CN109913704A

CN109913704A - 一种微合金化耐高温铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN109913704A
Application number: CN201711332774.4A
Authority: CN
Inventors: 张立民
Original assignee: Qingdao Engelhard Technology Co Ltd
Current assignee: Qingdao Engelhard Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2019-06-21

Abstract

一种微合金化耐高温铝合金及其制备方法，属于金属材料领域。本发明将微量Sc、V、Nb、Mo、TiB₂、Al₂O₃加入铝硅镁合金基体中，通过TiB₂、Al₂O₃颗粒的异质形核核心作用，得到细小金属间化合物的同时并使其均匀分布于α‑Al晶粒，从而提高合金的高温强度，包括以下步骤：加入铝硅镁合金锭全部熔化后覆盖熔体；加入TiB₂、Al₂O₃其中的一种或两种后保温；加入元素Sc、V、Nb、Mo其中的两种或几种后保温；铝合金熔体经精炼后便可浇注成锭坯或零部件，冷却后便可耐高温铝合金。与其它工艺相比，本发明采用无铜或低铜的铝硅镁合金作为基体，通过引入微量TiB₂、Al₂O₃颗粒作为Al与Sc、V、Nb、Mo形成二元、三元或四元金属间化合物及α‑Al的形核核心作用，实现金属间化合物在基体中的均匀分布，解决了α‑Al初晶在高温下易变形的问题，从而制备出具有耐高温性能优良的铝合金材料。

Description

一种微合金化耐高温铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于金属材料领域的耐高温铝合金制备技术，特别是一种微合金化高性能铝合金的制备方法。

背景技术

铝合金因其特有的低密度、高强度、耐腐蚀、易成型、可加工等特点，已成为交通领域实现节能减排的首选材料。现有的耐高温铝合金主要以铝硅合金为基体，通过加入铜、镍等耐高温元素，形成Mg₂Si、Al₂Cu晶内析出相及Al₂CuMg、Al₆Cu₃Ni晶界析出相作为耐高温相以提高铝合金的高温强度。其中，铜的含量要大于3wt%以满足耐高温的需求。然而，过高的铜含量对于高温零部件的生产及使用过程会带来不利影响：其一是使零件具有高的热裂敏感性，增加了零部件制备难度及服役过程的稳定性；其二是由于铜的密度(8.9g/cm³)远远大于铝(2.7g/cm³)，在制备过程中容易造成铝合金在熔炼及凝固过程的成分偏析，同时增加了材料的比重。基于铝合金高温性能增强机理，耐高温铝合金的微观组织必须同时具备晶界高温强度及α-Al的耐高温强度，晶界的高温强度可以通过第二相增强体颗粒、共晶硅强化来实现。但对于α-Al的耐高温强度，除了Mg₂Si、Al₂Cu析出相以外目前还没有很好的解决办法，但这两种析出相只能在低于200℃以下使用。在高于这个温度时，这些析出相会随着零部件在高温保持时间而快速长大，从而失去合金的耐高温作用。

经文献检索发现，一种含Zr高强度耐热铝合金材料（CN102828081A），报道了通过高铜（9-10%）和稀土元素（3.2-4.8%）来共同提高合金的高温强度，在320℃时合金的高温强度在250-290MPa。合金中高的铜含量增强了零部件的铸造难度及高的稀土含量增加了零部件的制造成本。高强耐热铝合金（CN1718808A）报道了含硅6.5-17.5%、铜2.5-5.0%、镍1.0-3.0%、镉0.1-0.6%等的铝合金，其在350℃的高温强度为80-160MPa。该合金除含有较高的铜外，还有一定量的镉。目前，还未检索到有关低铜含量耐高温铝合金的研究报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种微合金化耐高温铝合金制备方法。

微合金化是在铝合金中加入微量的合金化元素，利用铝与微量元素间的相互作用形成尺寸细小、具有高温稳定性的金属间化合物，通过其在α-Al中的弥散分布实现增强铝合金高温强度的目的。

本发明将微量Sc、V、Nb、Mo、TiB₂、Al₂O₃加入铝硅镁合金基体中，通过TiB₂、Al₂O₃颗粒的异质形核作用，得到细小金属间化合物的同时并使其均匀分布于α-Al晶粒，从而提高合金的高温强度，包括以下步骤：

（1）加入铝硅镁合金锭全部熔化后覆盖熔体；

（2）加入TiB₂、Al₂O₃其中的一种或两种后保温；

（3）加入元素Sc、V、Nb、Mo其中的两种或几种后保温；

将经上述处理后的铝合金熔体精炼后便可浇注成锭坯或零部件，冷却后便可耐高温铝合金。

步骤（2）中，TiB₂、Al₂O₃颗粒的加入温度在680℃～780℃之间，加入总量为0.1～0.5%。TiB₂、Al₂O₃颗粒的尺寸为500nm～1.5μm。加入方式为原位反应法、机械搅拌法或超声搅拌法。

步骤（3）中，元素Sc、V、Nb、Mo的加入温度在700℃～800℃之间，加入总量为0.1～1.0%。保温时间为20分钟至60分钟。

与其它工艺相比，本发明采用无铜或低铜的铝硅镁合金作为基体，通过引入微量TiB₂、Al₂O₃颗粒作为Al与Sc、V、Nb、Mo形成二元、三元或四元金属间化合物的衬底及α-Al的形核核心作用，实现金属间化合物在基体中的均匀分布，解决了初生α-Al在高温下易形变的问题，从而制备出具有耐高温性能优良的铝合金材料。

具体实施方式

结合本发明的内容提供以下实施例，对本发明作进一步的理解：

实施例1

将A356合金15Kg放入坩埚中熔化，温度达到680℃时，加入0.1%TiB₂，待温度达到700℃加入0.05%Sc，0.05%Nb。温度升温至760℃保温20分钟后进行精炼除气浇入锭模内便得具有耐高温性能的铝合金。其在350℃的高温强度为140MPa。

实施例2

将A336合金15Kg放入坩埚中熔化，温度达到780℃时，加入0.2%TiB₂，0.3%Al₂O₃，温度达到800℃加入0.2%Sc，0.3%V，0.3%Nb，0.2%Mo。保温40分钟后进行精炼除气，随之浇入模具内便得具有良好耐高温性能的铝合金。其在350℃的高温强度为180MPa。

实施例3

将A359合金15Kg放入坩埚中熔化，温度达到730℃时，加入0.2%Al₂O₃，温度达到750℃加入0.15%V，0.15%Nb，0.1%Mo。保温60分钟后进行精炼除气，随之浇入模具内便得具有良好耐高温性能的铝合金。其在350℃的高温强度为160MPa。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims

1.一种微合金化耐高温铝合金及其制备方法，其特征在于，利用铝与微量元素间的相互作用形成尺寸细小、具有高温稳定性的金属间化合物，通过其在α-Al中的弥散分布实现增强铝合金高温强度的目的，包括以下步骤：

（1）加入铝硅镁合金锭全部熔化后覆盖熔体；

（2）加入TiB₂、Al₂O₃其中的一种或两种后保温；

（3）加入元素Sc、V、Nb、Mo其中的两种或几种后保温。

2.根据权利要求1所述的微合金化耐高温铝合金制备方法，其特征是，步骤（2）中，加入元素为TiB₂、Al₂O₃其中的一种或两种。

3.根据权利要求1、2所述的微合金化耐高温铝合金制备方法，其特征是，元素加入量为0.1～0.5%，加入温度为680~780℃。

4.根据权利要求1、2、3所述的微合金化耐高温铝合金制备方法，其特征是，TiB₂、Al₂O₃颗粒的尺寸为500nm～1.5μm。

5.根据权利要求1、2所述的微合金化耐高温铝合金制备方法，其特征是，颗粒加入方法为原位反应法、机械搅拌法或超声搅拌法。

6.根据权利要求1所述的微合金化耐高温铝合金制备方法，其特征是，步骤（3）中，加入元素为Sc、V、Nb、Mo其中的两种或几种。

7.根据权利要求1、6所述的微合金化耐高温铝合金制备方法，其特征是，步骤（3）中，元素加入总量为0.1～1.0%，加入温度为700℃～800℃，保温时间为20分钟至60分钟。