CN107326310A - 一种Zr和Sr复合微合金化高强韧Al‑Si‑Cu系铸造铝合金的强韧化热处理方法 - Google Patents

一种Zr和Sr复合微合金化高强韧Al‑Si‑Cu系铸造铝合金的强韧化热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种Zr和Sr复合微合金化高强韧Al‑Si‑Cu系铸造铝合金的强韧化热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将铸造铝合金放入510~540℃ 高温固溶4h，然后在室温下进行水淬；（2）将固溶淬火后的合金放入170~190℃的温度下保温8~12h，最后取出空冷。本发明通过对Zr和Sr复合微合金化高强韧Al‑Si‑Cu系铸造铝合金进行固溶和时效热处理，可以获得较高的强度和韧性的铝合金。

Description

一种Zr和Sr复合微合金化高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金的强 韧化热处理方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金热处理技术，尤其是一种提高铸造铝合金强韧性的热处理方法，具体地说是一种综合利用固溶处理和时效处理来提高Zr和Sr复合微合金化高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金强韧性的热处理方法。
背景技术
Al-Si（-Cu）系铸造铝合金是当前在工业中应用最多的铸造铝合金材料，这类铝合金的牌号有如：国内的YL102（AlSi12）、YL112（AlSi8.5Cu3.5）、YL113（AlSi811Cu3），日本的ADC12（AlSi11Cu3）、ADC10（AlSi8.5Cu3.5）以及美国的A380（AlSi8.5Cu3.5）等，这些合金具有优良的铸造性能、较高的强度和良好的抗腐蚀性能，但是其塑性、韧性相对较低。
Al-Si（-Cu）系铸造铝合金的力学性能与其组织中第二相——硅相的形态、尺寸、分布紧密相关，细化Si相是降低其对基体Al的割裂是提高Al-Si（-Cu）系铸造铝合金性能的有效途径。锶（Sr）元素是铝合金中的一种很有效的长效变质剂，不仅可以有效细化Al-Si（-Cu）系铸造铝合金中的Si相，而且可以有效细化合金中的FeSiAl5等化合物相。锆（Zr）元素是一种与Al亲和力强的3d过渡族元素，加入到铝合金中，在合金凝固过程中锆（Zr）元素与Al形成A13Zr（熔点1580℃）等高熔点物相，对合金的后续凝固起到非均质形核作用，不仅细化合金铸态基体组织，而且促进细小等轴晶形成，提高液态合金的流动性和元素分布均匀性。因此，Zr和Sr复合微合金化可以在不降低合金铸造性能、强度、抗腐蚀性的同时，大幅提高合金的塑性和韧性。而针对某范围成分的铝合金，热处理可以进一步优化铝合金组织，通过调控固溶和时效处理工艺提高合金元素的固溶程度和时效强化相，进而提高合金的强度、韧性等性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种Zr和Sr复合微合金化高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金的强韧化热处理工艺。
本发明的技术方案是：
一种提高Zr和Sr复合微合金化高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金的强韧化热处理方法，其特征是它依次包括：（1）固溶处理和（2）时效处理；
所述的固溶处理是指对铝合金进行510℃ ~540℃ ×（3-5）h （最佳4小时）保温后室温水淬的固溶处理；
所述的时效处理是指将经过固溶处理的铝合金进行170℃~190℃ ×8~12h 保温后空冷的时效处理；
所述Zr和Sr复合微合金化高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金由以下方法制备：
（1）首先，将Al-Si中间合金熔化后升温至850±10℃，然后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金和纯Al；
（2）其次，待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温510 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸成锭，即可获得Zr和Sr复合微合金化的高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金。
本发明的有益效果：
（1） 本发明通过对经Zr和Sr复合微合金化后的Al-Si-Cu系铸造铝合金进行固溶时效处理，可以获得具有较高的硬度，强度及延伸率的的铝合金，达到强韧化的效果。
（2） 本发明所述方法工艺简单、对设备要求低、容易实现，具有很好的工程价值和应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
将实测质量分数为Al-8.03Si-2.08Cu-017Zr -0.026Sr 的铝合金铸锭，进行切割取样后，对合金进行510℃固溶处理，保温4 h 后进行室温水淬, 之后将固溶试样进行170℃时效处理，保温8h 后取出后空冷。对其硬度，室温抗拉强度，延伸率进行测量，并与未进行热处理的试样对比。
实验结果如下（表1）：
固溶-时效 铸态
硬度（HV） 82.85 70.05
强度（MPa） 247.462 218.456
延伸率（%） 12.431 9.059
实验结果表明，与原始铸态合金相比，经固溶处理（510℃×4h）-时效处理（170℃×8h）后的合金相比，硬度提高了18.27%，室温抗拉强度提高了13.28%，延伸率提高了37.22%。
实施例二
将实测质量分数为Al-7.94Si-1.97Cu-0.18Zr-0.033Sr 的铝合金铸锭，进行切割取样后，对合金进行530℃固溶处理，保温4 h 后进行室温水淬, 之后将固溶试样进行190℃时效处理，分别进行保温8h和12h 后取出后空冷。对其硬度，室温抗拉强度，延伸率进行测量，并与未进行热处理的试样对比。
实验结果如下（表1）：
固溶-时效（8h） 固溶-时效（12h） 铸态
硬度（HV） 83.775 89.95 72.35
强度（MPa） 245.779 250.764 215.728
延伸率（%） 14.549 13.516 9.324
实验结果表明，与原始铸态合金相比，经固溶处理（530℃×4h）-时效处理（190℃×8h）后的合金相比，硬度提高了15.79%，室温抗拉强度提高了13.93%，延伸率提高了56.04%。而进行固溶处理（530℃×4h）-时效处理（190℃×12h）后的合金性能相对经固溶处理（530℃×4h）-时效处理（190℃×8h）后的合金相近似。
实施例三
将实测质量分数为Al-8.17Si-2.0Cu-0.5Zn-0.17Zr-0.0429Sr 的铝合金铸锭，进行切割取样后，对合金进行540℃固溶处理，保温4 h 后进行室温水淬, 之后将固溶试样进行190℃时效处理，保温12h 后取出后空冷。对其硬度，室温抗拉强度，延伸率进行测量，并与未进行热处理的试样对比。
实验结果如下（表1）：
固溶-时效 铸态
硬度（HV） 85.65 79.7
强度（MPa） 263.293 228.764
延伸率（%） 11.02 9.382
实验结果表明，与原始铸态合金相比，经固溶处理（540℃×4h）-时效处理（190℃×12h）后的合金相比，硬度提高了7.47%，室温抗拉强度提高了15.09%，延伸率提高了17.46%。
实施例四。
将实测质量分数为Al-8.17Si-2.0Cu-0.5Zn-0.17Zr-0.0429Sr 的铝合金铸锭，进行切割取样后，对合金进行540℃固溶处理，保温4 h 后进行室温水淬, 之后将固溶试样进行180℃时效处理，保温10h 后取出后空冷。对其硬度，室温抗拉强度，延伸率进行测量，并与未进行热处理的试样对比。
实验结果如下（表1）：
固溶-时效 铸态
硬度（HV） 85.35 79.7
强度（MPa） 263.093 228.764
延伸率（%） 11.01 9.382
实验结果表明，与原始铸态合金相比，经固溶处理（540℃×4h）-时效处理（180℃×10h）后的合金相比，硬度提高了7.09%，室温抗拉强度提高了15.01%，延伸率提高了17.35%。
实施例五。
本实施例与实施例一的区别是固溶处理后的保温时间为3小时，其余与实施例一相同，实验结果与实施例相仿，将保温时间改为5小时后的实验结果与实施例一也相近似。
实施例六。
本实施例与实施例二的区别是固溶处理后的保温时间为3小时，其余与实施例二相同，实验结果与实施例相仿，将保温时间改为5小时后的实验结果与实施例二也相近似。
实施例七。
本实施例与实施例三的区别是固溶处理后的保温时间为3小时，其余与实施例三相同，实验结果与实施例相仿，将保温时间改为5小时后的实验结果与实施例三也相近似。
实施例一至四的铝合金铸锭的制备方法 是：
首先，根据最终成品的各组份的含量和中间合金的含量计算出各组份的重量，其中Al-Si中间合金中Si的质量百分比以10.21%计，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比以50.12%计，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比以4.11%计，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比以9.89%计；
其次，将Al-Si中间合金熔化后升温至850±10℃，然后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金和纯Al；
第三，待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温510 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸成锭，即可获得Zr和Sr复合微合金化的高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种Zr和Sr复合微合金化高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金的强韧化热处理方法，其特征是它依次包括：（1）固溶处理；（2）时效处理；
所述的固溶处理是指对铝合金进行510℃~540℃ ×（3-5）h 保温后室温水淬的固溶处理；
所述的时效处理是指将经过固溶处理的铝合金进行170℃~190℃ ×8~12h 保温后空冷的时效处理。
2.根据权利要求1所述的Zr和Sr复合微合金化Al-Si-Cu系铸造铝合金的强韧化热处理方法，其特征在于，所述铝合金由以下方法制备：
首先，将Al-Si中间合金熔化后升温至850±10℃，然后依次加入Al-Cu中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金和纯Al；
其次，待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温510 min后去渣并浇入预热至300±10℃的金属模具中浇铸成锭，即可获得Zr和Sr复合微合金化的高强韧Al-Si-Cu系铸造铝合金。
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