CN109487129B - 一种超高性能硅铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种超高性能硅铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超高性能硅铝合金及其制备方法，该硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 16‑18％、Mg 0.7‑1.3％、Cu 3.5‑4.5％、Fe 5.5‑6.5％，余量为Al。包括如下步骤：该硅铝合金元素Si、Mg、Cu、Fe、Al按比例进行喷射成形，获得初品，将初品通过热加工挤压致密化，并进行T6态热处理获得成品。本发明所带来的有益效果：通过调整硅铝合金元素比例及改进方法，使得制备的新型硅铝合金具有更高的抗拉强度及更高的硬度。

Description

一种超高性能硅铝合金及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金及其工艺技术领域，尤其涉及一种超高性能硅铝合金及其制备方法。
背景技术
硅铝合金拥有比重小、密度低、高导热率、热膨胀系数低、机械加工性能良好、耐磨耐蚀性好、表面硬度高及具有一定的高温强度等优势。因此被广泛应用于雷达用电子封装材料、气缸套及连杆用耐磨材料、活塞、转子材料等领域。为了进一步提高硅铝合金的性能，本领域技术人员通过采用喷射成形技术来解决传统铝合金制备工艺难题。粗大不规则形状初生硅转变成均匀分布的细密硅颗粒，增强相由长针状形态转变成规则形态且均匀分布在基体上，增强相与基体界面结合程度也随之增强。但是，采用喷射成形技术制备硅铝合金硬度与强度较弱。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超高性能硅铝合金及其制备方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
在一些可选的实施例中，一种超高性能硅铝合金，该硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 16-18％、Mg 0.7-1.3％、Cu 3.5-4.5％、Fe 5.5-6.5％，余量为Al。
其中，该硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 16％、Mg 0.7％、Cu 3.5％、Fe5.5％，余量为Al。
其中，该硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 18％、Mg 1.3％、Cu 4.5％、Fe6.5％，余量为Al。
其中，该硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 17％、Mg 1.0％、Cu 4.0％、Fe6.0％，余量为Al。
一种超高性能硅铝合金的制备方法，包括如下步骤：
该硅铝合金元素Si、Mg、Cu、Fe、Al按比例进行喷射成形，获得初品；
将初品通过热加工挤压致密化，并进行T6态热处理获得成品。
其中，T6态热处理的步骤包括：
低于过烧温度保温1-6h；
水冷；
进行高温时效4-28h，获得成品。
其中，低于过烧温度20-60℃。
其中，低于过烧温度55℃。
其中，所述低于过烧温度保温的时长与初品的体积呈正相关。
其中，所述进行高温时效的时长与初品的体积呈正相关。
本发明所带来的有益效果：通过调整硅铝合金元素比例及改进方法，使得制备的新型硅铝合金具有更高的抗拉强度及更高的硬度。
为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
附图说明
图1为本发明其中一种实施例的金相照片
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。
在一些说明性的实施例中，一种新型硅铝合金，该硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 16-18％、Mg 0.7-1.3％、Cu 3.5-4.5％、Fe 5.5-6.5％，余量为Al。
实施例1:该硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 16％、Mg 0.7％、Cu 3.5％、Fe5.5％，余量为Al。
实施例2：该硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 18％、Mg 1.3％、Cu 4.5％、Fe6.5％，余量为Al。
实施例3：该硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 17％、Mg 1.0％、Cu 4.0％、Fe6.0％，余量为Al。
一种新型硅铝合金的制备方法，包括如下步骤：
该硅铝合金元素Si、Mg、Cu、Fe、Al按比例进行喷射成形，获得初品。所按照的比例可为，该硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 16-18％、Mg0.7-1.3％、Cu 3.5-4.5％、Fe5.5-6.5％，余量为Al。具体的以实施例1-3中三组比例进行进一步试验。
将初品通过热加工挤压致密化，并进行T6态热处理获得成品。T6为固溶热处理后进行人工时效的状态。通过热处理来提升硅铝合金的拉伸性能与硬度，同时保持稳定尺寸，改善机加工性。铝合金的T6热处理态为固溶后的峰时效态，适用于追求极限力学性能、硬度与耐磨性的产品。
具体的T6态热处理的步骤包括：
低于过烧温度20-60℃保温1-6h；当加热温度高于低熔点共晶的熔点，使低熔点共晶和晶界复熔的现象称为过烧。可热处理强化铝合金的加热温度超过该合金低熔点共晶温度时会使晶界粗化，甚至熔化，造成该合金的机械性能急剧下降，这一温度叫过烧温度。
优选为，应低于过烧温度55℃进行保温1-6h。
水冷。直至冷却完毕至室温；
进行高温时效4-28h，获得成品AlSi17Fe6Cu4Mg。时效处理用于金属经淬火或加工，特别是冷加工变形后，随着时间的延长，硬度和强度有所增加而塑性和韧性下降，其组织由亚稳态逐渐过渡到稳定状态，这种现象称为时效，这种处理工艺即为时效处理，它可以分为自然时效和人工时效两种。
优选的，进行高温时效4-6h。
高温时效处理属于人工时效处理，是通过对工件进行高温加热来使固溶产生的过饱和固溶体发生分解形成饱和固溶体，析出各种尺寸的细小沉淀物，这些沉淀物作为强化相，大幅度的提升合金的强度与硬度。
所述低于过烧温度保温的时长与初品的体积呈正相关。
所述进行高温时效的时长与初品的体积呈正相关。
由于喷射成形技术制备高硅铝合金硬度与强度均较弱，需要通过热处理对其进行强化。铝合金固溶处理的目的是获得溶质和空位双重过饱和的固溶体，这种过饱和的固溶体在时效时将发生脱溶，形成溶质原子的偏聚区或者沉淀相颗粒，进而引起材料的强化。对于喷射成形制备致密化变形后的高硅铝合金，其固溶处理遵循以下原则：在最大程度使合金中的各种析出相回溶的同时，还要尽可能保持材料的细晶特征，抑制再结晶的发生。避免材料过烧。固溶淬火得到的过饱和固溶体，在加热升温的情况下回发生时效脱溶，析出强化相沉淀，引起材料强度硬度的显著提高。通过在T6峰时效条件下获得最大的强度性能。利用固溶后时效的热处理工艺，提高表面硬度及抗拉性能，便于替代钢铁等材料，减轻构件重量。
针对实施例1、2、3三组成品，进行硬度及抗拉强度测试。
测试结果为：
实施例1的抗拉强度为540MPa，硬度85HRB。
实施例2的抗拉强度为470MPa，硬度95HRB。
实施例3的抗拉强度为501MPa，硬度92.8HRB。
现有硅铝合金的抗拉强度为237MPa，硬度81.6HRB。
因此通过比较可知，实施例3中的硅铝合金具有最优的抗拉强度及硬度。且通过图1中可知，该实施例的硅相致密且均匀分布，整体尺寸在50μm之内，对合金的强化作用更好。

Claims (3)

1.一种超高性能硅铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
硅铝合金元素的质量百分比组成为：Si 18％、Mg 1.3％、Cu 4.5％、Fe 6.5％，余量为Al；该硅铝合金元素Si、Mg、Cu、Fe、Al按比例进行喷射成形，获得初品；
将初品通过热加工挤压致密化，并进行T6态热处理获得成品；
T6态热处理的步骤包括：
低于过烧温度保温1-6h；低于过烧温度55℃；
水冷；
进行高温时效4-28h，获得成品。
2.根据权利要求1所述的一种超高性能硅铝合金的制备方法，其特征在于，所述低于过烧温度保温的时长与初品的体积呈正相关。
3.根据权利要求2所述的一种超高性能硅铝合金的制备方法，其特征在于，所述进行高温时效的时长与初品的体积呈正相关。
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