CN108359856B - 一种含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种含Ni‑Be‑Mo高强耐热铝合金及其制备方法，属于金属材料工程领域；其铝合金的化学成分按照重量百分比为：Si：8.5～9.5％，Cu：1.5～1.7％，Ni：0.6～0.8％，Mn：0.2～0.3％，Be：0.1～0.2％，余量为Al和不可避免的杂质；制备方法：1)熔炼：按设定的合金成分重量配比熔炼后降温保温；扒去熔渣，加入复盖剂，然后分两次加入铝精炼剂精炼，撇渣，得到精炼金属熔液；2)浇铸：将精炼后的金属熔液浇注成铸坯；3)热处理：将将铸坯固溶处理和时效处理后，空冷至室温，制得含Ni‑Be高强耐热铝合金；其在室温的抗拉强度为395～405MPa，伸长率达到6.9～7.2％，在250℃的高温拉伸强度为270～278MPa。

Description

一种含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料工程领域，具体涉及一种含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金及其制备方法。
背景技术
目前，铝及铝合金是仅次于钢铁的金属材料，广泛应用于建筑、能源、运输、航空航天等领域。铝及铝合金材料的应用及其研究也得到了迅猛发展，各种铝合金被广泛的应用。
铸造Al-Si系合金的流动性好、铸件致密、不易产生铸造裂纹，具有良好的铸造性能、抗蚀性和中等的切削加工性能，是比较理想的铸造合金，己成为制造业中最受重视的结构材料之一。但目前铸造Al-Si合金的高温力学性能不尽如人意。因此，开发研制新型的高强耐热铸造铝硅合金材料，以满足各个行业对铸造铝硅合金材料的要求是刻不容缓的。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金及其制备方法，目的是获得更高强度和耐热性的铸造铝硅合金。
本发明的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金，其化学成分按照重量百分比为：Si：8.5～9.5％，Cu：1.5～1.7％，Ni：0.6～0.8％，Mn：0.2～0.3％，Be：0.1～0.2％，Mo：0.1～0.2％，余量为Al和不可避免的杂质。
本发明的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金，在室温的抗拉强度为395～405MPa，伸长率达到6.9～7.2％，在250℃的高温拉伸强度为270～278MPa。
本发明的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金的制备方法，包含如下步骤：
步骤1：熔炼
(1)按设定的合金成分重量配比，将铝硅中间合金、纯铝、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锰中间合金，铝铍中间合金，铝钼中间合金在800～850℃混合熔化，将温度降到720～725℃保温20～25min；
(2)待炉温稳定后，扒去熔渣，加入复盖剂复盖，然后分两次加入铝精炼剂精炼，于720～730℃下保温5～10min后撇渣，得到精炼金属熔液；
步骤2：浇铸
将铸造模具预热至240～260℃，将精炼后的金属熔液浇注成铸坯；
步骤3：热处理
(1)固溶处理：将铸坯在510～520℃保温6～8h，然后在60～100℃的水中淬火冷却；
(2)时效处理：将固溶处理后的坯料在170～180℃保温16～18h后，空冷至室温，制得含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金。
上述的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金的制备方法，其中：
所述步骤2中，加入覆盖剂的成分为荧石：35％，石英砂：20％，工业盐：45％，加入覆盖剂的量为：每平方米坩埚横截面积加入0.2～0.3kg。
所述步骤2中，加入铝精炼剂的成分为荧石：25％，石英砂：20％，工业盐：55％，加入铝精炼剂的量为：每吨含Fe-Be耐热铝铜合金加入1～3kg，第一次铝精炼剂的压入量为铝精炼剂总质量的1/2～2/3，第二次加入余量。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
本发明是在亚共晶Al～Si合金成分的基础上，添加Cu、Ni、Mn、Be、Mo等合金元素，合金中Si的作用是提高铸造性能，也起强化作用，但对于合金塑性有不利影响，Cu的主要作用是形成Al2Cu和Al3(Cu、Ni)2相，在固溶时效处理后使合金得到强化，提高合金的高温性能。Ni、Mn元素主要是形成高温稳定的第二相Al3Ni、Al3(Cu、Ni)2、Al20Cu2Mn3，这些第二相晶格结构复杂，在工作温度范围内的溶解度变化小，增强合金的热强性和高温性能。另外，Ni还能起到细化共晶组织的作用，能明显提高合金的力学性能。Be、Mo主要分布在晶粒内部，强化固溶体，提高合金的再结晶温度。
本发明的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金，通过合金化、共晶硅的细化处理，经热处理后显著提高了合金的室温强度和塑性，还提高了合金的高温强度，其室温的抗拉强度为395～405MPa，伸长率达到6.9～7.2％，在250℃的高温拉伸强度为270～278MPa。
附图说明
图1本发明实施例1制备的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金室温拉伸试样的显微组织图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的铝硅合金、铝铜合金、铝镍合金、铝锰合金，铝铍合金、铝钼合金为工业产品。
采用的铝精炼剂是购买自华中铝业的复合精炼剂，覆盖剂是购买自华中铝业的复合覆盖剂。
实施例1
一种铝合金，其化学成分按照重量百分比为：Si：9％，Cu：1.5％，Ni：0.6％，Mn：0.3％，Be：0.1％，Mo：0.15％，余量为Al和不和避免的杂质。
本实施例的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：熔炼
(1)按设定的合金成分重量配比将铝硅中间合金、纯铝、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锰中间合金、铝铍中间合金，铝钼中间合金加入坩埚中，将坩埚加热至800℃，待炉料全部熔化后，将炉温降到720℃保温20min。
(2)待炉温稳定后，扒去熔渣，加入复盖剂复盖，然后分两次加入铝精炼剂精炼，于720℃下保温5min后撇渣，得到精炼金属熔液，其中加入覆盖剂的成分为荧石：35％，石英砂：20％，工业盐：45％，加入覆盖剂的量为：每平方米坩埚横截面积加入0.2～0.3kg，加入铝精炼剂的成分为荧石：25％，石英砂：20％，工业盐：55％，加入铝精炼剂的量为每吨含Fe-Be耐热铝铜合金加入1kg，第一次铝精炼剂的压入量为铝精炼剂总质量的1/2，第二次加入余量；
步骤2：浇铸
将铸造模具预热至240℃，将精炼后的金属熔液浇注成铸坯；
步骤3：热处理
(1)固溶处理：将铸坯在510℃保温6h，然后在60℃的水中淬火冷却；
(2)时效处理：将固溶处理后的坯料在170℃保温16h后，空冷至室温，制得含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金。
将本实施例制备的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金的在室温条件下进行拉伸试验，室温拉伸试样的显微组织图如图1所示，从图中可以观察到：第二相成弥散析出，分布均匀，共晶硅由原来的片状变为了纤维状，部分相呈现长条状形态，晶粒较为细小，说明Ni对共晶Si起到了变质细化的作用。室温时平均抗拉强度为405MPa，伸长率为7.0％，在250℃的高温拉伸强度最高达到274MPa，优于同类铸造铝硅合金的平均水平。
实施例2
一种铝合金，其化学成分按照重量百分比为：Si：8.5％，Cu：1.6％，Ni：0.7％，Mn：0.2％，Be：0.15％，Mo：0.1％，余量为Al和不和避免的杂质。
本实施例的含含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：熔炼
(1)按设定的合金成分重量配比将铝硅中间合金、纯铝、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锰中间合金、铝铍中间合金，铝钼中间合金加入坩埚中，将坩埚加热至810℃，待炉料全部熔化后，将炉温降到720℃保温20min。
(2)待炉温稳定后，扒去熔渣，加入复盖剂复盖，然后分两次加入铝精炼剂精炼，于725℃下保温10min后撇渣，得到精炼金属熔液，其中加入覆盖剂的成分为荧石：35％，石英砂：20％，工业盐：45％，加入覆盖剂的量为：每平方米坩埚横截面积加入0.2～0.3kg，加入铝精炼剂的成分为荧石：25％，石英砂：20％，工业盐：55％，加入铝精炼剂的量为每吨含Fe-Be耐热铝铜合金加入1kg，第一次铝精炼剂的压入量为铝精炼剂总质量的2/3，第二次加入余量；
步骤2：浇铸
将铸造模具预热至245℃，将精炼后的金属熔液浇注成铸坯；
步骤3：热处理
(1)固溶处理：将铸坯在515℃保温6h，然后在70℃的水中淬火冷却；
(2)时效处理：将固溶处理后的坯料在175℃保温17h后，空冷至室温，制得含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金。
将本实施例制备的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金在室温条件下进行拉伸试验，室温时平均抗拉强度为396MPa，伸长率为7.15％，在250℃的高温拉伸强度最高达到270MPa，高于同类铸造铝硅合金的平均水平。
实施例3
一种铝合金，其化学成分按照重量百分比为：Si：9.5％，Cu：1.7％，Ni：0.8％，Mn：0.25％，Be：0.2％，Mo：0.15％余量为Al和不和避免的杂质。
本实施例的含含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：熔炼
(1)按设定的合金成分重量配比将铝硅中间合金、纯铝、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锰中间合金、铝铍中间合金，铝钼中间合金加入坩埚中，将坩埚加热至820℃，待炉料全部熔化后，将炉温降到720℃保温20min。
(2)待炉温稳定后，扒去熔渣，加入复盖剂复盖，然后分两次加入铝精炼剂精炼，于730℃下保温8min后撇渣，得到精炼金属熔液，其中加入覆盖剂的成分为荧石：35％，石英砂：20％，工业盐：45％，加入覆盖剂的量为：每平方米坩埚横截面积加入0.2～0.3kg，加入铝精炼剂的成分为荧石：25％，石英砂：20％，工业盐：55％，加入铝精炼剂的量为每吨含Fe-Be耐热铝铜合金加入1kg，第一次铝精炼剂的压入量为铝精炼剂总质量的1/2，第二次加入余量；
步骤2：浇铸
将铸造模具预热至250℃，将精炼后的金属熔液浇注成铸坯；
步骤3：热处理
(1)固溶处理：将铸坯在520℃保温8h，然后在80℃的水中淬火冷却；
(2)时效处理：将固溶处理后的坯料在180℃保温16h后，空冷至室温，制得含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金。
将本实施例制备的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金在室温条件下进行拉伸试验，室温时平均抗拉强度为402MPa，伸长率为6.9％，在250℃的高温拉伸强度最高达到278MPa，优于同类铸造铝硅合金的平均水平。
实施例4
一种铝合金，其化学成分按照重量百分比为：Si：8.7％，Cu：1.65％，Ni：0.65％，Mn：0.28％，Be：0.13％，Mo：0.18％，余量为Al和不和避免的杂质。
本实施例的含含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：熔炼
(1)按设定的合金成分重量配比将铝硅中间合金、纯铝、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锰中间合金、铝铍中间合金，铝钼中间合金加入坩埚中，将坩埚加热至830℃，待炉料全部熔化后，将炉温降到720℃保温20min。
(2)待炉温稳定后，扒去熔渣，加入复盖剂复盖，然后分两次加入铝精炼剂精炼，于720℃下保温10min后撇渣，得到精炼金属熔液，其中加入覆盖剂的成分为荧石：35％，石英砂：20％，工业盐：45％，加入覆盖剂的量为：每平方米坩埚横截面积加入0.2～0.3kg，加入铝精炼剂的成分为荧石：25％，石英砂：20％，工业盐：55％，加入铝精炼剂的量为每吨含Fe-Be耐热铝铜合金加入1kg，第一次铝精炼剂的压入量为铝精炼剂总质量的2/3，第二次加入余量；
步骤2：浇铸
将铸造模具预热至250℃，将精炼后的金属熔液浇注成铸坯；
步骤3：热处理
(1)固溶处理：将铸坯在510℃保温6h，然后在90℃的水中淬火冷却；
(2)时效处理：将固溶处理后的坯料在175℃保温17h后，空冷至室温，制得含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金。
将本实施例制备的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金在室温条件下进行拉伸试验，室温时平均抗拉强度为403MPa，伸长率为7.1％，在250℃的高温拉伸强度最高达到276MPa，优于同类铸造铝硅合金的平均水平。
实施例5
一种铝合金，其化学成分按照重量百分比为：Si：9.2％，Cu：1.55％，Ni：0.75％，Mn：0.23％，Be：0.18％，Mo：0.13％，余量为Al和不和避免的杂质。
本实施例的含含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：熔炼
(1)按设定的合金成分重量配比将铝硅中间合金、纯铝、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锰中间合金、铝铍中间合金，铝钼中间合金加入坩埚中，将坩埚加热至840℃，待炉料全部熔化后，将炉温降到720℃保温20min。
(2)待炉温稳定后，扒去熔渣，加入复盖剂复盖，然后分两次加入铝精炼剂精炼，于730℃下保温10min后撇渣，得到精炼金属熔液，其中加入覆盖剂的成分为荧石：35％，石英砂：20％，工业盐：45％，加入覆盖剂的量为：每平方米坩埚横截面积加入0.2～0.3kg，加入铝精炼剂的成分为荧石：25％，石英砂：20％，工业盐：55％，加入铝精炼剂的量为每吨含Fe-Be耐热铝铜合金加入1kg，第一次铝精炼剂的压入量为铝精炼剂总质量的1/2，第二次加入余量；
步骤2：浇铸
将铸造模具预热至260℃，将精炼后的金属熔液浇注成铸坯；
步骤3：热处理
(1)固溶处理：将铸坯在520℃保温6h，然后在100℃的水中淬火冷却；
(2)时效处理：将固溶处理后的坯料在170℃保温18h后，空冷至室温，制得含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金。
将本实施例制备的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金在室温条件下进行拉伸试验，室温时平均抗拉强度为395MPa，伸长率为7.2％，在250℃的高温拉伸强度最高达到275MPa，优于同类铸造铝硅合金的平均水平。

Claims (2)

1.一种含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金，其特征在于，其化学成分按照重量百分比为：Si：8.5～9.5％，Cu：1.5～1.7％，Ni：0.6～0.8％，Mn：0.2～0.3％，Be：0.1～0.2％，Mo：0.1～0.2％，余量为Al和不可避免的杂质；所述的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金在室温的抗拉强度为395～405MPa，伸长率达到6.9～7.2％，在250℃的高温拉伸强度为270～278MPa。
2.权利要求1所述的含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1：熔炼
(1)按设定的合金成分重量配比，将铝硅中间合金、纯铝、铝铜中间合金，铝镍中间合金，铝锰中间合金，铝铍中间合金，铝钼中间合金在800～850℃混合熔化，将温度降到720～725℃保温20～25min；
(2)待炉温稳定后，扒去熔渣，加入覆盖剂覆盖，然后分两次加入铝精炼剂精炼，于720～730℃下保温5～10min后撇渣，得到精炼金属熔液；其中，加入覆盖剂的成分为：荧石35％，石英砂20％，工业盐45％，加入覆盖剂的量为：每平方米坩埚横截面积加入0.2～0.3kg；加入铝精炼剂的成分为：荧石25％，石英砂20％，工业盐55％，加入铝精炼剂的量为：每吨含Fe-Be耐热铝铜合金加入1～3kg，第一次铝精炼剂的压入量为铝精炼剂总质量的1/2～2/3，第二次加入余量；
步骤2：浇铸
将铸造模具预热至240～260℃，将精炼后的金属熔液浇注成铸坯；
步骤3：热处理
(1)固溶处理：将铸坯在510～520℃保温6～8h，然后在60～100℃的水中淬火冷却；
(2)时效处理：将固溶处理后的坯料在170～180℃保温16～18h后，空冷至室温，制得含Ni-Be-Mo高强耐热铝合金。
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