CN102443725B - 一种用AlH3处理的高强度铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用AlH3处理的高强度铝合金及其制备方法，先加热铝锭或熔融铝液使之完全熔化；加入Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn和Ti，使之完全溶解和熔化；精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；使用氮气或惰性气体或氮气与惰性气体任意比例的混合气体对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将AlH3粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使AlH3在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，进行铸造生产。本发明能够克服现有铝合金性能的不足，提高其强韧性、成形性和淬透性，为高效深加工提供高端基材。

Description

一种用AlH3处理的高强度铝合金
技术领域
本发明涉及一种高强度铝合金，还涉及其制备方法。 
背景技术
加入“冷铝”的铝合金熔体更易于铸造出高质量的铸件和锭坯，是因为作为返回料使用的压余、切头和边角料等各种形态的“冷铝”具有较细的晶粒结构，在熔体中能够在短时间内保持这种高质量的亚结构，从而影响铸造时的结晶行为。但“冷铝”同时也含有较多的氧化物、铁、硅等杂质，对合金的纯净化不利。 
深加工用的铝合金往往需要首先铸造成大型的锭坯，如扁锭、圆棒等，再通过轧制、挤压、锻造等手段，加工成各种成品，这些过程基本上都要和热处理相结合，如果到可以直接使用的最终产品，则还要经过分割、表面加工、钝化处理等作业。这些加工手段，需要铝合金材料本身具备良好的深加工性能，包括铸造性能、压力加工变形性能、热处理强化性能、抗腐蚀性能、抗疲劳破坏性能、表面加工和涂覆性能等。其中，熔铸性能是铝合金深加工性能的基础。大型锭坯，尤其是厚度500mm以上的扁锭、厚板和直径500mm以上的圆棒，是大型高效深加工的代表性基材，而能否预制成大型锭坯，也是考验铝合金材料本身是否适合进行深加工的第一道技术关口。 
据统计，世界上500多种变形铝合金材料中，常用于熔铸大型锭坯的铝合金还不到20个，其中最常用于熔铸大型锭坯和生产厚板的铝合金有5083、5026、6082、2017、2024、2219、7075、7050等，这些材料中，属于硬铝和超硬铝范畴的是2XXX系和7XXX系，其厚板多用于航空航天工业，但其熔铸大型锭坯的性能很差，扁锭和圆棒成形率很低；5XXX系、6XXX系合金熔铸性能较好，但强度低；其它如1XXX系、3XXX系铝合金则属于软铝范畴。 
目前的铝合金材料除了熔铸大型锭坯时的成形性能较差外，大型锭坯在热处理过程的淬透性不高、耐回火性较差和不能满足更高的力学性能要求或某些特殊性能(如耐热、耐蚀)等，也是重大缺陷。这些缺陷使其在工程技术领域替代钢制品等重强材料和结构的进程中形成了难以跨越的技术断点。 
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高强度铝合金，能够克服现有铝合金 性能的不足，提高其强韧性、成形性和淬透性，为高效深加工提供高端基材。 
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高强度铝合金，以质量百分比计，包括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0.1％的Cr，0.45～0.9％的Mg，小于等于0.1％的Zn，小于等于0.1％的Ti，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.15％。 
本发明还提供所述高强度铝合金的制备方法，以复合处理方式加入AlH3，包括以下步骤： 
步骤一：按照所述高强度铝合金的组分备料，包括占总产品质量百分比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0.1％的Cr，0.45～0.9％的Mg，小于等于0.1％的Zn，小于等于0.1％的Ti； 
步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化，按配方比例先加入步骤一的备料，使之完全溶解和熔化，精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成； 
步骤三：使用氮气或惰性气体或氮气与惰性气体任意比例的混合气体对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比1～1.67％的AlH3粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使AlH3在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，沿以下两种流程分别进行不同制品的铸造生产。 
流程一：沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。 
流程二：转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。 
本发明的有益效果是：在铝熔体中造成了多种晶粒细化元素、质点，对防止基体和强化相的粗大化有良好效果。 
本发明在变形铝合金中加入1～1.67％的AlH3粉末，可以在合金凝固过程中有效增加异质形核核心，从而达到晶粒细化的效果，增强合金强度；并且加入的元素可以促 进形成间隙原子和间隙相，高温时在α(Al)固溶体中溶解度大，而在室温时很小，从而使合金具有较高的可热处理性质，热处理后，其强度和硬度都有很大程度的提高。 
下面结合实施例对本发明进一步说明。 
具体实施方式
实施例1： 
一种高强度铝合金，以质量百分比计，包括0.2％的Si，0.35％的Fe，0.1％的Cu，0.1％的Mn，0.1％的Cr，0.45％的Mg，0.1％的Zn，0.1％的Ti，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.15％。 
本发明还提供所述高强度铝合金的制备方法，以复合处理方式加入AlH3，包括以下步骤： 
步骤一：按照所述高强度铝合金的组分备料，包括占总产品质量百分比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0.1％的Cr，0.45～0.9％的Mg，小于等于0.1％的Zn，小于等于0.1％的Ti； 
步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化，按配方比例先加入步骤一的备料，使之完全溶解和熔化，精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成； 
步骤三：使用氮气或惰性气体或氮气与惰性气体任意比例的混合气体对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比1％的AlH3粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使AlH3在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，沿以下两种流程分别进行不同制品的铸造生产。 
流程一：沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。 
流程二：转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。 
实施例2： 
一种高强度铝合金，以质量百分比计，包括0.4％的Si，0.3％的Fe，0.08％的Cu， 0.08％的Mn，0.06％的Cr，0.7％的Mg，0.07％的Zn，0.05％的Ti，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.15％。 
本发明还提供所述高强度铝合金的制备方法，以复合处理方式加入AlH3，包括以下步骤： 
步骤一：按照所述高强度铝合金的组分备料，包括占总产品质量百分比0.4％的Si，0.3％的Fe，0.08％的Cu，0.08％的Mn，0.06％的Cr，0.7％的Mg，0.07％的Zn，0.05％的Ti； 
步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化，按配方比例先加入步骤一的备料，使之完全溶解和熔化，精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成； 
步骤三：使用氮气或惰性气体或氮气与惰性气体任意比例的混合气体对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比1.34％的AlH3粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使AlH3在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，沿以下两种流程分别进行不同制品的铸造生产。 
流程一：沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。 
流程二：转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。 
实施例3： 
一种高强度铝合金，以质量百分比计，包括0.6％的Si，0.25％的Fe，0.06％的Cu，0.09％的Mn，0.03％的Cr，0.9％的Mg，0.09％的Zn，0.05％的Ti，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.15％。 
本发明还提供所述高强度铝合金的制备方法，以复合处理方式加入AlH3，包括以下步骤： 
步骤一：按照所述高强度铝合金的组分备料，包括占总产品质量百分比0.6％的 Si，0.25％的Fe，0.06％的Cu，0.09％的Mn，0.03％的Cr，0.9％的Mg，0.09％的Zn，0.05％的Ti； 
步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化，按配方比例先加入步骤一的备料，使之完全溶解和熔化，精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成； 
步骤三：使用氮气或惰性气体或氮气与惰性气体任意比例的混合气体对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比1.67％的AlH3粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使AlH3在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，沿以下两种流程分别进行不同制品的铸造生产。 
流程一：沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。 
流程二：转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。 

Claims (1)

1.一种用AlH3处理的高强度铝合金，其特征在于：以质量百分比计，包括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0.1%的Cr，0.45～0.9%的Mg，小于等于0.1%的Zn，小于等于0.1%的Ti，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05%，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.15%；
所述用AlH3处理的高强度铝合金的制备方法包括下述步骤：
步骤一：按照所述高强度铝合金的组分备料，包括占总产品质量百分比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0.1%的Cr，0.45～0.9%的Mg，小于等于0.1%的Zn，小于等于0.1%的Ti；
步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化，按配方比例先加入步骤一的备料，使之完全溶解和熔化，精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成；
步骤三：使用氮气或惰性气体或氮气与惰性气体任意比例的混合气体对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比1～1.67%的AlH3粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使AlH3在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，进行铸造生产。
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