CN101230432A - 一种高强、耐热铝铁合金零件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强、耐热铝铁合金零件的制备方法，合金成分按重量百分比配制：铁4.0～6.0，铜3.0～5.0，锌0～4.0，锰0.3～0.7，镁0.2～0.5，钛0～0.25，锆0～0.4，硼0～0.008，杂质≤1.2，余量为铝，然后进行合金熔炼，精炼和变质处理或不进行变质处理后，采用电磁搅拌凝固成锭坯或在温度为670～690℃，保温20～40min后浇注成锭坯；之后对锭坯二次加热，加热温度为620～640℃，保温时间20～40min，当锭坯成半固态时，在20～100MPa压力下挤压成铝铁合金零件。本发明优点是利用电磁剪切力破碎大的富铁相或在近相线铸锭获得均匀、细小非树枝晶组织，然后半固态挤压成型后，合金组织较铸态组织发生了显著变化，合金性能明显提高。其工艺简单，成本低，为类似合金的强化相的细化方法提供一种新途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种有色金属材料的制备方法，具体涉及一种高强、耐热铝铁合金零件的制备方法。
背景技术
铝与铁形成的Al3Fe金属间化合物具有很好的耐热、耐磨和抗腐蚀性能，并且铝铁合金依旧保持了铝合金密度小的特点，这些特点使得铝铁合金能适应航天、航天、交通运输、机械等器件对材料性能的要求。此外，铝和铁是地壳中储量最为丰富的两种金属元素，也是工业中最常用的原料，来源广，价格便宜，所以发展铝铁合金有着诱人的前景，受到了国内外的重视。但常规铸冶工艺所制备的铝铁合金易形成粗大的脆性针状或针片状富铁相，严重割裂基体，恶化合金力学性能，使合金无工业使用价值。
快速凝固工艺可以有效的细化富铁相，也使较高铁含量的耐热铝铁合金得到了实际应用。然而，快速凝固工艺存在着制备工艺复杂、设备昂贵、生产成本高及制品尺寸有限等弊端，只适合用于航空航天和军工等特殊领域。粉末冶金技术也可制备细晶的含高铁的铝铁合金，但同样存在着制备工艺复杂、制品组织不致密及综合性能不高等缺陷。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高强、耐热铝铁合金零件的制备方法，其制备工艺简单，成本低，并使铝铁合金具有较高的综合性能及良好的工业使用价值。
实现本发明目的的技术方案是：首先进行合金成分选配，然后进行合金熔炼、精炼和变质处理或不进行变质处理，特征是合金成分按重量百分比配制：铁4.0～6.0，铜3.0～5.0，锌0～4.0，锰0.3～0.7，镁0.2～0.5，钛0～0.25，锆0～0.4，硼0～0.008，杂质总和≤1.2，余量为铝；合金经精炼和变质处理或不进行变质处理后，在电磁搅拌下凝固成锭坯或在温度为670～690℃，保温20～40min后浇注成锭坯；然后对锭坯进行二次加热，加热温度为620～640℃，保温时间20～40min，当锭坯成半固态时挤压成最终铝铁合金零件。
所述的锭坯成半固态是指锭坯的液相组分的体积分数为30～50vol％，当锭坯成半固态时挤压成铝铁合金零件的挤压压力为20～100MPa。
上述的对合金熔炼是采用本专业领域的常规的铸造铝合金的熔炼工艺进行。采用变质处理是加氟钛酸钾和氟硼酸钠混合盐，加入量为铝液的0.7～1.2wt％。氟钛酸钾与氟硼酸钠的混合比是：3∶1。
上述所述指的锭坯在电磁搅拌下凝固，搅拌强度取决于合金中第二相的含量，含量高搅拌强度大。本发明选用的电磁搅拌电压为150V～200V。
本发明与现有技术相比所具备的优点：
本发明利用电磁剪切力破碎粗大的富铁相或在近液相线铸锭获得均匀、细小的非树枝晶组织，然后半固态挤压成型过程对铁相和其他金属间化合物相破碎作用进一步细化合金组织，消减粗大的针状富铁相有害作用，使合金具有较高的强度及耐热性能。本发明工艺简单，成本低，解决了快速凝固技术成本高、制品尺寸有限及粉末冶金工艺复杂、烧结组织不致密等问题，使铝铁合金具有较高的综合性能，可广泛的用于航空、汽车等行业的轻质耐热零部件。本发明为类似合金的强化相的细化方法提供了一条经济便捷的新途径。
附图说明
图1为Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金微观组织图
图中：a铸态，b电磁搅拌态，c二次加热态，d挤压态
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对发明的内容作进一步的说明。
实施例1
首先进行合金成分选配，其合金化学成分(wt％)
Fe、Cu、Zn、Mg、Mn、Ti、B、 杂质、Al
4.1、4.25、2、0.3、0.5、0.15、0.006 1.2、余量
纯铁、铜、锰、锌、镁在中频炉内配制成母合金锭，然后在电阻坩埚炉内熔化，合金熔化后经精炼，加氟钛酸钾和氟硼酸钠混合盐，加入量为铝液的0.7％～1.2％wt进行变质处理，然后在电磁搅拌条件下，凝固成锭坯，搅拌电压150V。
按挤压模具的要求，将锭坯加工到所需的尺寸。加工好的锭坯进行二次加热，加热温度为640℃，保温30分钟，使锭坯的液相组分达到30Vol％。将处于半固态的锭坯放入模具中挤压成型。挤压压力为20Mpa。最终测试的合金性能如表1所示。
表1 Al-4Fe-4.24Cu-2Zn-0.5Mn-0.3Mg的力学性能
| 挤压比 | 抗拉强度Rm Mpa | 屈服强度Rs Mpa | 伸长率A％ |
| 8 | 310 | 285 | 1.6 |
实施例2
首先进行合金成分选配，其合金化学成分(wt％)
Fe、Cu、Zn、Mg、Mn、杂质、Al
5.5、4、2、0.4、0.5、1.1、余量
纯铁、铜、锰与铝分别配制成Fe20Al80、Cu50Al50及Mn10Al90的中间合金。熔炼时将AlFe、AlMn中间合金与纯铝放入电阻坩埚炉内熔化，合金熔化后加入AlCu中间合金、Zn和Mg，化清搅拌精炼，然后在680℃保温25分钟，浇注成锭坯。将锭坯加工成所需尺寸的的锭坯。
对加工好的锭坯进行二次加热，加热温度630℃，当锭坯中的液相组分达到50Vol％时，放入模具中挤压成型。挤压压力为30Mpa。最终测试的合金性能如表2所示。
表2 Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.5Mn-0.4Mg的力学性能
| 挤压比 | 抗拉强度Rm Mpa | 伸长率A％ |
| 10 | 286 | 2.2 |
实施例3
首先进行合金成分选配，其合金化学成分(wt％)
Fe、Cu、Zn、Mg、Mn、杂质、Al
5、3、4、0.25、0.7、1.1、余量
采用Fe20Al80、Cu50Al50、Mn10Al90及Mg20Al80的中间合金。熔炼时将纯铝及AlFe、AlMn中间合金放入电阻坩埚炉内熔化，合金熔化后加入AlCu、AlMg中间合金和纯Zn，化清保温搅拌精炼，然后在电磁搅拌条件下凝固成锭，搅拌电压200V。将锭坯加工成所需尺寸的锭坯。
对加工好的锭坯进行二次加热，加热温度为620℃，当锭坯中的液相组分达到35Vol％时，放入模具中挤压成型。挤压压力为100Mpa。此时的合金性能如表3所示。
表3 Al-5Fe-3Cu-4Zn-0.7Mn-0.3Mg的力学性能
| 挤压比 | 抗拉强度Rm Mpa | 伸长率A％ |
| 6 | 269 | 1.5 |
Claims (4)
1.一种高强、耐热铝铁合金零件的制备方法，首先进行合金成分选配，然后进行合金熔炼、精炼和变质处理或不进行变质处理，其特征在于合金成分按重量百分比配制：铁4.0～6.0，铜3.0～5.0，锌0～4.0，锰0.3～0.7，镁0.2～0.5，钛0～0.25，锆0～0.4，硼0～0.008，杂质总和≤1.2，余量为铝；合金经精炼和变质处理或不进行变质处理后，在电磁搅拌下凝固成锭坯或在温度为670～690℃，保温20～40min后浇注成锭坯；然后对锭坯进行二次加热，加热温度为620～640℃，保温时间20～40min，当锭坯成半固态时挤压成最终铝铁合金零件。
2.按照权利要求1所述的高强、耐热铝铁合金零件的制备方法，其特征在于所述的半固态锭坯是指固态锭坯中的液相组分的体积分数为30～50vol％。
3.按照权利要求1所述的高强、耐热铝铁合金零件的制备方法，其特征在于当锭坯成半固态时挤压成铝铁合金零件的挤压压力为20～100MPa。
4.按照权利要求1所述的高强、耐热铝铁合金零件的制备方法，其特征在于选用的电磁搅拌电压为150V～200V。
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2008
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