專利名稱：一種減小疏松和縮松的高強(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)：
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。一般在鑄件晶粒粗大、組織不致密的部位會產(chǎn)生疏松和縮松，例如在鑄件內(nèi)澆口附近與縮孔相連接，或冒口根部、厚大的熱節(jié)部位以及具有大平面的薄壁處等區(qū)域?？s松是在低倍試片表面或斷面上出現(xiàn)分散而細(xì)小的縮孔，有時借助放大鏡才能發(fā)現(xiàn)，在高倍下形成不規(guī)則的沿晶孔洞。有的液相受粗大針狀鐵相β (A19Si2Fe2)阻隔而形成縮松。疏松的形態(tài)和縮松相似，但孔洞更細(xì)小，在浸蝕后的低倍試片上呈分散狀的、不成形的海綿狀疏松，在高倍下一般呈不均勻分布于α (Al)枝晶間。對于含銅較高的合金，在顯微疏松周圍往往有較多的A12Cu相，在暗場下觀察，疏松呈白亮色，鑄態(tài)斷口為灰白色或淺黃色和灰黑色。疏松和縮松割裂了晶粒間的聯(lián)系，對力學(xué)性能的影響較顯著，尤其是承受液壓或氣壓的零件，會造成漏油和透氣，危害較大。隨著疏松和縮松程度的增加，力學(xué)性能和氣密性隨之惡化。

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，包括0. 3 0. 7%的Si，小于等于0. 5%的Fe，小于等于0. 1 %的Cu，小于等于0. 03% 的Mn，0. 35 0. 8%的Mg，小于等于0. 03%的Cr，小于等于0. 1 %的Si，1. 2 1. 8%的Mo， 0. 09 0. 13 %的Ν、0. 04 0. 07 %的Li，0. 07 0. 1 %的B，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 0.1%。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Mo2N* LiBHEt3,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0.3 0. 7%的Si，小于等于0. 5%的Fe，小于等于0. 1 %的Cu，小于等于0. 03%&Μη，0. 35 0. 8%的Mg，小于等于0. 03%的Cr，小于等于0. 的Si ；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
3化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用氮氣或惰性氣體或氮氣與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. 29 1. 93% 的Mo2N和0. 66 1. 0%的LiBHEt3 (三乙基硼氫化鋰)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Mo2N和LiBHEt3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)明的有益效果是合金液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮、凝固期過長、氣體含量過多，都會影響疏松和縮松的形成，而且容易在最后凝固部位(熱節(jié)處)出現(xiàn)縮孔和縮松。例如液體結(jié)晶間隔大的Al-Cu和Al-Mg等為基的固溶體型鋁合金，在平衡冷卻條件下呈糊狀凝固，枝晶發(fā)達(dá)， 共晶成分液相少，枝晶封閉液相的收縮和溶解氣體的析出容易形成分散性的顯微疏松和縮松。若凝固結(jié)晶速度快，本發(fā)明加入了 Ti、B等細(xì)化晶粒元素，又有較好的補(bǔ)縮時，可防止疏松和縮松的產(chǎn)生。Mo2N和LiBHEt3在以流態(tài)化形式隨保護(hù)性氣體加入鋁合金熔體過程中，具有比一般塊狀物質(zhì)大得多的比表面積，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的分散并與熔體充分接觸，顯著縮短了分散和均勻的時間。Mo2N和LiBHEt3在高溫鋁熔體中，由于鋁本身在常溫下就是導(dǎo)電性極好的金屬，在 7000C以上的高溫環(huán)境中，其熔融狀態(tài)是一種高密度自由電子與鋁離子的混合體，具有極高的活性，生成各種強(qiáng)化相型物質(zhì)和變質(zhì)劑型物質(zhì)；這些原子態(tài)物質(zhì)立刻與鋁基體發(fā)生反應(yīng)， 首先溶入基體形成共溶體，當(dāng)達(dá)到飽和后又進(jìn)一步與鋁生成多種金屬間化合物，這些金屬化合物在熔體冷卻時，由于體系最低自由能原理，在形成的晶粒中不能穩(wěn)定存在，將在晶格畸變能差的驅(qū)動下向晶界移動和集中，同時，由于合金元素在鋁基體中的飽和溶解度隨著溫度下降而顯著降低，所以隨著熔體的冷卻，過飽和的熔體不斷地析出富含合金元素的金屬間化合物，這些化合物在晶間富集，彼此間不易融合，在微觀結(jié)構(gòu)中成為粗大的晶間化合物群，對合金產(chǎn)生脆硬化影響，惡化合金鑄造成形性能，降低其均勻性、韌性、耐蝕性和淬透性能。所以，當(dāng)合金凝固成為過飽和固溶體基體+晶間金屬化合物的基本結(jié)構(gòu)時，通常稱為純鑄態(tài)組織，具有這種組織的合金必須經(jīng)過“固溶+時效”的熱處理之后才能具有滿足需要的力學(xué)性能和其它技術(shù)指標(biāo)。在合金中!^e和Si容易形成兩種Al-Fe-Si相，即α相和β相。α相中Si含量較低而β相中Si含量較高，且前者具有明顯的漢字外形，后者則呈長針狀和盤片狀。由于合金中Mg的存在，Si優(yōu)先與Mg生成Mg2Si相，剩下的Si與!^e形成漢字狀α相(Al12Fe3Si), 是一種粗大組織，在合金中是有害的，但這種粗大組織可以被基體中存在的少量過渡元素如Mn、Ni、Cu、Cr、V、Mo、W等所細(xì)化。本發(fā)明配方中的Cu、Mn就起到了這種細(xì)化效果。
本發(fā)明在變形鋁合金中加入1.四 1. 93%的Mo2N和0. 66 1. 0%的LiBHEt3 (三乙基硼氫化鋰)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)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
具體實施例方式實施例1 一種高強(qiáng)度鋁合金，以質(zhì)量百分比計，包括0. 3%的Si，0. 5%的 ^，0. 的Cu， 0. 03%的 Mn，0. 35%的 Mg，0. 03%的 Cr,0. 的 Zn, 1. 2%的 Μο，0· 09%的 Ν、0· 04%的 Li, 0. 07%的B，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. 1%。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Mo2N* LiBHEt3,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. 3%的 Si，0. 5%的 Fe，0. 的 Cu，0. 03%的 Mn，0. 35%的 Mg，0. 03%的 Cr,0. 的 Zn ；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；步驟三使用氮氣或惰性氣體或氮氣與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. %的Mo2N 和1.93%的LiBHEt3(三乙基硼氫化鋰)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Mo2N*LiBHEt3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。實施例2 一種高強(qiáng)度鋁合金，以質(zhì)量百分比計，包括0. 5%的Si，0. 4%的Fe，0. 08%的Cu， 0. 02%的 Μη,Ο. 6%的 Mg，0. 02%的 Cr,0. 08%的 Zn, 1. 5%的 Μο,Ο. 11%的 Ν、0· 06%的 Li, 0. 08 %的B，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. 1%。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Mo2N* LiBHEt3,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. 5%的 Si，0. 4%的 Fe，0. 08%的 Cu，0. 02%的 Mn，0. 6%的 Mg，0. 02%的 Cr,0. 08%的 Zn ；
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；步驟三使用氮氣或惰性氣體或氮氣與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1.61%的Mo2N 和0. 83%的LiBHEt3(三乙基硼氫化鋰)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Mo2N*LiBHEt3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。實施例3 一種高強(qiáng)度鋁合金，以質(zhì)量百分比計，包括0. 7%的Si，0. 25%的狗，().07%的Cu， 0. 01%&Μη，0· 8%的 Mg，0. 15%的 Cr,0. 07%的 Zn, 1. 8%的 Μο，0· 13%的 Ν、0· 07%的 Li, 0. 1 %的B，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. 1%。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Mo2N* LiBHEt3,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. 7%的 Si，0. 25%的 Fe，0. 07%的 Cu，0. 01%&Μη，0· 8%的 Mg，0. 15%的 Cr,0. 07%的 Zn ；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；步驟三使用氮氣或惰性氣體或氮氣與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1.93%的Mo2N 和的LiBHEt3 (三乙基硼氫化鋰)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Mo2N和LiBHEt3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
1.一種減小疏松和縮松的高強(qiáng)度鋁合金，其特征在于以質(zhì)量百分比計，包括0.3 0. 7%的Si，小于等于0. 5%的Fe，小于等于0. 1 %的Cu，小于等于0. 03%&Μη，0. 35 0. 8%的Mg，小于等于0. 03%的Cr，小于等于0. 的Ζη，1. 2 1. 8%的Μο，0· 09 0. 13% 的Ν、0. 04 0. 07%的Li，0. 07 0. 1 %的B，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. 1%。
2.—種權(quán)利要求1所述減小疏松和縮松的高強(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. 3 0. 7%的 Si，小于等于0. 5%的i^e，小于等于0. 的Cu，小于等于0. 03%&Μη，0. ；35 0. 8%的Mg， 小于等于0. 03%的Cr，小于等于0. 的Si;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；步驟三使用氮氣或惰性氣體或氮氣與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. 1.93%的 Mo2N和0. 66 1. 0%的LiBHEt3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Mo2N* LiBHEt3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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減小疏松和縮松的高強(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、Cr、Zn，使之完全溶解和熔化；精煉后在700～1000℃下保溫，得到合金熔體；使用氮氣或惰性氣體或氮氣與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Mo2N和LiBHEt3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Mo2N和LiBHEt3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C22C21/00GK102517476SQ20111042119
公開日2012年6月27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