CN103540878A - 一种CeO2增强的Al-Si-Zn系铝合金的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度Al-Si-Zn系铝合金的处理方法，由合金制备步骤、变质处理步骤和最终热处理步骤所组成。通过稀土氧化物CeO2对Al-Si-Zn系铝合金的变质作用，结合热处理工艺，改善了Al-Si-Zn系铝合金的拉伸性能，显著提高了合金抗拉强度和延伸率。
Description
技术领域
本发明涉及Al-Si-Zn系铝合金领域，具体的说，是涉及一种高强度Al-Si-Zn系铝合金的处理方法。
背景技术
Al-Si-Zn系合金硅含量低，具有优良的铸造性和加工性，常温稳定相Al2Zn可经热处理固溶到合金基体中，因此是一种可热处理增强的铝合金。经变质和热处理后的Al-Si-Zn合金能获得较好的力学性能，因此已经被越来越多的使用在工业机械装置中。而工业机械装置通常结构复杂，工作环境恶劣，特殊的工作环境对材料的性能提出了更高的要求，要有较好的铸造及加工性能，在室温和250℃的温度区间内要有高的抗拉强度及延伸率，较好的导热性。为了满足这些使用要求，需要改善合金生产工艺，优化合金成分来进行优化处理。
有研究表明，在铝硅合金中，稀土不仅能作为变质剂，而且能起到净化合金液的作用。稀土元素化学性质活泼，能与合金液中的O2、H2、S元素等发生反应，从而降低合金液中的含气量和含硫量，起到净化合金液的作用。在一定的工艺条件下，用稀土对铝合金液进行净化处理，其净化效果甚至超过常用的C2Cl6及无毒精炼剂。使用稀土对铝合金液除气，操作过程简单平稳，不会出现合金液沸腾
铸态Al-Si-Zn合金的力学性能较差，因此需要通过一定的手段改变合金的微观组织形貌，对提高合金的力学性能有积极的作用。该合金是可热处理增强的合金，通过进行热处理使合金中的Al2Zn相固溶到基体中，从而起到固溶强化的作用。目前对于Al-Si共晶组织的变质已经有不少研究，Sr对共晶Si的变质作用研究的较为成熟，目前应用到实际生产中的变质剂都或多或少的存在一定的问题，因此，仍然有必要继续开发新的变质剂。稀土氧化物作为一种我国储量较多的资源，理应得到更多的应用，并且现有的研究已经表明，稀土元素对Al-Si-Zn合金有变质作用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度Al-Si-Zn系铝合金的处理方法，使用该方法能够明显改善Al-Si-Zn系铝合金的拉伸性能。
本发明采用的技术方案是：一种高强度Al-Si-Zn系铝合金的处理方法，其特征是：所述Al-Si-Zn系铝合金含有下述重量百分比的组分：0.1～1.0％的CeO2，6.0～8.0％的Si，3.0～5.0％的Zn，0.10～0.30％的Cu，0.01～0.1％的Cr，0.001～0.005％的Mg，0.001～0.005％的Mn，0.001～0.005％的Ti，以及不可避免的杂质，余量为铝，所述的处理方法由合金制备步骤、变质处理步骤和最终热处理步骤所组成；具体为，合金制备步骤：首先通过向Al-Si合金中加入纯Al料和纯Zn料混合配制，熔化浇注成合金板料；变质处理步骤：将制备好的合金板料放入电阻炉中熔化，加入变质剂并搅拌、保温，除渣后浇注到金属型中，所述的金属型在浇注前进行预热；最终热处理步骤：将金属型在进行固溶处理，保温后水冷，再进行时效处理，保温后空冷得到产品。
所述合金制备步骤中，通过向Al-Si合金中加入铝含量为99.9％的纯Al料和锌含量为99.9％的纯Zn料混合配制，在1000～1200℃熔化浇注成合金板料。
所述变质处理步骤中，将制备好的合金板料放入电阻炉中熔化，温度维持在800～1000℃，熔化后加入变质剂并搅拌，所述的变质剂由质量比为1：2～4的Al粉和CeO2粉末均匀混合而成，加入后在800～900℃保温，保温时间为30～40min，除渣后在800～900℃浇注到金属型中，所述的金属型在浇注前预热至100～150℃。
所述最终热处理步骤中，将所述的金属型在进行600～700℃进行固溶处理，保温8～10h，水冷，再在200～300℃进行时效处理，保温6～8h，最后空冷得到产品。
最终热处理后所得到的Al-Si-Zn系铝合金产品的常温抗拉强度为320～380MPa，延伸率为10～12％。
本发明的优点是：通过稀土氧化物CeO2对Al-Si-Zn系铝合金的变质作用，结合最终热处理，改善了Al-Si-Zn系铝合金的拉伸性能，显著提高了合金抗拉强度和延伸率，具有成本低、操作简便、生产周期短等特点。本发明产出的Al-Si-Zn系铝合金作为产品，可以应用于航空、汽车等工业制造领域。
具体实施方式
下面结合实施例和对比例对本发明进一步详细说明。
实施例1：
Al-Si-Zn系铝合金含有下述重量百分比的组分：0.2％的CeO2，6.0％的Si，3.0％的Zn，0.10％的Cu，0.05％的Cr，0.005％的Mg，0.005％的Mn，0.001％的Ti，以及不可避免的杂质，余量为铝。首先，通过向Al-Si合金中加入铝含量为99.9％的纯Al料和锌含量为99.9％的纯Zn料混合配制，在1000℃熔化浇注成合金板料。然后，将制备好的合金板料放入电阻炉中熔化，温度维持在800℃，熔化后加入变质剂并搅拌，所述的变质剂由质量比为1：2的Al粉和CeO2粉末均匀混合而成，加入后在800℃保温，保温时间为30min，除渣后在800℃浇注到金属型中，金属型在浇注前预热至100℃。接着，将金属型在进行600℃进行固溶处理，保温8h，水冷，再在200℃进行时效处理，保温6h，最后空冷得到产品。所得到的Al-Si-Zn系铝合金产品的常温抗拉强度为320MPa，延伸率为11％。
实施例2：
Al-Si-Zn系铝合金含有下述重量百分比的组分：0.5％的CeO2，8.0％的Si，5.0％的Zn，0.2％的Cu，0.02％的Cr，0.002％的Mg，0.001％的Mn，0.001％的Ti，以及不可避免的杂质，余量为铝。首先，通过向Al-Si合金中加入铝含量为99.9％的纯Al料和锌含量为99.9％的纯Zn料混合配制，在1100℃熔化浇注成合金板料。然后，将制备好的合金板料放入电阻炉中熔化，温度维持在900℃，熔化后加入变质剂并搅拌，所述的变质剂由质量比为1：4的Al粉和CeO2粉末均匀混合而成，加入后在800℃保温，保温时间为30min，除渣后在800℃浇注到金属型中，金属型在浇注前预热至150℃。接着，将金属型在进行700℃进行固溶处理，保温8h，水冷，再在300℃进行时效处理，保温7h，最后空冷得到产品。所得到的Al-Si-Zn系铝合金产品的常温抗拉强度为380MPa，延伸率为12％。
实施例3：
Al-Si-Zn系铝合金含有下述重量百分比的组分：0.8％的CeO2，8.0％的Si，4.0％的Zn，0.30％的Cu，0.05％的Cr，0.001％的Mg，0.001％的Mn，0.003％的Ti，以及不可避免的杂质，余量为铝。首先，通过向Al-Si合金中加入铝含量为99.9％的纯Al料和锌含量为99.9％的纯Zn料混合配制，在1200℃熔化浇注成合金板料。然后，将制备好的合金板料放入电阻炉中熔化，温度维持在1000℃，熔化后加入变质剂并搅拌，所述的变质剂由质量比为1：3的Al粉和CeO2粉末均匀混合而成，加入后在900℃保温，保温时间为40min，除渣后在900℃浇注到金属型中，金属型在浇注前预热至150℃。接着，将金属型在进行700℃进行固溶处理，保温10h，水冷，再在300℃进行时效处理，保温8h，最后空冷得到产品。所得到的Al-Si-Zn系铝合金产品的常温抗拉强度为350MPa，延伸率为12％。
对比例1：
将组成成分相同的Al-Si-Zn系铝合金，在熔化浇注成合金板料后，将制备好的合金板料放入电阻炉中熔化，温度维持在800℃，熔化后加入含有铝钪中间合金的变质剂并搅拌，保温，除渣后浇注。接着，进行固溶处理和时效处理，最后空冷得到产品。所得到的铝合金产品的常温抗拉强度仅为200～250MPa，延伸率仅为6～8％。
对比例2：
将组成成分相同的Al-Si-Zn系铝合金，在熔化浇注成合金板料后，将制备好的合金板料放入电阻炉中熔化，温度维持在800℃，熔化后加入变质剂并搅拌，保温，除渣后浇注，而不再进行最终热处理。所得到的铝合金产品的常温抗拉强度只达到了100～150MPa，延伸率仅为5～8％。
由实施例1-3和对比例1和2可以看出，通过利用根据本发明实施例的一种高强度Al-Si-Zn系铝合金的处理方法，选择特定的稀土氧化物CeO2并严格控制其含量，结合热处理工艺步骤及参数，可以明显改善Al-Si-Zn系铝合金的拉伸性能，并显著提高合金的抗拉强度和延伸率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种高强度Al-Si-Zn系铝合金的处理方法，其特征是：所述Al-Si-Zn系铝合金含有下述重量百分比的组分：0.1～1.0％的CeO2，6.0～8.0％的Si，3.0～5.0％的Zn，0.10～0.30％的Cu，0.01～0.1％的Cr，0.001～0.005％的Mg，0.001～0.005％的Mn，0.001～0.005％的Ti，以及不可避免的杂质，余量为铝，所述的处理方法由合金制备步骤、变质处理步骤和最终热处理步骤所组成；具体为，
合金制备步骤：首先通过向Al-Si合金中加入纯Al料和纯Zn料混合配制，熔化浇注成合金板料；变质处理步骤：将制备好的合金板料放入电阻炉中熔化，加入变质剂并搅拌、保温，除渣后浇注到金属型中，所述的金属型在浇注前进行预热；最终热处理步骤：将金属型在进行固溶处理，保温后水冷，再进行时效处理，保温后空冷得到产品。
2.如权利要求1所述的一种高强度Al-Si-Zn系铝合金的处理方法，其特征在于：所述合金制备步骤中，通过向Al-Si合金中加入铝含量为99.9％的纯Al料和锌含量为99.9％的纯Zn料混合配制，在1000～1200℃熔化浇注成合金板料。
3.如权利要求1所述的一种高强度Al-Si-Zn系铝合金的处理方法，其特征在于：所述变质处理步骤中，将制备好的合金板料放入电阻炉中熔化，温度维持在800～1000℃，熔化后加入变质剂并搅拌，所述的变质剂由质量比为1：2～4的Al粉和CeO2粉末均匀混合而成，加入后在800～900℃保温，保温时间为30～40min，除渣后在800～900℃浇注到金属型中，所述的金属型在浇注前预热至100～150℃。
4.如权利要求1所述的一种高强度Al-Si-Zn系铝合金的处理方法，其特征在于：所述最终热处理步骤中，将所述的金属型在进行600～700℃进行固溶处理，保温8～10h，水冷，再在200～300℃进行时效处理，保温6～8h，最后空冷得到产品。
5.如权利要求1所述的一种高强度Al-Si-Zn系铝合金的处理方法，其特征在于：最终热处理后所得到的Al-Si-Zn系铝合金产品的常温抗拉强度为320～380MPa，延伸率为10～12％。
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