CN103131919A

CN103131919A - 一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料

Info

Publication number: CN103131919A
Application number: CN2011103862321A
Authority: CN
Inventors: 张中可; 李荣华; 朱绍严; 谢贵生; 刘海林
Original assignee: GUIZHOU ACADEMY OF SCIENCES
Current assignee: GUIZHOU ACADEMY OF SCIENCES
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: CN103131919B

Abstract

本发明公开了一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料，按质量百分比计，该合金成分为Cu:2.6～3.2%，Mn:0.45~0.7%，Mg:2.0~2.4%，Zn:≤0.1%，Ti:≤0.15%，Si:≤0.3%，Fe:≤0.3%，六氟合硅酸盐变质剂为炉料总量的0.1～1.0%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.10%。本发明具有变质细化效果好，具有净化炉体的作用，提供了一种高强度铝合金材料。

Description

一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料

技术领域

本发明属于铝合金及其制备方法领域，涉及一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金。

背景技术

铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。

从制造业和铝合金制品的角度，习惯上把高强度铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类；从制品可用的温度条件划分，高强度铝合金又分为普通铝合金和高温(或耐热)铝合金。到目前为止，能够满足高温高强需要的，只有Al-Cu系铝合金，从牌号系列上讲，Al-Cu系合金包括铸造铝合金和变形铝合金，而不论铸造还是变形，都属于2系铝合金；而能够同时满足铸造性能好又容易进行变形加工的高温高强度铝合金，还没有见公开报道过。

一般铸造铝合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4个系列，其中以AlCu系和AlZn系铝合金的强度最高，但多数在200Mpa～300Mpa之间，高于400Mpa的只有AlCu系的少数几个牌号，但因采用精铝基体且加入贵重元素，制造成本很高；AlZn系铸造合金的耐热性能很差。因此，一般铸造铝合金与变形铝合金相比因强韧性稍逊使其应用范围受到较大的限制。许多重要用途如特种重载车负重轮、航空用铝合金等多采用变形铝合金，而不是铸造铝合金。变形铝合金通过挤压、轧制、锻造等手段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的强度、优良的韧性以及良好的使用性能。但是，对设备和工装模具要求高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本很高。与变形铝合金相比，铸造铝合金具有价格低廉、组织各向同性、可以获得特殊的组织、易于生产形状复杂的零件、可以小批量生产也可以大批量生产等诸多优点。因此，开发出能够替代部分变形铝合金的高强韧铸造铝合金材料及其铸造成形工艺，可以达到以铸代锻、缩短制造周期、降低制造成本的目的，具有重要的理论意义和重大的实际应用价值。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是：针对目前铝合金变质剂和变质机理存在的缺陷，导致铝合金强度不够，无法满足市场的需求，本发明以一种六氟合硅酸钾钠变质的高强度铝合金，细化变质提高铝合金的强度。

本发明采用的技术方案：一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料，按质量百分比计，该合金成分为Cu:2.6～3.2%，Mn:0.45~0.7%，Mg: 2.0~2.4%，Zn:≤0.1%，Ti:≤0.15%，Si:≤0.3%，Fe:≤0.3%，六氟合硅酸盐变质剂为炉料总量的0.1～1.0%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.10%。

所述的一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料，六氟合硅酸盐包括六氟合硅酸钠、六氟合硅酸钾或两者混合物。

所述的一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料，六氟合硅酸盐变质剂的分子晶体聚集态颗粒度为10~30目。

本发明的配方可以通过常规的工艺来实施。

本发明达到的有益效果：

通过以下两个方面来提高铝合金的强度：

（1）净化炉体：首先，六氟合硅酸钾或六氟合硅酸钾钠配合物在铝熔体中高温分解出原子态的元素Na、K、Si、F，其中释放出来的元素随着高温分解的能量被迅速分散在铝合金熔体中，起到了很好的搅拌效果，并且在元素分散的过程中可以排挤出氢，达到净化熔体的目的。其次，配合物在高温分解出的其他元素F可以与氢结合生成气体HF溢出，减少氢含量。

（2）细化变质：细化变质效果好，六氟合硅酸钾或六氟合硅酸钾钠配合物在铝熔体中高温分解出原子态的元素Na、K、Si，迅速弥撒在铝熔体中，与溶基中的Al或其它元素形成强化相：如：Si进入到Al熔体的各个角落，在合金成型的过程中均匀低以细小的原子态作为整个铝合金的结晶晶核，对整个铝合金的细化起到了很好的作用，又如Na可使共晶硅的结晶由短圆针状变为细粒状，并降低共晶温度，增加过冷度，细化晶粒。

六氟合硅酸盐变质剂对铝熔体具体的变质机理如下：

K₂[SiF₆]+e(高温)→2K(原子态)+ Si(原子态)+F(原子态)

Na₂[SiF₆]+e(高温)→2Na(原子态)+ Si(原子态)+F(原子态)

Si+Al(液)→α(Al)共溶体→饱和共溶体→冷却→过饱和固溶体？

F (原子态)+H(铝熔体)→HF(气体)

具体实施方式：

实施例1

本发明的一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料：该合金成分组成为Cu:26kg，Mn:4.5kg，Mg: 20kg，六氟合硅酸钠（30目）：10kg， Al：939.5kg，其中杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.10%， Si和Fe为原料Al中带来的杂质，含量控制在Si:≤0.3%，Fe:≤0.3%。

采用的常规工艺为：

1、先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700～750℃下保温；熔化过程在封闭环境内完成；

2、再按配方比例先加入步骤一选定的合金元素，使之完全溶解和熔化，把混合熔体搅拌均匀；

3、然后对上述合金熔体进行炉内精炼；往合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均匀，熔体精炼在封闭环境中操作；

4、精炼除渣后，以保护性气体氮气对熔体进行除气作业，同时使变质剂以流态化方式随保护性气体氮气加入到合金熔体中；同时进行搅拌，使变质剂与合金熔体充分反应；变质剂加入完毕，继续通入保护性气体至变质剂反应完毕。

5、静置、调温至700～750℃，合金液倾倒出炉，进入下一工序。

实施例2

本发明的一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料：该合金成分组成为Cu:32kg，Mn:7kg，Mg: 24kg，Zn:1kg，Ti:1.5kg，六氟合硅酸钾（10目）：1kg，Al：933.5kg，其中杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.10%， Si和Fe为原料Al中带来的杂质，含量控制在Si:≤0.3%，Fe:≤0.3%。其余步骤采用的常规工艺同上。

实施例3

本发明的一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料：该合金成分组成为Cu:29kg，Mn:6kg，Mg: 22kg，Zn:0.5kg，Ti:0.75kg，六氟合硅酸钾和六氟合硅酸钠（20目）：各2.5kg，Al：936.75kg，其中杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.10%， Si和Fe为原料Al中带来的杂质，含量控制在Si:≤0.3%，Fe:≤0.3%。其余步骤采用的常规工艺同上。

Claims

1.一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料，其特征在于：按质量百分比计，该合金成分为Cu:2.6～3.2%，Mn:0.45~0.7%，Mg: 2.0~2.4%，Zn:≤0.1%，Ti:≤0.15%，Si:≤0.3%，Fe:≤0.3%，六氟合硅酸盐变质剂为炉料总量的0.1～1.0%，其余为Al和不可避免的微量杂质，且杂质元素含量为：单个≤0.05%，合计≤0.10%。

2.根据权利要求1所述的一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料，其特征在于：六氟合硅酸盐包括六氟合硅酸钠、六氟合硅酸钾或两者混合物。

3.根据权利要求1所述的一种六氟合硅酸盐变质的高强度铝合金材料，其特征在于：六氟合硅酸盐变质剂的分子晶体聚集态颗粒度为10~30目。