CN104593641A

CN104593641A - 一种新型高强度铁铝合金锻造材料

Info

Publication number: CN104593641A
Application number: CN201410222981.4A
Authority: CN
Inventors: 周东平
Original assignee: WUXI GANFENG FORGING CO Ltd
Current assignee: WUXI GANFENG FORGING CO Ltd
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-05-06

Abstract

本发明涉及一种新型高强度铁铝合金锻造材料，其以质量％计含有2-8.2％的Ni、0.6-1.9％的Si、0.02-0.35％的Zr、0.03-0.55％Al和0.001-0.05％的C。本发明可用于包括树脂注射成型材料的锻造成形品等，并可提供高硬度、高强度、高延展性和高热导率的性能。

Description

一种新型高强度铁铝合金锻造材料

技术领域

本发明涉及机械行业，具体涉及一种适用于的锻造成形品方面用的高强度铁铝合金锻造材料，所述锻造成形品包括树脂注射成型材料。

背景技术

作为导电性和导热性优异的合金，目前一般企业所使用的铜合金如黄铜(Cu-Zn基)、青铜(Cu-Sn基)、Be铜和Corson合金(Cu-Ni-Si基)。特别地，Be铜、Corson合金等已被广泛应用于制造飞机的部件等方面。但在实际应用中，对强度、硬度以及导热的树脂注射成型材料等提出就更高的要求。然而，上述Be铜具有在其熔化或加工时产生的粉尘有毒的担忧，因此需要其替代物。另外，对于Corson合金，需要更高的导热性、更高的强度和更高的硬度。此外，通常，在Cu合金中，在锻造或热处理时容易产生裂纹，因此除了热加工性之外，还需要进一步提高延展性。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种高强度铁铝合金锻造材料，所述材料可用于包括树脂注射成型材料的锻造成形品等，并可提供高硬度、高强度、高延展性和高热导率的性能。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所述的一种新型高强度铁铝合金锻造材料，其以质量％计含有2-8.2％的Ni、0.6-1.9％的Si、0.02-0.35％的Zr、0.03-0.55％Al和0.001-0.05％的C。

其以质量％计含有2-8.2％的Ni、0.6-1.9％的Si、0.02-0.35％的Zr、0.03-0.35％Al和0.002-0.05％的C。

其以质量％计含有2-8.2％的Ni、0.6-1.9％的Si、0.02-0.35％的Zr、0.03-0.55％Al和0.001-0.05％的C，且还含有总计为1.5％以下的Cr、Mn和Zn中的一种或两种以上。

其具有750MPa以上的0.3％屈服强度、6％以上的延伸长率以及20％IACS以上的导电率。

在本发明中，含有适量的Zr，所述Zr具有抑制Ni₂Si在晶粒间界处的析出以提高延展性的效果。另外，还在其中含有适量的C，所述C具有增加细析出物密度的效果并且还与Ni、Si和Zr形成化合物，这使得可以获得具有高硬度、高强度和高导热性的性能的材料。

有益效果：在本发明中，在加工和热处理期间在材料期间不易产生裂纹，并且可以获得具有高硬度、高强度和高热导率的性能的高强度铁铝合金锻造材料。

具体实施方式

下面对本发明中各成分组成限制的原因进行说明。下列成分的含量都以质量％计。此外，“质量％”和“重量％”具有相同的含义。

Ni：2-8.2％

Si：0.6-1.9％

Ni和Si通过进行老化处理形成主要由细Ni₂Si构成的金属间化合物的析出粒子，并且显著增加合金的强度。此外，伴随老化处理中Ni₂Si的析出，导电性提高，且热导率提高。然而，当Ni浓度低于3％且Si浓度低于0.7％时，不能获得期望的强度。此外，当Ni浓度超过7.2％且Si浓度超过1.8％时，在锻造时Ni₂Si、Ni₅Si₂等大量结晶或析出，从而导致在锻造或热处理时容易产生裂纹。另外，当Ni浓度超过7.3％时，导电率也降低，且热导率降低。考虑到生产率和性能的平衡，Ni浓度的下限优选为3.4％，且其上限优选为6.5％。Si浓度的下限优选为0.7％，且其上限优选为1.6％。本发明中Ni/Si比率优选为2.8-3.6。在背离这种比率的情况下，过量的Ni或Si固溶在基体中而降低热导率。

Zr：0.02-0.35％

Zr因为对硫的亲合性强所以与硫形成化合物，且降低作为引起加工裂纹(热加工裂纹)的原因的硫化物在晶粒间界处的偏析，从而改善加工性(热加工性)。另一方面，通过深入研究，发现通过含有Zr抑制Ni或Si的扩散而减少在晶粒间界处析出的Ni₂Si，从而改善老化处理后的延展性。为了获得这种效果，以0.02％以上的量含有Zr。然而，当以超过0.35％的量含有时，例如，生产率或性能因结晶材料如Zr氧化物和Ni₂SiZr的增加和凝集而劣化。因此，其上限为0.34％。考虑到生产率和性能的平衡，其下限优选为0.045％，且其上限优选为0.35％。

Al：0.03-0.55％

在整个锻造过程中，微量增加一点Al，可增强材料的可塑性，提高老化处理后的延展性和导电率。其下限优选为0.035％，且其上限优选为0.35％。

C：0.001-0.05％

C通过增加细析出物的密度而提高强度，并进一步与Ni、Si和Zr形成在Ni₂Si、Ni₂SiZr等中含有微量的C的化合物，从而提高硬度。为了获得这些效果，以0.002％以上的量含有C。然而，当以超过0.05％的量含有时硬度会大大下降。因此，其上限为0.05％。由于同样的理由，其下限优选为0.01％，且其上限优选为0.045％。

Cr、Mn和Zn：总计1.5％以下根据期望含有Cr、Mn和Zn中的至少一种。

Cr与Si形成金属间化合物，并且具有提高强度和使得晶粒微细化的效果。Mn因为对硫的亲合性强所以与硫形成化合物，并减少作为引起加工裂纹(热加工裂纹)的原因的硫化物在晶粒间界处的偏析，从而改善加工性(热加工性)。Zn通过固溶强化而提高强度。此外，当在溶解时可使用便宜的黄铜碎屑时，可降低制造成本。然而，当Cr、Mn和Zn的总量过量时，热导率降低。因此优选的是，Cr、Mn和Zn的总量为1.5％以下。优选为，Cr、Mn和Zn的总量为1％以下。此外，当含有Cr、Mn和Zn中的至少一种时，其总含量优选为0.1％以上。

本发明的高强度铁铝合金锻造材料具有上述金属组成，且余量由Fe和不可避免的杂质构成。

本发明的高强度铁铝合金锻造材料可通过普通的方法制造。

本发明使用的铁铝合金可通过普通的方法制成铸块。例如，可在真空气氛、惰性气氛、大气气氛等下熔化材料以获得铸块。气氛优选为真空气氛或惰性气氛。然而，例如，还可以在大气高频炉中将铜合金制成铸块。此外，可使用电渣重熔炉等进行二次熔化。还可以通过连续铸造方法获得板材。

根据需要对铁铝合金进行加工。在本发明中加工的内容没有特别限制，且即使当使用任何加工方法时，也可以获得本发明的性能。同时考虑到生产率，加工优选为热加工，且进一步优选为在600℃以上进行的热加工。然而，即使通过室温下的加工也可以获得与热加工类似的性能。另外，加工可以是热加工和冷加工的组合物。此外，作为加工，优选锻造，更优选热锻造。更加优选的是，在600℃以上实施热锻造，作为锻造方法，可使用已知方法如挤压、锤锻或轧制进行。

还可以在加工之后或在加工期间对被加工的铁铝合金材料进行固溶处理。固溶处理的条件包括例如在850-1000℃下保持1-10小时，然后在500℃以上的温度范围内以6℃/秒以上的冷却速率进行冷却，以将Ni和Si充分固溶。

在固溶处理之后或在加工之后，可以对被加工的铁铝合金材料进行老化处理。老化处理的条件包括例如在450-550℃下保持3-24小时。所得高强度铁铝合金材料具有诸如750MPa以上的0.2％屈服强度、5％以上的伸长率以及20％IACS以上的导电率的性能。

另外，本发明的高强度铁铝合金锻造材料具有作为锻造材料的优异性能。然而，在本发明的配方组成中，即使不进行上述加工，如锻造的铸造材料也可以提供良好的性能，如延展性等。

本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种新型高强度铁铝合金锻造材料，其特征在于：其以质量％计含有2-8.2％的Ni、0.6-1.9％的Si、0.02-0.35％的Zr、0.03-0.55％Al和0.001-0.05％的C。

2.根据权利要求1所述的新型高强度铁铝合金锻造材料，其特征在于：其以质量％计含有2-8.2％的Ni、0.6-1.9％的Si、0.02-0.35％的Zr、0.03-0.35％Al和0.002-0.05％的C。

3.根据权利要求1所述的新型高强度铁铝合金锻造材料，其特征在于：其以质量％计含有2-8.2％的Ni、0.6-1.9％的Si、0.02-0.35％的Zr、0.03-0.55％Al和0.001-0.05％的C，且还含有总计为1.5％以下的Cr、Mn和Zn中的一种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的新型高强度铁铝合金锻造材料，其特征在于：其具有750MPa以上的0.3％屈服强度、6％以上的延伸长率以及20％IACS以上的导电率。