；步驟二 先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全熔化，按配方比例先加入步驟一的備料，使之完全溶解和熔化，精煉后在700 1000°C下保溫，得到合金熔體；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用氮?dú)饣蚨栊詺怏w或氮?dú)馀c惰性氣體任意比例的混合氣體對合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時將占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比1.34%的AlH3 粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使AlH3在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680 730°C，合金液出爐，沿以下兩種流程分別進(jìn)行不同制品的鑄造生產(chǎn)。流程一沿流槽傾倒出爐，至立式水冷鑄造機(jī)系統(tǒng)，鑄造加工用錠坯，特別是鑄造厚度500mm以上的大型扁錠和直徑500mm以上的圓棒。流程二 轉(zhuǎn)注入鑄件的鑄模中，使用金屬型、砂型或混合型鑄方式，采用重力鑄造、 壓力鑄造或差壓鑄造工藝，鑄造鋁合金鑄件，特別是鑄造大型、薄壁或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁合金鑄件。實(shí)施例3 一種高強(qiáng)度鋁合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括0. 6 %的Si，0. 25 %的！^，0. 06 %的Cu， 0. 09%&Μη，0· 03%的 Cr，0. 9%的 Mg，0. 09%的 Ζη,Ο. 05%的 Ti，余量為 Al 和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 05%，所有雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 15%。本發(fā)明還提供所述高強(qiáng)度鋁合金的制備方法，以復(fù)合處理方式加入AlH3,包括以下步驟
步驟一按照所述高強(qiáng)度鋁合金的組分備料，包括占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0.6%的 Si，0. 25% 的 Fe，0. 06% 的 Cu，0. 09% 的 Μη,Ο. 03% 的 Cr，0. 9% 的 Mg，0. 09% 的 Ζη,Ο. 05% 的Ti ；步驟二 先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全熔化，按配方比例先加入步驟一的備料，使之完全溶解和熔化，精煉后在700 1000°C下保溫，得到合金熔體；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用氮?dú)饣蚨栊詺怏w或氮?dú)馀c惰性氣體任意比例的混合氣體對合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時將占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比1.67%的AlH3 粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使AlH3在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680 730°C，合金液出爐，沿以下兩種流程分別進(jìn)行不同制品的鑄造生產(chǎn)。流程一沿流槽傾倒出爐，至立式水冷鑄造機(jī)系統(tǒng)，鑄造加工用錠坯，特別是鑄造厚度500mm以上的大型扁錠和直徑500mm以上的圓棒。流程二 轉(zhuǎn)注入鑄件的鑄模中，使用金屬型、砂型或混合型鑄方式，采用重力鑄造、 壓力鑄造或差壓鑄造工藝，鑄造鋁合金鑄件，特別是鑄造大型、薄壁或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁合金鑄件。
權(quán)利要求
1.一種用AlH3處理的高強(qiáng)度鋁合金，其特征在于以質(zhì)量百分比計(jì)，包括0. 2 0. 6% 的Si，小于等于0. 35%的Fe，小于等于0. 的Cu，小于等于0. 的Mn，小于等于0. 1% 的Cr，0. 45 0. 9 %的Mg，小于等于0. 1 %的Zn，小于等于0. 1 %的Ti，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 05%，所有雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 15%。
2.—種權(quán)利要求1所述用AlH3處理的高強(qiáng)度鋁合金的制備方法，其特征在于包括下述步驟步驟一按照所述高強(qiáng)度鋁合金的組分備料，包括占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0. 2 0. 6%的 Si，小于等于0. 35%的Fe，小于等于0. 的Cu，小于等于0. 的Mn，小于等于0. 的 Cr,0. 45 0.9%的Mg，小于等于0. 的Si，小于等于0. 的Ti ；步驟二 先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全熔化，按配方比例先加入步驟一的備料，使之完全溶解和熔化，精煉后在700 1000°C下保溫，得到合金熔體；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用氮?dú)饣蚨栊詺怏w或氮?dú)馀c惰性氣體任意比例的混合氣體對合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時將占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比1 1.67%的AlH3 粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使AlH3在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680 730°C，合金液出爐，進(jìn)行鑄造生產(chǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用AlH3處理的高強(qiáng)度鋁合金及其制備方法，先加熱鋁錠或熔融鋁液使之完全熔化；加入Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn和Ti，使之完全溶解和熔化；精煉后在700～1000℃下保溫，得到合金熔體；使用氮?dú)饣蚨栊詺怏w或氮?dú)馀c惰性氣體任意比例的混合氣體對合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時將AlH3粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使AlH3在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680～730℃，合金液出爐，進(jìn)行鑄造生產(chǎn)。本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有鋁合金性能的不足，提高其強(qiáng)韌性、成形性和淬透性，為高效深加工提供高端基材。
文檔編號C22C1/06GK102443725SQ20111042118
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者張中可, 車云, 門三泉 申請人:貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司