CN104694788A - 一种含镍高强度铝合金材料及其处理工艺 - Google Patents

一种含镍高强度铝合金材料及其处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含镍高强度铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：硼：0.25-0.27%，碳：0.17-0.19%，镁：0.55-0.59%，硅：1.77-1.85%，钙：1.32-1.34%，钛：0.94-0.96%，铬：8.35-8.55%，锰：2.75-2.95%；镍：7.66-7.68%，铜：4.5-4.7%，锌：2.1-2.3%，锗：0.58-0.62%，锆：0.09-0.11%，钼：0.75-0.79%，银：0.23-0.25%，钨：0.07-0.13%，复合稀土：4.85-4.89%，其余为铝及不可避免杂质；本发明还公开了一种含镍高强度铝合金材料及其处理工艺；本发明产品强度高，韧性好，耐腐蚀耐高温，不易变形、老化，使用寿命长。

Description

一种含镍高强度铝合金材料及其处理工艺
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，涉及一种含镍高强度铝合金材料及其处理工艺。
背景技术
铝合金是以铝为基体元素的合金组成，主要包括的合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，还包括镍、铁、钛、铬、锂等合金元素。铝合金的密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，是在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中应用最广泛的一类有色金属材料，其使用量仅次于钢。
通常，屈服强度在500MPa 以上的铝合金被称为超高强度铝合金，它们是以AL-Zn-Mg-Cu系和Al-Zn-Mg 系为主的可热处理强化的铝合金。自上世纪中叶以来，为了提高Al-Zn-Mg 系铝合金的力学性能，并解决高锌、高镁铝合金中严重存在的应力腐蚀问题，国外在该类铝合金中添加Cu、Cr、Mn 等元素，由此产生了一系列的新型AL-Zn-Mg-Cu 超硬铝合金。它由于具有高的比强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、高断裂韧度，以及高抗应力腐蚀能力等优点而广泛应用于航空航天领域，并成为这个领域中重要的材料之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种含镍高强度铝合金材料及其处理工艺，本发明产品强度高，韧性好，耐腐蚀耐高温，不易变形、老化，使用寿命长。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种含镍高强度铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.25-0.27%，碳：0.17-0.19%，镁：0.55-0.59%，硅：1.77-1.85%，钙：1.32-1.34%，钛：0.94-0.96%，铬：8.35-8.55%，锰：2.75-2.95%；镍：7.66-7.68%，铜：4.5-4.7%，锌：2.1-2.3%，锗：0.58-0.62%，锆：0.09-0.11%，钼：0.75-0.79%，银：0.23-0.25%，钨：0.07-0.13%，复合稀土：4.85-4.89%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：28-34%，铈：15-17%，镨：5-9%，钕：4-6%，钐：11-13%，其余为钆。
本发明进一步限定的技术方案是：
本发明提供一种含镍高强度铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.25%，碳：0.17%，镁：0.55%，硅：1.77%，钙：1.32%，钛：0.94%，铬：8.35%，锰：2.75%；镍：7.66%，铜：4.5%，锌：2.1%，锗：0.58%，锆：0.09%，钼：0.75%，银：0.23%，钨：0.07%，复合稀土：4.85%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：28%，铈：15%，镨：5%，钕：4%，钐：11%，其余为钆。
本发明提供一种含镍高强度铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.27%，碳：0.19%，镁：0.59%，硅：1.85%，钙：1.34%，钛：0.96%，铬：8.55%，锰：2.95%；镍：7.68%，铜：4.7%，锌：2.3%，锗：0.62%，锆：0.11%，钼：0.79%，银：0.25%，钨：0.13%，复合稀土：4.89%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：34%，铈：17%，镨：9%，钕：6%，钐：13%，其余为钆。
本发明提供一种含镍高强度铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.26%，碳：0.18%，镁：0.57%，硅：1.81%，钙：1.33%，钛：0.95%，铬：8.45%，锰：2.85%；镍：7.67%，铜：4.6%，锌：2.2%，锗：0.60%，锆：0.10%，钼：0.77%，银：0.24%，钨：0.10%，复合稀土：4.87%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：31%，铈：16%，镨：7%，钕：5%，钐：12%，其余为钆。
本发明中镍的含量达到7.67%时，可以大大提高金属的强度、韧性、耐热性、防腐性、抗酸性、导磁性等，增加金属的淬透性及硬度。
进一步的，
本发明还提供一种含镍高强度铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：
步骤（1）：按照配比率精确计算，将原辅材料：纯铝锭、金属锰、电解铜以及纯镁和硅铝、锌片、钛剂加入锅炉中进行熔炼，融化温度为700-720℃，保持20-40min，然后炉温保持在580-600℃，按照配比放入复合稀土，保温15-20min；
步骤（2）：由LF炉进行精炼，将炉温控制在680-700℃，时间保持在20-30min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为22-24L/min，氩气压力为0.3-0.5MPa；
步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素硼、碳、钙、铬、镍、锗、锆、钼、银和钨，全程吹氮气搅拌，温度为610-630℃，保温18-24min；
步骤（4）：在560-580℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在180-220℃，保温时间为15-17h，然后用油冷以7-9℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。
本发明的有益效果是：
本发明铝合金中加入以下微量元素，其中，硅：能增加金属的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数等，冶炼中的脱氧剂能增加金属的过热和脱碳敏感性；锰：能提高金属的强度和硬度及耐磨性，冶炼时的脱氧剂和脱硫剂；铬：能增加金属的机械性能和耐磨性，可增大金属的淬火度和淬火后的变形能力，同时又可增加金属的硬度、弹性、抗磁力和抗强力，增加金属的耐蚀性和耐热性等；镍：可以提高金属的强度、韧性、耐热性、防腐性、抗酸性、导磁性等，增加金属的淬透性及硬度；钛：可防止和减少金属中气泡的产生，提高金属的硬度、细化晶粒、降低金属的时效敏感性、冷脆性和腐蚀性；铜：可提高金属的退火硬度，降低成本，提高耐大气腐蚀的性能；钨：可提高金属的蠕变强度，又是金属中碳化物的强促进剂，并使其具有回火稳定性和高温强度；钼：可增加金属的强度又不致降低金属的可塑性和韧性，同时又能使金属在高温下具有足够的强度，能改善金属的冷脆性和耐磨性等；稀土：是很好的脱氧、脱硫剂，能消除或见减弱金属中许多有害元素的影响，改善金属的质量，可改善金属的热加工性能，提高其塑性及韧性；硼：能成倍地增加淬火性，增加金属的硬度和抗张力，改善金属的焊接性能等。
本发明产品强度高，韧性好，耐腐蚀耐高温，不易变形、老化，使用寿命长。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种含镍高强度铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.25%，碳：0.17%，镁：0.55%，硅：1.77%，钙：1.32%，钛：0.94%，铬：8.35%，锰：2.75%；镍：7.66%，铜：4.5%，锌：2.1%，锗：0.58%，锆：0.09%，钼：0.75%，银：0.23%，钨：0.07%，复合稀土：4.85%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：28%，铈：15%，镨：5%，钕：4%，钐：11%，其余为钆。
本实施例还提供一种含镍高强度铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：
步骤（1）：按照配比率精确计算，将原辅材料：纯铝锭、金属锰、电解铜以及纯镁和硅铝、锌片、钛剂加入锅炉中进行熔炼，融化温度为700℃，保持40min，然后炉温保持在580℃，按照配比放入复合稀土，保温20min；
步骤（2）：由LF炉进行精炼，将炉温控制在680℃，时间保持在30min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为22L/min，氩气压力为0.3MPa；
步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素硼、碳、钙、铬、镍、锗、锆、钼、银和钨，全程吹氮气搅拌，温度为610℃，保温24min；
步骤（4）：在560℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在180℃，保温时间为17h，然后用油冷以7℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。
实施例2
本实施例提供一种含镍高强度铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.27%，碳：0.19%，镁：0.59%，硅：1.85%，钙：1.34%，钛：0.96%，铬：8.55%，锰：2.95%；镍：7.68%，铜：4.7%，锌：2.3%，锗：0.62%，锆：0.11%，钼：0.79%，银：0.25%，钨：0.13%，复合稀土：4.89%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：34%，铈：17%，镨：9%，钕：6%，钐：13%，其余为钆。
本实施例还提供一种含镍高强度铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：
步骤（1）：按照配比率精确计算，将原辅材料：纯铝锭、金属锰、电解铜以及纯镁和硅铝、锌片、钛剂加入锅炉中进行熔炼，融化温度为720℃，保持20min，然后炉温保持在600℃，按照配比放入复合稀土，保温15min；
步骤（2）：由LF炉进行精炼，将炉温控制在700℃，时间保持在20min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为24L/min，氩气压力为0.5MPa；
步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素硼、碳、钙、铬、镍、锗、锆、钼、银和钨，全程吹氮气搅拌，温度为630℃，保温18min；
步骤（4）：在580℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在220℃，保温时间为15h，然后用油冷以9℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。
实施例3
本实施例提供一种含镍高强度铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.26%，碳：0.18%，镁：0.57%，硅：1.81%，钙：1.33%，钛：0.95%，铬：8.45%，锰：2.85%；镍：7.67%，铜：4.6%，锌：2.2%，锗：0.60%，锆：0.10%，钼：0.77%，银：0.24%，钨：0.10%，复合稀土：4.87%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：31%，铈：16%，镨：7%，钕：5%，钐：12%，其余为钆。
本实施例还提供一种含镍高强度铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：
步骤（1）：按照配比率精确计算，将原辅材料：纯铝锭、金属锰、电解铜以及纯镁和硅铝、锌片、钛剂加入锅炉中进行熔炼，融化温度为710℃，保持30min，然后炉温保持在590℃，按照配比放入复合稀土，保温18min；
步骤（2）：由LF炉进行精炼，将炉温控制在690℃，时间保持在25min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为23L/min，氩气压力为0.4MPa；
步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素硼、碳、钙、铬、镍、锗、锆、钼、银和钨，全程吹氮气搅拌，温度为620℃，保温21min；
步骤（4）：在570℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在200℃，保温时间为16h，然后用油冷以8℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含镍高强度铝合金材料，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.25-0.27%，碳：0.17-0.19%，镁：0.55-0.59%，硅：1.77-1.85%，钙：1.32-1.34%，钛：0.94-0.96%，铬：8.35-8.55%，锰：2.75-2.95%；镍：7.66-7.68%，铜：4.5-4.7%，锌：2.1-2.3%，锗：0.58-0.62%，锆：0.09-0.11%，钼：0.75-0.79%，银：0.23-0.25%，钨：0.07-0.13%，复合稀土：4.85-4.89%，其余为铝及不可避免杂质；
所述复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：28-34%，铈：15-17%，镨：5-9%，钕：4-6%，钐：11-13%，其余为钆。
2.根据权利要求1所述的含镍高强度铝合金材料，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.25%，碳：0.17%，镁：0.55%，硅：1.77%，钙：1.32%，钛：0.94%，铬：8.35%，锰：2.75%；镍：7.66%，铜：4.5%，锌：2.1%，锗：0.58%，锆：0.09%，钼：0.75%，银：0.23%，钨：0.07%，复合稀土：4.85%，其余为铝及不可避免杂质；
所述复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：28%，铈：15%，镨：5%，钕：4%，钐：11%，其余为钆。
3.根据权利要求1所述的含镍高强度铝合金材料，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.27%，碳：0.19%，镁：0.59%，硅：1.85%，钙：1.34%，钛：0.96%，铬：8.55%，锰：2.95%；镍：7.68%，铜：4.7%，锌：2.3%，锗：0.62%，锆：0.11%，钼：0.79%，银：0.25%，钨：0.13%，复合稀土：4.89%，其余为铝及不可避免杂质；
所述复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：34%，铈：17%，镨：9%，钕：6%，钐：13%，其余为钆。
4.根据权利要求1所述的含镍高强度铝合金材料，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：
硼：0.26%，碳：0.18%，镁：0.57%，硅：1.81%，钙：1.33%，钛：0.95%，铬：8.45%，锰：2.85%；镍：7.67%，铜：4.6%，锌：2.2%，锗：0.60%，锆：0.10%，钼：0.77%，银：0.24%，钨：0.10%，复合稀土：4.87%，其余为铝及不可避免杂质；
所述复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：31%，铈：16%，镨：7%，钕：5%，钐：12%，其余为钆。
5.基于权利要求1-4任一权利要求所述的含镍高强度铝合金材料的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤（1）：按照配比率精确计算，将原辅材料：纯铝锭、金属锰、电解铜以及纯镁和硅铝、锌片、钛剂加入锅炉中进行熔炼，融化温度为700-720℃，保持20-40min，然后炉温保持在580-600℃，按照配比放入复合稀土，保温15-20min；
步骤（2）：由LF炉进行精炼，将炉温控制在680-700℃，时间保持在20-30min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为22-24L/min，氩气压力为0.3-0.5MPa；
步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素硼、碳、钙、铬、镍、锗、锆、钼、银和钨，全程吹氮气搅拌，温度为610-630℃，保温18-24min；
步骤（4）：在560-580℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在180-220℃，保温时间为15-17h，然后用油冷以7-9℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。
6.根据权利要求5所述的含镍高强度铝合金材料的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤（1）：按照配比率精确计算，将原辅材料：纯铝锭、金属锰、电解铜以及纯镁和硅铝、锌片、钛剂加入锅炉中进行熔炼，融化温度为700℃，保持40min，然后炉温保持在580℃，按照配比放入复合稀土，保温20min；
步骤（2）：由LF炉进行精炼，将炉温控制在680℃，时间保持在30min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为22L/min，氩气压力为0.3MPa；
步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素硼、碳、钙、铬、镍、锗、锆、钼、银和钨，全程吹氮气搅拌，温度为610℃，保温24min；
步骤（4）：在560℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在180℃，保温时间为17h，然后用油冷以7℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。
7.根据权利要求5所述的含镍高强度铝合金材料的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤（1）：按照配比率精确计算，将原辅材料：纯铝锭、金属锰、电解铜以及纯镁和硅铝、锌片、钛剂加入锅炉中进行熔炼，融化温度为720℃，保持20min，然后炉温保持在600℃，按照配比放入复合稀土，保温15min；
步骤（2）：由LF炉进行精炼，将炉温控制在700℃，时间保持在20min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为24L/min，氩气压力为0.5MPa；
步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素硼、碳、钙、铬、镍、锗、锆、钼、银和钨，全程吹氮气搅拌，温度为630℃，保温18min；
步骤（4）：在580℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在220℃，保温时间为15h，然后用油冷以9℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。
8.根据权利要求5所述的含镍高强度铝合金材料的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤（1）：按照配比率精确计算，将原辅材料：纯铝锭、金属锰、电解铜以及纯镁和硅铝、锌片、钛剂加入锅炉中进行熔炼，融化温度为710℃，保持30min，然后炉温保持在590℃，按照配比放入复合稀土，保温18min；
步骤（2）：由LF炉进行精炼，将炉温控制在690℃，时间保持在25min，全程吹氩气搅拌，控制氩气流量为23L/min，氩气压力为0.4MPa；
步骤（3）：拨开浮渣，加入微量元素硼、碳、钙、铬、镍、锗、锆、钼、银和钨，全程吹氮气搅拌，温度为620℃，保温21min；
步骤（4）：在570℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在200℃，保温时间为16h，然后用油冷以8℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。
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