CN107604220A - 一种高塑性铝合金加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高塑性铝合金加工工艺，本发明主要是以硅铝两种元素为合金主体,通过加入一定量的Cu、Zn、Sr以及进行热加工处理,制备出具有高塑性的铝合金。本发明以硅铝两种元素为合金主体,通过加入一定量的Cu、Zn、Sr以及进行热加工处理,TiO2‑ZrO2复合优化和一系列工艺参数的调整,获得晶粒细小、致密、成分均匀、弥散分布于基体的富金属间化合物和少无缺陷的组织,能在不降低合金强度的基础上显著提高其塑性。
Description
技术领域
本发明本发明涉及一种高塑性铝合金加工工艺,属于无机金属材料领域。
背景技术
现有铝合金材料通常具有较好的抗拉强度和屈服强度,然而塑性较低,一般延伸率不大于,导致对铝硅合金在一些需要高塑性铸件的领域,特别是汽车结构件领域的应用受到限制。铝合金压铸件制作过程中,合金液与模具产生粘附现象,铸件顶出时,易变形,造成铸件不合格,铝硅合金的塑性不仅取决于合金的成分,更重要的是与铸件中组织缺陷状况有关,如孔洞、夹渣缺陷等。对于亚共晶的铝硅合金来说,一方面由于存在较大的结晶温度间隔,合金凝固过程中糊状区较宽,很容易产生缩松缺陷,另一方面除气净化不完全,因此导致亚共晶合金铸件中存在严重的孔洞缺陷,因此导致了现有铝硅合金材料塑性不高。
发明内容
本发明的目的在于提供高塑性铝合金及其加工工艺，本发明主要是以硅铝两种元素为合金主体,通过加入一定量的Cu、Zn、Sr以及进行热加工处理,制备出具有高塑性的铝合金及制备方法。
一种高塑性铝合金加工工艺，该方法包括以下步骤：
步骤1、将39份Al、13份Si、1.4份Cu、2.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；
步骤2、将混合熔体送入中频炉中,在充满氮气的环境中升温至1200℃,加入3.4份TiO2-ZrO2复合金属粉以及1.7份Pb,保持恒温搅拌8min,然后将物料送入喷射成型设备中,调节合金液的温度为1000℃,使合金液流入雾化器,用高压氢气雾化后沉积在基板上,形成合金锭,雾化过程中控制雾化压力为0.8Mp,合金液的流量为3Kg/min,将合金锭冷却至常温后,获得高塑性铝合金成品。
所述的TiO2-ZrO2复合金属粉制备方法如下
步骤1、将3份（NH4）2TiF6水溶液和1份H3BO3水溶液分别静置过滤,将过滤后的两种溶液混合后,再进行过滤,得到澄清的混合水溶液A；
步骤2、将1份Zr（SO4）和5份（NH4）S2O8,分散到10份乙醇溶液中配制成混合溶液B。
步骤3、将15份上述得到的混合液A和混合液B按照3:2质量比例混合，加入蒸馏水稀释，开启搅拌装置,转速控制为500转/分钟,随后加入2.2份硫酸铁,继续处理40min后加入15份去离子水,混合30min后停止搅拌,加入碳酸钠调节PH为8.5，得到TiO2-ZrO2预混液；
步骤4、将上述预混液在80℃下干燥，放入高温马弗炉中升温至600℃。保温煅烧2h，得到TiO2-ZrO2复合金属粉。
有益效果：本发明制备的高塑性铝合金,通过喷粉精炼、氩气气排氢气,过滤除渣,净化了铝硅合金的纯度,减少了孔洞缺陷,加入的稀土元素Sr与Al、Si、Zn等元素形成的金属间化合物弥散分布于基体中,NiAl—MCM-22的空间结构使合金断裂过程中裂纹萌生位置与扩展途径发生改变,提高合金的塑性，此外，通过TiO2-ZrO2复合优化和一系列工艺参数的调整,获得晶粒细小、致密、成分均匀、弥散分布于基体的富金属间化合物和少无缺陷的组织,能在不降低合金强度的基础上显著提高其塑性,能够更好地满足工业生产的服役要求。
具体实施方式
实施例1
一种高塑性铝合金加工工艺，该方法包括以下步骤：
步骤1、将39份Al、13份Si、1.4份Cu、2.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；
步骤2、将混合熔体送入中频炉中,在充满氮气的环境中升温至1200℃,加入3.4份TiO2-ZrO2复合金属粉以及1.7份Pb,保持恒温搅拌8min,然后将物料送入喷射成型设备中,调节合金液的温度为1000℃,使合金液流入雾化器,用高压氢气雾化后沉积在基板上,形成合金锭,雾化过程中控制雾化压力为0.8Mp,合金液的流量为3Kg/min,将合金锭冷却至常温后,获得高塑性铝合金成品。
所述的TiO2-ZrO2复合金属粉制备方法如下
步骤1、将3份（NH4）2TiF6水溶液和1份H3BO3水溶液分别静置过滤,将过滤后的两种溶液混合后,再进行过滤,得到澄清的混合水溶液A；
步骤2、将1份Zr（SO4）和5份（NH4）S2O8,分散到10份乙醇溶液中配制成混合溶液B。
步骤3、将15份上述得到的混合液A和混合液B按照3:2质量比例混合，加入蒸馏水稀释，开启搅拌装置,转速控制为500转/分钟,随后加入2.2份硫酸铁,继续处理40min后加入15份去离子水,混合30min后停止搅拌,加入碳酸钠调节PH为8.5，得到TiO2-ZrO2预混液；
步骤4、将上述预混液在80℃下干燥，放入高温马弗炉中升温至600℃。保温煅烧2h，得到TiO2-ZrO2复合金属粉。
实施例2
将27份Al、11份Si、1.4份Cu、2.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；其余步骤和实施例1相同。
实施例3
将33份Al、14份Si、1.4份Cu、2.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；其余步骤和实施例1相同。
实施例4
将21份Al、7份Si、1.4份Cu、2.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；其余步骤和实施例1相同。
实施例5
将49份Al、13份Si、1.4份Cu、2.6份Zn、0.2份Fe、1.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；其余步骤和实施例1相同。
实施例6
将24份Al、16份Si、2份Cu、2.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；其余步骤和实施例1相同。
实施例7
将33份Al、24份Si、1.4份Cu、2.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；其余步骤和实施例1相同。
实施例8
将39份Al、13份Si、1.4份Cu、3.7份Zn、2.5份Fe、1.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；其余步骤和实施例1相同。
实施例9
将22份Al、9份Si、1.4份Cu、2.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；其余步骤和实施例1相同。
实施例10
将44份Al、4份Si、1.0份Cu、1.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；其余步骤和实施例1相同。
实施例11
将39份Al、13份Si、2.4份NiAl—MCM-22纳米材料、1.4份Cu、2.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；
所述的NiAl—MCM-22纳米材料制备方法如下：
步骤1、将500g份MCM-22原粉放入石英管中，在氮气流下以3℃/min的速度从25℃升到540℃焙烧，然后置于马弗炉540℃再焙烧3h以除去模板剂，将焙烧后的MCM-22用足量的2mol/L的硝酸铵溶液于80℃离子交换12h后，在马弗炉中于540℃焙烧3h；
步骤2、将上述焙烧后得到MCM-22加入含有氢氧化钠0.5mol和无水碳酸钠0.1mol的混合碱溶液里超声30min，上述混合溶液在室温剧烈搅拌下加入到含有硝酸镍0.75mol和硝酸铝0.25mol的盐溶液中得到悬浮液；
步骤3、将0.2mol的氢氧化钠溶液加入到上述悬浮液里调节溶液的PH=10.5，然后在60℃晶化6小时后溶液冷却至室温,用去离子水洗涤三次离心,60℃下干燥24h，得到NiAl—MCM-22纳米材料。
对照例1
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤1中，将温度调整至650℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼26min,并除去液面浮渣,获得混合熔体，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例2
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤1中，将温度调整至850℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼6min,并除去液面浮渣,获得混合熔体，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例3
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤2中，在充满氮气的环境中升温至1200℃,加入2.4份TiO2-ZrO2复合金属粉以及1.2份Pb，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例4
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤2中，在充满氮气的环境中升温至1200℃,加入1.4份TiO2-ZrO2复合金属粉以及0.7份Pb，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例5
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤2中，雾化过程中控制雾化压力为0.4Mp,合金液的流量为3Kg/min，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例6
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤中，雾化过程中控制雾化压力为0.8Mp,合金液的流量为1Kg/min，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例7
与实施例1不同点在于：TiO2-ZrO2复合金属粉制备步骤1中，15份上述得到的混合液A和混合液B按照1:2质量比例混合，加入蒸馏水稀释，，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例8
与实施例1不同点在于：TiO2-ZrO2复合金属粉制备步骤1中，15份上述得到的混合液A和混合液B按照6:1质量比例混合，加入蒸馏水稀释，，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例9
与实施例1不同点在于：TiO2-ZrO2复合金属粉制备步骤1中，加入1.2份硫酸铁,继续处理40min后加入15份去离子水,混合30min后停止搅拌,加入碳酸钠调节PH为8.5，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例10
与实施例1不同点在于：TiO2-ZrO2复合金属粉制备步骤1中，加入3.6份硫酸铁,继续处理40min后加入15份去离子水,混合30min后停止搅拌,加入碳酸钠调节PH为8.5，其余步骤与实施例1完全相同。
采用在线切割机将轧制后的合金加工成标准拉伸试样,在instron5982力学性能测试机上测试其拉伸力学性能,拉伸速度为：0.375mm/min,并用引伸计全程跟踪测量试样在拉伸过程中的长度变化。
具体实验数据如下
实验结果表明实施例1中以硅铝两种元素为合金主体,通过加入一定量的Cu、Zn、Sr以及进行热加工处理,TiO2-ZrO2复合优化和一系列工艺参数的调整制备出具有高塑性的铝合金,具有优异的延展性，在硅和铝的质量配比为1:3，其他金属元素配比固定合金的延展性最好；实施例2到实施例10，分别改变各金属元素的用量，对铝合金的在常温下的延展性有不同程度的影响；值得注意的是实施例11，加入NiAl—MCM-22材料改变了合金的空间结构使合金断裂过程中裂纹萌生位置与扩展途径发生改变,显著提高了合金的塑性；对照例1和对照例2改变合金熔炼温度，使得合金的延展性明显下降，说明熔炼温度的高低影响合金的熔炼性能；对照例4和对照例5改变了TiO2-ZrO2复合金属粉和Pb的配比用量，使得合金的延展性明显降低；对照例5和对照例6改变合金液的导流速度，合金的延展性依然不高，说明导流速度至关重要；对照例7至对照例10改变了TiO2-ZrO2复合金属粉制备过程中的混合液配比和硝酸铁的用量，影响了TiO2-ZrO2金属粉对合金改性后的性质，使得合金在常温下的延展率明显降低；因此，使用本发明制备的铝合金具有优异的延展性能。
Claims (2)
1.一种高塑性铝合金加工工艺，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、将39份Al、13份Si、1.4份Cu、2.6份Zn、2份Fe、0.6份Sr作为熔炼材料，将Al、Zn和Si投入到熔炼炉中,加热到780℃,使其熔化为熔体,接着用气体载体将Cu、Fe和Sr加入到熔体中,保持恒温搅拌10min,接着将温度调整至750℃,对熔炼炉中吹氩气对混合熔体精炼16min,并除去液面浮渣,获得混合熔体；
步骤2、将混合熔体送入中频炉中,在充满氮气的环境中升温至1200℃,加入3.4份TiO2-ZrO2复合金属粉以及1.7份Pb,保持恒温搅拌8min,然后将物料送入喷射成型设备中,调节合金液的温度为1000℃,使合金液流入雾化器,用高压氢气雾化后沉积在基板上,形成合金锭,雾化过程中控制雾化压力为0.8Mp,合金液的流量为3Kg/min,将合金锭冷却至常温后,获得高塑性铝合金成品。
2.根据权利要求1所述的一种高塑性铝合金加工工艺，其特征在于,TiO2-ZrO2复合金属粉制备方法如下：
步骤1、将3份（NH4）2TiF6水溶液和1份H3BO3水溶液分别静置过滤,将过滤后的两种溶液混合后,再进行过滤,得到澄清的混合水溶液A；
步骤2、将1份Zr（SO4）和5份（NH4）S2O8,分散到10份乙醇溶液中配制成混合溶液B;
步骤3、将15份上述得到的混合液A和混合液B按照3:2质量比例混合，加入蒸馏水稀释，开启搅拌装置,转速控制为500转/分钟,随后加入2.2份硫酸铁,继续处理40min后加入15份去离子水,混合30min后停止搅拌,加入碳酸钠调节PH为8.5，得到TiO2-ZrO2预混液；
步骤4、将上述预混液在80℃下干燥，放入高温马弗炉中升温至600℃,保温煅烧2h，得到TiO2-ZrO2复合金属粉。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180119 |