CN102899538A - 微合金化的Al-Si-Mg系铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微合金化的Al-Si-Mg系铝合金，Al-Si-Mg系铝合金中按质量分数添加有0.3%~1.0%的Hf。本发明通过微合金化得到了含Hf元素的Al-Si-Mg系铝合金，该铝合金在低于500℃的热处理条件下，析出相主要以Al3Hf的各种板条状等规则形状存在，在高于500℃的热处理条件下，析出相则主要以Si2Hf的纳米带形式存在，长度甚至达到微米级别，如此大长宽比的纳米带在铝合金中尚属首次发现，这种大尺寸的析出相其高温稳定性很强，从而可以提高铝合金的服役温度至200℃~300℃，使其可以作为高温下工作的铝合金发动机材料应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金材料，特别涉及一种微合金化的Al-Si-Mg系铝合金。
背景技术
传统高Si含量的Al-Si-Mg系铝合金由于结晶潜热大，流动性好，易于铸造像发动机缸盖或缸体这样的复杂铸件，所以在汽车领域得到广泛的应用。
该系列合金中析出相的析出顺序分别为α(sss) →GP zones→ β” →β’,U1, U2, B’ →β(Mg2Si)，其中亚稳态的β”可以起到最佳的强化效果。但是这种纳米尺寸的析出相其高温稳定性很差，特别在高于185℃的服役温度下，β”很容易转化成稳定的β(Mg2Si)相，跟基体失去共格或半共格关系，根据Orowan位错绕过机制，从而削弱了对位错运动的阻碍作用，最终大大降低了其强化效果。
因此，现有Al-Si-Mg系铝合金这样的工作温度极限已不能满足现代汽车的发展要求。现代汽车可操作性增加、小型化设计和大功率、环境因素考虑以及生产厂家增加发动机保质期到250000公里的意愿，都对汽车各零部件提出更高的要求，特别是发动机材料的耐高温性能。开发能在250℃~350℃高温下工作的铝合金发动机材料已成为全球汽车发动机生产厂家的重要目标。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种微合金化的Al-Si-Mg系铝合金，通过Al-Si-Mg系铝合金的微合金化改变其析出相的析出序列及组成，增加析出相尺寸及高温稳定性能，从而提高铝合金的服役温度。
本发明的微合金化的Al-Si-Mg系铝合金，Al-Si-Mg系铝合金中按质量分数添加有0.3%~1.0%的Hf。
进一步，Al-Si-Mg系铝合金中按质量分数添加有0.5%的Hf。
本发明的有益效果在于：本发明通过微合金化得到了含Hf元素的Al-Si-Mg系铝合金，该铝合金在低于500℃的热处理条件下，析出相主要以Al3Hf的各种板条状等规则形状存在，在高于500℃的热处理条件下，析出相则主要以Si2Hf的纳米带形式存在，长度甚至达到微米级别，如此大长宽比的纳米带在铝合金中尚属首次发现，这种大尺寸的析出相其高温稳定性很强，从而可以提高铝合金的服役温度至200℃~300℃，使其可以作为高温下工作的铝合金发动机材料应用。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为实施例1的铝合金400℃等温热处理条件下析出相形貌；
图2为实施例1的铝合金475℃等温热处理条件下析出相形貌；
图3为实施例1的铝合金520℃热处理条件下析出相形貌；
图4为实施例1的铝合金560℃等温热处理条件下析出相形貌。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1为微合金化的Al-Si-Mg系铝合金，其中按质量分数添加有0.5%的Hf，其标定成分为Al-7wt%Si-0.3wt%Mg-0.5wt%Hf。
1）铸造：通过普通重力铸造法将实施例1的铝合金铸锭，铸锭尺寸：200 mm×50 mm×25 mm；实际测得实施例1的铝合金的主要合金元素含量为Si：7.07wt%，Mg：0.28wt%，Hf：0.42wt%， Fe：0.02wt%。
2）热处理：取实施例1的铝合金铸造样品四个，按以下热处理工艺处理：铸造样品Ⅰ在 400℃盐浴环境下等温热处理20小时，铸造样品Ⅱ在 475℃盐浴环境下等温热处理45小时，铸造样品Ⅲ以50℃/min 的升温速率升温至520℃保温45小时，铸造样品Ⅳ在 560℃盐浴环境下等温热处理20小时。
3）制透射样品：
①机械减薄：首先从热处理样品上线切割下厚1mm左右的薄片，然后用水磨硅砂纸减薄至厚度约80μm 左右；
②冲样：从80μm薄片上用特制的冲样机冲直径3mm样品；
③离子减薄：参数设置：真空度：3×10-5Pa，轰击电压：6 keV，离子枪转角：±5o，样品台转速：6 rpm /min。
4）TEM观察：透射样品利用JEOL-2010TEM在200KV的高压条件下进行观察：
① 实施例1的铝合金400℃等温热处理条件下析出相形貌（附图1）；
② 实施例1的铝合金475℃等温热处理条件下析出相形貌（附图2）；
③ 实施例1的铝合金520℃热处理条件下析出相形貌（附图3）；
④ 实施例1的铝合金560℃等温热处理条件下析出相形貌（附图4）。
实施例1的铝合金为含Hf元素的Al-Si-Mg系铝合金，通过TEM观察可以看出，该铝合金在低于500℃的热处理条件下，析出相主要以Al3Hf的各种板条状等规则形状存在，在高于500℃的热处理条件下，析出相则主要以Si2Hf的纳米带形式存在，长度甚至达到微米级别，如此大长宽比的纳米带在铝合金中尚属首次发现，这种大尺寸的析出相其高温稳定性很强，从而可以提高铝合金的服役温度至200℃~300℃。
而传统的非含Hf元素的Al-Si-Mg系铝合金（S.J. Andersen, C.D. Marioara, R.Vissers, A. Froseth, H.W. Zandbergen, The structural relation between precipitates in Al-Mg-Si alloys, the Al-matrix and diamond silicon with enphasis on the trigonal phase U1-MgAl2Si2, Mater. Sci. Eng., 2007, 444A, 157-169.），其析出相的析出顺序分别为α(sss) →GP zones→ β” →β’,U1, U2, B’ →β(Mg2Si)，其中亚稳态的β”可以起到最佳的强化效果，但是这种纳米尺寸的析出相其高温稳定性很差，特别在高于185℃的服役温度下，β”很容易转化成稳定的β(Mg2Si)相，跟基体失去共格或半共格关系，根据Orowan位错绕过机制，从而削弱了对位错运动的阻碍作用，最终大大降低了其强化效果。
本发明的微合金化的Al-Si-Mg系铝合金中，Hf元素的添加量可以为0.3 wt %~1.0 wt %，均能实现本发明的目的。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (2)
1. 一种微合金化的Al-Si-Mg系铝合金，其特征在于：Al-Si-Mg系铝合金中按质量分数添加有0.3%~1.0%的Hf。
2.根据权利要求1所述的微合金化的Al-Si-Mg系铝合金，其特征在于：Al-Si-Mg系铝合金中按质量分数添加有0.5%的Hf。
Priority Applications (1)
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| CN2012104158142A CN102899538A (zh) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | 微合金化的Al-Si-Mg系铝合金 |
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Publications (1)
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| WO2011159169A1 (en) * | 2010-06-16 | 2011-12-22 | Norsk Hydro Asa | Castable heat resistant aluminium alloy |
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2012
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Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
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