CN107083505B - 一种耐热铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐热铝合金及其制备方法和应用，包含以下各元素，其质量分数百分比为0.1～1.6wt.％铁、0.2～2.3wt.％锰、2.1～3.9wt.％铜、1.3～3.2wt.％镍、1.2～3.6wt.％硼、1.2～4.6wt.％镁、5.2～8.9wt.％碳、11.3～19.6wt.％硅、9.2～12.3wt.％铬、余量为铝。(1)本发明所述耐热铝合金具有良好持久耐热性、强度高及高延展性；(2)所述铝合金克服了铜元素导致金属部件因受热开裂的风险，从而提高铸件的稳定性；(3)所述铝合金通过铁元素、锰元素和硼元素的协调作用，克服了减小延展性而提高耐热性的缺陷；(4)所述铝合金适用范围广，可用于重力‑硬模铸造、低压‑硬模铸造和砂型铸造。

Description

一种耐热铝合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于金属材料制造领域，涉及一种具有良好持久耐热性，且适用于制备具有高热和机械负荷的铸造部件的金属材料，具体为一种耐热铝合金及其制备方法和应用。
背景技术
现有技术中通常将硅铝合金用于受热要求高的铸造部件中，其耐热性的提高是通过掺入铜实现的。但是铜的添加会导致金属部件因受热开裂的风险，从而对铸件的稳定性产生消极作用。因而，在特别需要耐热性的应用场合，如：汽车结构体中的气缸头区域内，掺入铜的硅铝合金的使用受到限制。
目前为了更好地燃烧柴油并获得更高功率系数而对柴油发动机所作的进一步改进工作尤其会额外导致更高的爆炸压力并且结果使得在气缸曲轴箱上会施加一个脉冲式作用的机械载荷，这就对材料提出了最严苛的要求。除了要有较高的疲劳强度外，为了能用于制备气缸曲轴箱，材料的高温疲劳强度也是另一项前提。
美国专利US-A-3868250中公开了一种用于制备气缸头的耐热铝镁硅合金，该合金连同常规添加剂在内包含0.6～1.5％硅，2.5～11％镁，其中含有1～4.5％的游离镁，以及0.6～1.8％锰。
欧洲专利EP-A-1234893中公开了一种已知的铝镁硅型铸造合金，含有3.0～7.0％镁，1.7～3.0％硅，0.2～0.48％锰，0.15～0.35％铁，最大0.2％钛，任选还有0.1～0.4％镍以及作为剩余成分的铝和由于制备条件所限而有的分别最大为0.02％的杂质。并附有其他条件，即合金中镁和硅实质上以镁:硅重量比为1.7:1的比例存在，相应于含有固相铝和硅化铝的准二元共晶的组成。该合金适用于通过压铸、流变铸造和触融压铸制备汽车结构中的安全部件。
但是现有技术中的铝合金难以保证其强度和延展性，且耐热性不持久，难以满足热和机械要求的部件。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了获得一种具有良好持久耐热性、强度高及高延展性的铝合金部件，且保证该部件能够符合热和机械要求，可用于重力-硬模铸造、低压-硬模铸造和砂型铸造。
技术方案：一种耐热铝合金，包含以下各元素，其质量分数百分比为0.1～1.6wt.％铁、0.2～2.3wt.％锰、2.1～3.9wt.％铜、1.3～3.2wt.％镍、1.2～3.6wt.％硼、1.2～4.6wt.％镁、5.2～8.9wt.％碳、11.3～19.6wt.％硅、9.2～12.3wt.％铬、余量为铝。
优选的，镁元素的质量分数百分比为2.6～4.2wt.％。
优选的，碳元素的质量分数百分比为6.9～8.4wt.％。
优选的，硅元素的质量分数百分比为14.2～18.7wt.％。
优选的，铝元素与镁元素的质量比大于等于11.2。
优选的，铝元素与碳元素的质量比大于等于7.9。
优选的，铝元素与硅元素的质量比大于等于3.2。
一种耐热铝合金的制备方法，包含以下步骤：
(1)将上述元素的粉末放入混粉机内混合，然后置于260～300℃下保温9～12小时，再升温至450～480℃保温20～26小时；
(2)将步骤(1)热处理后的铸锭进行热轧，温度为420～465℃，保温时间为2.5～4.5小时，道次压下量为12～28％，热轧总变形量大于82％；
(3)将所得热轧板在280～320℃下进行中间退火，退火时间为1.5～3小时，然后进行冷轧，道次压下量为12～28％，冷轧总变形量为30～45％；
(4)将冷轧板在220～240℃下进行稳定化退火，退火时间为1.5～12小时。
所述耐热铝合金在汽车结构体中的气缸曲轴箱中的应用。
所述耐热铝合金在汽车结构体中的安全部件中的应用。
有益效果：(1)本发明所述耐热铝合金具有良好持久耐热性、强度高及高延展性；(2)所述铝合金克服了铜元素导致金属部件因受热开裂的风险，从而提高铸件的稳定性；(3)所述铝合金通过铁元素、锰元素和硼元素的协调作用，克服了减小延展性而提高耐热性的缺陷；(4)所述铝合金适用范围广，可用于重力-硬模铸造、低压-硬模铸造和砂型铸造。
具体实施方式
实施例1
一种耐热铝合金，包含以下各元素，其质量分数百分比为0.1wt.％铁、0.2wt.％锰、2.1wt.％铜、1.3wt.％镍、1.2wt.％硼、1.2wt.％镁、5.2wt.％碳、11.3wt.％硅、9.2wt.％铬、余量为铝。
一种耐热铝合金的制备方法，包含以下步骤：
(1)将上述元素的粉末放入混粉机内混合，然后置于260℃下保温9小时，再升温至450℃保温20小时；
(2)将步骤(1)热处理后的铸锭进行热轧，温度为420℃，保温时间为2.5小时，道次压下量为12％，热轧总变形量为84％；
(3)将所得热轧板在280℃下进行中间退火，退火时间为1.5小时，然后进行冷轧，道次压下量为12％，冷轧总变形量为30％；
(4)将冷轧板在220℃下进行稳定化退火，退火时间为1.5小时。
实施例2
一种耐热铝合金，包含以下各元素，其质量分数百分比为0.4wt.％铁、0.8wt.％锰、2.5wt.％铜、1.9wt.％镍、2.1wt.％硼、1.9wt.％镁、6.1wt.％碳、12.9wt.％硅、10.3wt.％铬、余量为铝。
一种耐热铝合金的制备方法，包含以下步骤：
(1)将上述元素的粉末放入混粉机内混合，然后置于275℃下保温10小时，再升温至460℃保温22小时；
(2)将步骤(1)热处理后的铸锭进行热轧，温度为430℃，保温时间为3小时，道次压下量为15％，热轧总变形量为86％；
(3)将所得热轧板在300℃下进行中间退火，退火时间为2小时，然后进行冷轧，道次压下量为16％，冷轧总变形量为38％；
(4)将冷轧板在225℃下进行稳定化退火，退火时间为5小时。
实施例3
一种耐热铝合金，包含以下各元素，其质量分数百分比为1.2wt.％铁、1.5wt.％锰、3.2wt.％铜、2.6wt.％镍、3.1wt.％硼、3.4wt.％镁、7.5wt.％碳、14.8wt.％硅、11.4wt.％铬、余量为铝。
一种耐热铝合金的制备方法，包含以下步骤：
(1)将上述元素的粉末放入混粉机内混合，然后置于285℃下保温11小时，再升温至470℃保温24小时；
(2)将步骤(1)热处理后的铸锭进行热轧，温度为445℃，保温时间为3.5小时，道次压下量为22％，热轧总变形量为88％；
(3)将所得热轧板在310℃下进行中间退火，退火时间为2.5小时，然后进行冷轧，道次压下量为22％，冷轧总变形量为40％；
(4)将冷轧板在230℃下进行稳定化退火，退火时间为8小时。
实施例4
一种耐热铝合金，包含以下各元素，其质量分数百分比为1.6wt.％铁、2.3wt.％锰、3.9wt.％铜、3.2wt.％镍、3.6wt.％硼、4.6wt.％镁、8.9wt.％碳、19.6wt.％硅、12.3wt.％铬、余量为铝。
一种耐热铝合金的制备方法，包含以下步骤：
(1)将上述元素的粉末放入混粉机内混合，然后置于300℃下保温12小时，再升温至480℃保温26小时；
(2)将步骤(1)热处理后的铸锭进行热轧，温度为465℃，保温时间为4.5小时，道次压下量为28％，热轧总变形量为90％；
(3)将所得热轧板在320℃下进行中间退火，退火时间为3小时，然后进行冷轧，道次压下量为28％，冷轧总变形量为45％；
(4)将冷轧板在240℃下进行稳定化退火，退火时间为12小时。
对实施例1～4制备获得的耐热铝合金进行检测，结果如下表所示：

Claims (1)

1. 一种耐热铝合金，其特征在于，包含以下各元素，其质量分数百分比为1.2wt.%铁、1.5wt.%锰、3.2wt.%铜、2.6 wt.%镍、3.1 wt.%硼、3.4 wt.%镁、7.5 wt.%碳、14.8 wt.%硅、11.4 wt.%铬、余量为铝；所述耐热铝合金由以下方法制得：（1）将上述元素的粉末放入混粉机内混合，然后置于285℃下保温11小时，再升温至470℃保温24小时；（2）将步骤（1）热处理后的粉末进行热轧，温度为445℃，保温时间为3.5小时，道次压下量为22%，热轧总变形量为88%；（3）将所得热轧板在310℃下进行中间退火，退火时间为2.5小时，然后进行冷轧，道次压下量为22%，冷轧总变形量为40%；（4）将冷轧板在230℃下进行稳定化退火，退火时间为8小时。
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EP2236637A2 (de) * 2009-04-03 2010-10-06 Technische Universität Clausthal Druckgusskörper aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Gusslegierung und Verfahren zu dessen Herstellung
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