CN107868895A - 一种高强度耐热压铸铝合金和熔炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金制备技术领域，涉及一种高强度耐热压铸铝合金和熔炼方法。本发明压铸铝合金各个成分含量的重量百分比为：Cu：1.0～6.0；Fe：0.5～2.5，Ni：0.5～2.5；Mg：0.1～0.7；Zr：0.08～0.45；余量为Al。本发明熔炼的步骤如下：合金配制；合金熔炼；浇注铸锭。本发明提出了一种高强度耐热压铸铝合金和熔炼方法，显著提高了耐热性能；降低了合金的熔炼难度；改善了合金的压铸性能；适宜压铸法生产耐热铝合金铸件，降低耐热铝合金铸件的生产成本。

Description

一种高强度耐热压铸铝合金和熔炼方法
技术领域
本发明属于铝合金制备技术领域，涉及一种高强度耐热压铸铝合金和熔炼方法。
背景技术
随着航空、航天、兵器、汽车等工业的飞速发展，各种军民用发动机压铸铝合金构件的使用温度不断升高，进而要求构件的耐热性能随之提高，为适应这种需求而提高压铸铝合金材料的耐热性能势在必行。铸造铝合金主要依靠固溶强化和沉淀强化来提高机械性能。固溶强化是由于溶质原子固溶于基体晶格，使基体发生晶格畸变，达到合金强化。对于铝基体，具有较大固溶度的元素有Ag、Zn、Li、Cu、Mg、Zr、Mn、Si等。其中，Cu在铝合金中不仅可强烈提高合金的室温强度，而且所形成的Al2Cu相具有较好的耐热性，因此Cu既是铸造铝合金强化元素，也是提高铸造铝合金耐热性的主要合金元素。对于耐热合金，由于当温度达到0.5Tm～0.6Tm时,合金固溶强化效果急剧下降，必须通过在固溶体中形成网状或骨骼状固溶度小的高熔点析出相强化作用，可实现达到0.6Tm～0.7Tm温度以上的耐热能力。为提高合金强化相的热稳定性,还要求加入的合金元素应该在液态时固溶度高,固态时几乎不固溶和有较低的扩散系数,析出相在较高温度下生长速度及其体积分数的变化都要尽可能小。文献表明，满足这个要求的是大部分过渡族金属(TM)元素和镧系元素，过渡族金属元素与Al形成包晶、共晶系，具有较高的熔点，如共晶温度Al-Ni为640℃，Al-Fe为655℃，Al-Mn为658℃。并且过渡族金属间化合物，如Al20Cu2Mn3、Cu4NiAl7、MnAl6、CuMgAl2、NiAl3、Al3Ti、Al3Zr等，所形成的相弥散分布在铝合金基体中,钉扎位错,阻碍晶界的滑移，可显著提高合金耐热能力。
专利CN201510039593.7公开了“一种耐热铸造铝合金及其压力铸造方法”，它的元素组成包含Si，Cu，Ni，Mg，Ti，RE，Mn，Fe，余量为Al；使用了稀土(RE)元素，如Y、Gd等，且其Si重量百分含量为9～14.6，占比较多，熔炼过程需变质处理，导致合金熔炼操作难度较大，不易控制，生产成本高；另外，专利CN201510039593.7其350℃抗拉强度为σb≥130Mpa。
发明内容
本发明的目的是：提出一种高强度耐热压铸铝合金和熔炼方法，以便避免使用Si元素，省略变质处理步骤，简化熔炼工艺，减少熔炼难度，降低生产成本。
本发明的技术方案是：一种高强度耐热压铸铝合金，其特征在于：压铸铝合金各个成分含量的重量百分比为：Cu:1.0～6.0；Fe：0.5～2.5；Ni：0.5～2.5；Mg：0.1～0.7；Zr：0.08～0.25；余量为Al。
一种高强度耐热压铸铝合金的熔炼方法，制备如上面所述的高强度耐热压铸铝合金，其特征在于，熔炼的步骤如下：
1、合金配制：将纯度不低于工业纯的Al锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Ni、Al-Fe、Al-Zr、Al-Mn、Al-Ti称重配料，使配料符合合金成分要求；
2、合金熔炼:将配制完成的合金配料放入坩埚，加热到700℃～750℃，保温2h～4h，然后搅拌20min～30min，得到高强度耐热压铸铝合金的合金液；
3、浇注铸锭:在680℃～730℃下浇注铸锭。
本发明的优点是：提出了一种高强度耐热压铸铝合金和熔炼方法，避免了使用Si元素，省略了变质处理步骤，简化了熔炼工艺，减少了熔炼难度，降低了生产成本。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。一种高强度耐热压铸铝合金，其特征在于：压铸铝合金各个成分含量的重量百分比为：Cu：1.0～6.0；Fe：0.5～2.5；Ni：0.5～2.5；Mg：0.1～0.7；Zr：0.08～0.25；余量为Al。
一种高强度耐热压铸铝合金的熔炼方法，制备如上面所述的高强度耐热压铸铝合金，其特征在于，熔炼的步骤如下：
1、合金配制：将纯度不低于工业纯的Al锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Ni、Al-Fe、Al-Zr、Al-Mn、Al-Ti称重配料，使配料符合合金成分要求；
2、合金熔炼:将配制完成的合金配料放入坩埚，加热到700℃～750℃，保温2h～4h，然后搅拌20min～30min，得到高强度耐热压铸铝合金的合金液；
3、浇注铸锭:在680℃～730℃下浇注铸锭。
压铸铝合金的成份还包含Ti，Ti含量的重量百分比为：0.08～0.3。通过Ti的添加，一方面细化合金组织，提高合金室温性能和压铸工艺性能；另一方面，Ti与Al形成耐高温的TiAl3，弥散强化合金，提高合金高温性能。
压铸铝合金的成份还包含Mn，Mn含量的重量百分比为：0.1～0.8。通过Mn的添加，与Al中的Cu、Fe、Ni等生成多种细小弥散的金属间化合物耐热相，进一步提高合金的高温强度，且降低杂质对性能的影响。
在合金熔炼后进行合金精炼，精炼方法是：将合金液温度稳定在710℃～730℃，采用C2Cl6手工精炼10min～20min或采用精炼机喷吹Ar或N2气体20min～30min，精炼后静置10min～20min。合金精炼过程通过C2Cl6与合金液的作用或者Ar或N2气体的吸附作用，使合金液有害气体和夹杂得到降低，合金的力学性能得到提高。
本发明的工作原理是：通过Cu在Al中生成沉淀强化相，提高了合金的室温性能，同时Cu与Al元素所成的沉淀强化相CuAl2也使合金具有良好的耐热性能；另外，添加的Fe、Ni、Zr等元素与Al生成耐热强化相，使合金的耐热性能得到进一步提高。
实施例1
一、选取合金成分：
选取压铸铝合金各个成分含量的重量百分比为：Cu：5；Ni：1.5；Fe：1.5；Mg：0.4；Zr：0.25；余量为Al。
二、制备材料：
1、合金配制：将纯度不低于工业纯的Al锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Fe、Al-Ni、Al-Zr等称重配料，使配料符合合金成分要求；
2、合金熔炼:将配制完成的合金配料放入坩埚，加热到740℃，保温4h，然后搅拌25min，得到高强度耐热压铸铝合金的合金液；
3、浇注铸锭:在680℃～730℃下浇注铸锭。
三、性能测试结果：
对获得的合金力学性能试棒进行力学性能测试。其结果为：
力学性能 室温 250℃ 300℃ 350℃
抗拉强度σb/MPa 320 270 240 190
实施例2
一、选取合金组份：
选取压铸铝合金各个成分含量的重量百分比为：Cu：6；Ni：0.5；Fe：1.5；Mg：0.3；Zr：0.25；Ti：0.3；余量为Al。
二、制备材料：
1、合金配制：将纯度不低于工业纯的Al锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Fe、Al-Ni、Al-Ti、Al-Zr等称重配料，使配料符合合金成分要求；
2、合金熔炼:将配制完成的合金配料放入坩埚，加热到750℃，保温4h，然后搅拌30min，得到高强度耐热压铸铝合金的合金液；
3、浇注铸锭:在680℃～730℃下浇注铸锭。
实施例3
一、选取合金组份：
选取压铸铝合金各个成分含量的重量百分比为：Cu:6；Ni:0.5；Fe:1.5；Mg:0.3；Zr:0.25；Mn:0.4；Ti:0.3；余量为Al。
二、制备材料：
1、合金配制：将纯度不低于工业纯的Al锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Fe、Al-Ni、Al-Zr、Al-Mn、Al-Ti等称重配料，使配料符合合金成分要求；
2、合金熔炼:将配制完成的合金配料放入坩埚，加热到700℃，保温2h，然后搅拌20min，得到高强度耐热压铸铝合金的合金液；
3、浇注铸锭:在680℃～730℃下浇注铸锭。

Claims (5)

1.一种高强度耐热压铸铝合金，其特征在于：压铸铝合金各个成分含量的重量百分比为：Cu：1.0～6.0；Fe：0.5～2.5；Ni：0.5～2.5；Mg：0.1～0.7；Zr：0.08～0.25；余量为Al。
2.一种高强度耐热压铸铝合金的熔炼方法，制备如权利要求1所述的高强度耐热压铸铝合金，其特征在于，熔炼的步骤如下：
2.1、合金配制：将纯度不低于工业纯的Al锭、Mg锭及中间合金Al-Cu、Al-Fe、Al-Ni、Al-Zr、Al-Mn、Al-Ti称重配料，使配料符合合金成分要求；
2.2、合金熔炼:将配制完成的合金配料放入坩埚，加热到700℃～750℃，保温2h～4h，然后搅拌20min～30min，得到高强度耐热压铸铝合金的合金液；
2.3、浇注铸锭:在680℃～730℃下浇注铸锭。
3.根据权利要求1所述的高强度耐热压铸铝合金，其特征在于：压铸铝合金的成份还包含Ti，Ti含量的重量百分比为：0.08～0.25。
4.根据权利要求1或3所述的高强度耐热压铸铝合金，其特征在于：压铸铝合金的成分还包含Mn，Mn含量的重量百分比为：0.1～0.8。
5.根据权利要求2所述的高强度耐热压铸铝合金的熔炼方法，其特征在于：在合金熔炼后进行合金精炼，精炼方法是：将合金液温度加热到710℃～730℃，采用C2Cl6手工精炼10min～20min或采用精炼机喷吹Ar或N2气体20min～30min，精炼后静置10min～20min。
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