CN104878227B

CN104878227B - 高强铸造铝合金的制备方法

Info

Publication number: CN104878227B
Application number: CN201510274018.5A
Authority: CN
Inventors: 徐永东; 邵志文; 朱秀荣; 王军; 王荣; 郭红燕
Original assignee: Chinese Academy of Ordnance Science Ningbo Branch
Current assignee: Chinese Academy of Ordnance Science Ningbo Branch
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2035-05-26
Also published as: CN104878227A

Abstract

一种高强铸造铝合金的制备方法其特征在于该铝合金包括如下组分：Al、Zn、Ni、Mg、Cu、Mn、Cr等，该合金通过如下步骤制得：合金配置与熔化；旋转喷吹处理；加入纳米陶瓷颗粒；超声处理；熔体浇铸；固溶处理；时效处理。与现有技术相比，本发明的优点在于：所制备的高强铸造铝合金具有均匀的微观组织、良好的强韧性匹配；采用纳米颗粒改性和功率超声处理，解决了铝合金铸造时凝固第二相粗大、分布不均的问题。

Description

高强铸造铝合金的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金的制备方法，属于铝合金技术领域。

背景技术

近年来，随着科技的发展，在需求牵引和技术推动的共同作用下，我国陆续完成了多种装备的技术更新和升级换代，取得显著的效益，新材料在其中作用尤其关键。

铸造铝合金具有良好的比强度和铸造性能，被广泛地应用于航空、航天、兵器、造船、汽车、轨道交通、仪表、化工及电器等工业领域。Al-Si、Al-Mg、Al-Cu等铸造系铝合金根据力学性能和工艺特点，在普通零部件和各种关键高性能复杂铸造零部件的制造成形起到了关键作用。

新一代装备的研制对铸造铝合金的力学性能和铸件品质提出了更高的要求。高功率密度发动机部件、大推力涡扇发动机传动部件和其他一些薄壁复杂结构件等等，随着结构件设计技术指标的提升，对铸造铝合金材料性能有了更高的要求。

为此，研究人员作了诸多努力和研究，如申请号为201110243420.9的中国发明专利申请公开《一种高强度铸造铝合金》(公开号为CN102296211A)；又如申请号为201310113941.1的中国发明专利申请公开《一种高强韧重力铸造铝硅合金及其制备方法》(公开号为CN104099496A)；还可以参考申请号为201310055422.4的中国发明专利申请公开《一种航空航天用铝合金铆钉线材及其制造方法》(公开号为CN103114229A)。

现有技术主要从组分组成及其配比结合工艺上的改进来提高铸造铝合金各项性能，但在如何提高铸造铝合金微观组织均匀性上还没有找到有效的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种可获得微观组织细小均匀且具有良好强韧性的高强铸造铝合金的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高强铸造铝合金的制备方法，其特征在于该铝合金包括如下组分及其重量百分比：

其余为Al；

该合金通过如下步骤制得：

合金配置与熔化，将合金按上述成分要求配置并熔化，得到熔体，熔体熔化后在710℃～730℃保温；

旋转喷吹处理，采用旋转喷吹方法处理合金熔体，处理时间10～30min；

加入纳米陶瓷颗粒，添加占总铝合金重量百分比0.2％～1.0％的纳米陶瓷颗粒；

超声处理，采用200W/20kHz～1000W/20kHz的功率超声对熔体进行超声处理，超声处理时间为1～3min，超声处理温度为680℃～720℃；

熔体浇铸，在690℃～720℃完成熔体的浇铸；

固溶处理，将浇铸成型的合金锭坯或铸件进行固溶处理，采用双级固溶处理，双级固溶处理条件如下：一级455℃～465℃下处理时间4h～6h，二级480℃～500℃下处理时间1h～3h，保温后放入水中淬火冷却；

时效处理：将淬火后的合金进行时效处理，采用双级时效处理，双级时效处理条件如下：一级120℃～130℃下处理4h～6h，二级135℃～145℃下处理时间2h～4h，取出后空冷。

步骤中所述的纳米陶瓷颗粒可以是TiC、TiN、SiC中的至少一种，并且，所述纳米陶瓷颗粒粒度为50-200nm。

步骤中浇铸可以是重力铸造、低压铸造或挤压铸造。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)所制备的高强铸造铝合金具有均匀的微观组织、良好的强韧性匹配；

2)采用纳米颗粒改性和功率超声处理，解决了铝合金铸造时凝固第二相粗大、分布不均的问题；

3)由于在熔炼细化和铸造过程中采取有效的措施对组织进行改善，可降低固溶处理过程中的合金固溶处理温度或减少高温固溶处理保温时间，有利于减少过烧倾向，降低能耗和提高产量。

附图说明

图1为实施例1所制备的高强铸造铝合金典型微观组织显微照片。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1，铝合金组分及其重量配比：5.00％Zn，4.00％Ni，1.50％Mg，2.80％Cu，0.20％Mn，0.15％Cr，其余为Al，合金制备步骤如下：

按成分要求配置合金30kg，熔化后在720℃保温；

采用旋转喷吹方法处理合金熔体，处理10min；

加入重量百分比0.2％的TiC纳米陶瓷颗粒,纳米陶瓷颗粒的粒度分布范围为50-200nm；

熔体进行功率超声处理，超声功率为500W，熔体处理温度为680℃，处理时间为3min；

在720℃采用挤压铸造方法浇铸；

将浇铸的铸态合金进行固溶处理，具体为465℃/6h+500℃/3h，最后水淬冷却；

将固溶处理后的合金进行时效处理，具体为120℃/4h+140℃/2h，取出后空冷。

结合图1所示，所制备的合金抗拉强度565MPa，伸长率3.2％，铝合金具有均匀的微观组织、良好的强韧性匹配。

实施例2，铝合金组分及其重量配比：7.00％Zn，4.50％Ni，1.50％Mg，1.40％Cu，0.20％Mn，0.15％Cr，0.02％Sc其余为Al，合金制备步骤如下：按成分要求配置合金100kg，熔化后在690℃保温；

采用旋转喷吹方法处理合金熔体，处理30min；

加入重量百分比0.6％的TiC纳米陶瓷颗粒,纳米陶瓷颗粒的粒度分布范围为50-200nm；

熔体进行功率超声处理，超声功率为800W，熔体处理温度为700℃，处理时间为3min；

在700℃采用重力砂型铸造方法浇铸成形；

将固溶处理后的合金进行时效处理，具体为130℃/4h+140℃/2h，取出后空冷。

所制备的合金抗拉强度558MPa，伸长率2.5％，铝合金具有均匀的微观组织、良好的强韧性匹配。

实施例3，铝合金组分及其重量配比：6.00％Zn，4.50％Ni，2.40％Mg，1.80％Cu，0.20％Mn，0.15％Cr，其余为Al，合金制备步骤如下：

按成分要求配置合金300kg，熔化后在690℃保温；

采用旋转喷吹方法处理合金熔体，处理30min；

熔体进行功率超声处理，超声功率为1000W，熔体处理温度为700℃，处理时间为3min；

在700℃采用低压铸造方法浇铸；

将固溶处理后的合金进行时效处理，具体为125℃/4h+145℃/2h，取出后空冷。

所制备的合金抗拉强度572MPa，延伸率2.9％，铝合金具有均匀的微观组织、良好的强韧性匹配。

Claims

1.一种高强铸造铝合金的制备方法，其特征在于该铝合金包括如下组分及其重量百分比：

Zn 5.00％～7.50％；

Ni 3.00％～6.50％；

Mg 1.40％～2.40％；

Cu 0～2.80％；

Mn 0.20％～0.45％；

Cr 0.15％～0.25％；

Sc 0～0.03％；

其余为Al；

该合金通过如下步骤制得：

①合金配置与熔化，将合金按上述成分要求配置并熔化，得到熔体，熔体熔化后在710℃～730℃保温；

②旋转喷吹处理，采用旋转喷吹方法处理合金熔体，处理时间10～30min；

③加入纳米陶瓷颗粒，添加占总铝合金重量百分比0.2％～1.0％的纳米陶瓷颗粒；

④超声处理，采用200W/20kHz～1000W/20kHz的功率超声对熔体进行超声处理，超声处理时间为1～3min，超声处理温度为680℃～720℃；

⑤熔体浇铸，在690℃～720℃完成熔体的浇铸；

⑥固溶处理，将浇铸成型的合金锭坯或铸件进行固溶处理，采用双级固溶处理，双级固溶处理条件如下：一级455℃～465℃下处理时间4h～6h，二级480℃～500℃下处理时间1h～3h，保温后放入水中淬火冷却；

⑦时效处理：将淬火后的合金进行时效处理，采用双级时效处理，双级时效处理条件如下：一级120℃～130℃下处理4h～6h，二级135℃～145℃下处理时间2h～4h，取出后空冷；

步骤③中所述的纳米陶瓷颗粒为TiC、TiN、SiC中的至少一种，并且，所述纳米陶瓷颗粒粒度为50-200nm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤⑤中浇铸为重力铸造、低压铸造或挤压铸造。