CN109593995A - 一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金及其制备方法，它涉及铝合金材料制备领域，具体涉及复杂构件仪表级复合材料基体铝合金及其制备方法。本发明是要解决现有仪表级铝基复合材料热处理过程经过淬火及冷热冲击过程中，存在由于内应力释放而导致开裂的问题。铝合金由Mg、Mn、Cu、Fe、Ti、和余量为Al组成。方法为：1、铝合金熔炼，按准备Mg锭、铝铜合金、铝锰合金、铝铁合金、铝钛合金及铝硅合金依次加入熔炼炉中熔炼，经过精炼剂精炼和除渣过程，将铝合金熔体浇铸成铝合金锭。2、进行退火热处理。本发明适用于复杂构件仪表级铝基复合材料基体铝合金的选用。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料制备领域，具体涉及复杂构件仪表级复合材料基体铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金材料已经广泛的用于航空航天，国防，汽车以及交通等工业领域。然而不同的应用领域也对铝合金材料的性能，成型难度，成本等提出了越来越高的要求，同时也促进了具有特性的铝合金材料的开发。陀螺仪、加速度计、红外制导反射镜等是精密制导的核心设备，它的精度决定了武器系统的命中精度。虽然加工、装配等问题会影响指导设备的精度变低、精度漂移大，但是根本性原因是仪表材料在储存及服役过程中出现尺寸不稳定性。SiC/Al复合材料具有密度低，刚度高，优异的力学性能，同时兼具较高的导热性，较低的热膨胀系数以及优异的尺寸稳定性性能，使其成为理想的精密仪器仪表材料，在惯性导航等军事领域中具有非常广泛的应用前景。
专利CN103773997A公开了一种航空用仪表级碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法。该方法中采用的铝合金成分主要是Cu3.8％～4.9％、Mg1.2％～1.8％、Si0.1％～0.5％、Mn0.2％～0.6％，余量为铝。而其制备成铝基复合材料后的热处理过程中包括淬火过程，因此对于其制备结构复杂、尺寸较大的构件时，会存在由于内应力释放造成构件整体开裂的风险。
专利CN101386967公开了一种颗粒增强铝基复合材料尺寸稳定化处理工艺方法，主要包括升温、淬火、时效以及冷热冲击过程处理。该处理方法中包含了淬火和冷热冲击过程，未考虑大尺寸、结构复杂的构件热处理时存在的潜在风险。
综上所述，铝合金的种类是影响其热处理过程的关键因素，以往沉淀强化型铝合金必须要经过淬火及时效过程才会充分发挥合金的性能，由此，该类型铝合金的仪表级复合材料需要经过淬火过程。
发明内容
本发明是要解决现有仪表级铝基复合材料热处理过程经过淬火及冷热冲击过程中，存在由于内应力释放而导致开裂的问题，而提供一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金及其制备方法。
本发明一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金按质量百分比由4％～8％Mg、0.7％～1.2％Mn、0.1％～0.6％Cu、0.01％～0.5％Fe、0.01％～0.5％Ti和余量为Al组成。
本发明一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按质量百分比由4％～8％Mg、0.7％～1.2％Mn、0.1％～0.6％Cu、0.01％～0.5％Fe、0.01％～0.5％Ti、0.6％～2.0％Si和余量为Al进行备料，得到待熔炼金属；其中Mg采用镁锭、Mn采用铝锰合金、Cu采用铝铜合金、Fe采用铝铁合金、Ti采用铝钛合金、Si采用铝硅合金；
二、熔炼合金：将炉气温度设定为700℃～800℃，将镁锭和铝铜合金依次加入到熔炼炉中，待其完全熔化得到熔体A，搅拌均匀后保温20min；将熔体A温度升至800℃～1060℃后，将铝锰合金、铝铁合金、铝钛合金和铝硅合金依次加入到熔体A中，搅拌均匀后，加入精炼剂并通入保护气进行除气除渣5min～40min，静置后得到熔体B，随后将熔体B浇注成锭，得到铸锭；
三、热处理：在温度为320～400℃的条件下对铸锭进行退火处理，时间为3～5h，控制冷却速度炉冷，炉内温度低于80℃后取出，即得到铝合金成品。
本发明的有益效果是：
本发明制备的铝合金力学性能优异、延伸率超过8％应用范围较广；热处理工艺简单，只包括退火处理，无需进行淬火及人工时效强化过程，节省能源；本发明适用于制备结构复杂构件用仪表级铝基复合材料基体材质，有效降低因淬火而发生开裂的风险，扩大了仪表级铝基复合材料体系，扩大其应用范围。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金按质量百分比由4％～8％Mg、0.7％～1.2％Mn、0.1％～0.6％Cu、0.01％～0.5％Fe、0.01％～0.5％Ti和余量为Al组成。
本实施方式中Si元素的添加量非常重要，一方面Si元素的添加能够有效的增加铝合金的流动性，这对于铝基复合材料制备过程中是非常有利于铸造过程的；另一方面，Si元素添加过多会使铝合金基体析出沉淀强化相Mg2Si，不利于Mg元素固溶强化作用的发挥。因此本发明中Si元素的含量控制为0.6％～2.0％。。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金按质量百分比由6％～7％Mg、0.8％～1.0％Mn、0.4％～0.5％Cu、0.1％～0.4％Fe、0.05％～0.4％Ti和余量为Al组成。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述复杂构件仪表级复合材料基体铝合金中Mg元素与Mn元素的质量比为(5～7):1。其他与具体实施方式一或二相同。
本实施方式中Mg元素和Mn元素是固溶强化型铝合金常用的合金元素，合理控制Mg元素和Mn元素的质量比，能够有效的发挥两者的固溶强化效果，因此本文中Mg和Mn元素的质量比控制为(5～7):1。
具体实施方式四：本实施方式一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按质量百分比由4％～8％Mg、0.7％～1.2％Mn、0.1％～0.6％Cu、0.01％～0.5％Fe、0.01％～0.5％Ti、0.6％～2.0％Si和余量为Al进行备料，得到待熔炼金属；其中Mg采用镁锭、Mn采用铝锰合金、Cu采用铝铜合金、Fe采用铝铁合金、Ti采用铝钛合金、Si采用铝硅合金；
二、熔炼合金：将炉气温度设定为700℃～800℃，将镁锭和铝铜合金依次加入到熔炼炉中，待其完全熔化得到熔体A，搅拌均匀后保温20min；将熔体A温度升至800℃～1060℃后，将铝锰合金、铝铁合金、铝钛合金和铝硅合金依次加入到熔体A中，搅拌均匀后，加入精炼剂并通入保护气进行除气除渣5min～40min，静置后得到熔体B，随后将熔体B浇注成锭，得到铸锭；
三、热处理：在温度为320～400℃的条件下对铸锭进行退火处理，时间为3～5h，控制冷却速度炉冷，炉内温度低于80℃后取出，即得到铝合金成品。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤一中按质量百分比由6％～7％Mg、0.8％～1.0％Mn、0.4％～0.5％Cu、0.1％～0.4％Fe、0.05％～0.4％Ti和余量为Al进行备料。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：步骤一中Mg元素与Mn元素的质量比为(5～7):1。其他与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：步骤二中所述精炼剂由氯化钾、冰晶石和六氯乙烷组成，所述精炼剂的添加量为熔体质量的0.2％，所述精炼剂中氯化钾、冰晶石和六氯乙烷的质量比为1：(0.5-1)：(2-5)。其他与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：步骤二中所述熔体A的搅拌速度为150～200r/min，搅拌时间为20～30min。其他与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是：步骤二中所述熔体B的搅拌速度为250～350r/min，搅拌时间为40～60min。其他与具体实施方式四至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：步骤三中所述冷却速度为5～8℃/min。其他与具体实施方式四至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按质量百分比由6％Mg、0.9％Mn、0.4％Cu、0.2％Fe、0.3％Ti、1.0％Si和余量为Al进行备料，得到待熔炼金属；其中Mg采用镁锭、Mn采用铝锰合金、Cu采用铝铜合金、Fe采用铝铁合金、Ti采用铝钛合金、Si采用铝硅合金；
二、熔炼合金：将炉气温度设定为800℃，将镁锭和铝铜合金依次加入到熔炼炉中，待其完全熔化得到熔体A，搅拌速度为200r/min，搅拌均匀后保温20min；将熔体A温度升至900℃后，将铝锰合金、铝铁合金、铝钛合金和铝硅合金依次加入到熔体A中，搅拌均匀后，加入精炼剂并通入保护气Ar进行除气除渣20min，静置后得到熔体B，随后将熔体B浇注成锭，得到铸锭；所述精炼剂由氯化钾、冰晶石和六氯乙烷组成，所述精炼剂的添加量为熔体质量的0.2％，所述精炼剂中氯化钾、冰晶石和六氯乙烷的质量比为1:1:2；
三、热处理：在温度为350℃的条件下对铸锭进行退火处理，时间为3h，控制冷却速度为5℃/min炉冷，炉内温度低于80℃后取出，即得到铝合金成品。实施例一：一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按质量百分比由7％Mg、1.0％Mn、0.3％Cu、0.2％Fe、0.3％Ti、1.5％Si和余量为Al进行备料，得到待熔炼金属；其中Mg采用镁锭、Mn采用铝锰合金、Cu采用铝铜合金、Fe采用铝铁合金、Ti采用铝钛合金、Si采用铝硅合金；
二、熔炼合金：将炉气温度设定为850℃，将镁锭和铝铜合金依次加入到熔炼炉中，待其完全熔化得到熔体A，搅拌速度为200r/min，搅拌均匀后保温20min；将熔体A温度升至950℃后，将铝锰合金、铝铁合金、铝钛合金和铝硅合金依次加入到熔体A中，搅拌均匀后，加入精炼剂并通入保护气Ar进行除气除渣20min，静置后得到熔体B，随后将熔体B浇注成锭，得到铸锭；所述精炼剂由氯化钾、冰晶石和六氯乙烷组成，所述精炼剂的添加量为熔体质量的0.2％，精炼剂中氯化钾、冰晶石和六氯乙烷的质量比为1:1:5；
三、热处理：在温度为380℃的条件下对铸锭进行退火处理，时间为3h，控制冷却速度为8℃/min炉冷，炉内温度低于80℃后取出，即得到铝合金成品。
对实施例一和实施例二得到的铝合金成品进行性能测试，其结果如表1所示。表1
| 实施例 | 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) | 延伸率(％) |
| 一 | 300 | 280 | 9 |
| 二 | 305 | 287 | 8 |
Claims (10)
1.一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金，其特征在于复杂构件仪表级复合材料基体铝合金按质量百分比由4％～8％Mg、0.7％～1.2％Mn、0.1％～0.6％Cu、0.01％～0.5％Fe、0.01％～0.5％Ti和余量为Al组成。
2.根据权利要求1所述的一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金，其特征在于一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金按质量百分比由6％～7％Mg、0.8％～1.0％Mn、0.4％～0.5％Cu、0.1％～0.4％Fe、0.05％～0.4％Ti和余量为Al组成。
3.根据权利要求1所述的一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金，其特征在于所述复杂构件仪表级复合材料基体铝合金中Mg元素与Mn元素的质量比为(5～7):1。
4.如权利要求1所述的一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法，其特征在于复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、配料：按质量百分比由4％～8％Mg、0.7％～1.2％Mn、0.1％～0.6％Cu、0.01％～0.5％Fe、0.01％～0.5％Ti、0.6％～2.0％Si和余量为Al进行备料，得到待熔炼金属；其中Mg采用镁锭、Mn采用铝锰合金、Cu采用铝铜合金、Fe采用铝铁合金、Ti采用铝钛合金、Si采用铝硅合金；
二、熔炼合金：将炉气温度设定为700℃～800℃，将镁锭和铝铜合金依次加入到熔炼炉中，待其完全熔化得到熔体A，搅拌均匀后保温20min；将熔体A温度升至800℃～1060℃后，将铝锰合金、铝铁合金、铝钛合金和铝硅合金依次加入到熔体A中，搅拌均匀后，加入精炼剂并通入保护气进行除气除渣5min～40min，静置后得到熔体B，随后将熔体B浇注成锭，得到铸锭；
三、热处理：在温度为320～400℃的条件下对铸锭进行退火处理，时间为3～5h，控制冷却速度炉冷，炉内温度低于80℃后取出，即得到铝合金成品。
5.根据权利要求4所述的一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法，其特征在于步骤一中按质量百分比由6％～7％Mg、0.8％～1.0％Mn、0.4％～0.5％Cu、0.1％～0.4％Fe、0.05％～0.4％Ti和余量为Al进行备料。
6.根据权利要求4所述的一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法，其特征在于步骤一中Mg元素与Mn元素的质量比为(5～7):1。
7.根据权利要求4所述的一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法，其特征在于步骤二中所述精炼剂由氯化钾、冰晶石和六氯乙烷组成，所述精炼剂的添加量为熔体质量的0.2％，所述精炼剂中氯化钾、冰晶石和六氯乙烷的质量比为1：(0.5-1)：(2-5)。
8.根据权利要求4所述的一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法，其特征在于步骤二中所述熔体A的搅拌速度为150～200r/min，搅拌时间为20～30min。
9.根据权利要求4所述的一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法，其特征在于步骤二中所述熔体B的搅拌速度为250～350r/min，搅拌时间为40～60min。
10.根据权利要求4所述的一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金的制备方法，其特征在于步骤三中所述冷却速度为5～8℃/min。
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| CN201811621031.3A CN109593995A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种复杂构件仪表级复合材料基体铝合金及其制备方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN112440027A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-05 | 迈特李新材料(深圳)有限公司 | 一种用于电弧增材制造的铝基复合材料焊丝及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6468440A (en) * | 1987-09-07 | 1989-03-14 | Ryobi Ltd | Corrosion-resistant aluminum alloy |
| JPH01132737A (ja) * | 1987-11-19 | 1989-05-25 | Furukawa Alum Co Ltd | 缶用アルミニウム合金材 |
| CN104694799A (zh) * | 2013-12-03 | 2015-06-10 | 本田技研工业株式会社 | 铝部件 |
| CN106435299A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-02-22 | 华南理工大学 | 一种SiC颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 |
-
2018
- 2018-12-28 CN CN201811621031.3A patent/CN109593995A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112440027A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-05 | 迈特李新材料(深圳)有限公司 | 一种用于电弧增材制造的铝基复合材料焊丝及其制备方法 |
| CN112440027B (zh) * | 2020-11-20 | 2021-11-12 | 迈特李新材料(深圳)有限公司 | 一种用于电弧增材制造的铝基复合材料焊丝及其制备方法 |
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