CN110408822A - 一种快速时效处理的高强铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种快速时效处理的高强铝合金，按质量百分比由以下材料制成：Si：7.8‑9.1%，Cu：3.15‑3.6%，La：2.4‑2.8%，Nd：1.7‑1.9%，Mg：0.07‑0.09%，Mn：0.35‑0.4%，Fe：0.62‑0.92%，Zn：2.2‑2.5%，Ni：0.3‑0.4%，Pb：0.02‑0.04%，Sn：0.05‑0.07%，Cd：0.007‑0.009%，Cr：0.06‑0.08%，Hg：0.07‑0.09%，余量为Al。该铝合金的抗压强度和硬度高，并且具有较好的耐腐蚀性能。

Description

一种快速时效处理的高强铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种快速时效处理的高强铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。目前铝合金是应用最多的合金。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材，抗腐蚀性能好。但是纯铝的强度很低，退火状态 σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。
但是现有的铝合金加工过程中一般不进行时效处理，造成铝合金的抗拉强度较低，并且硬度较小，使用寿命不长。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种快速时效处理的高强铝合金，抗压强度和硬度高，并且具有较好的耐腐蚀性能。
本发明是这样实现的，一种快速时效处理的高强铝合金，按质量百分比由以下材料制成：Si：7.8-9.1%，Cu：3.15-3.6%，La：2.4-2.8%，Nd：1.7-1.9%，Mg：0.07-0.09%，Mn：0.35-0.4%，Fe：0.62-0.92%，Zn：2.2-2.5%，Ni：0.3-0.4%，Pb：0.02-0.04%，Sn：0.05-0.07%，Cd：0.007-0.009%，Cr：0.06-0.08%，Hg：0.07-0.09%，余量为Al。其中添加的稀土元素La和Nd使得铝合金的强度、塑性均有所提高。这主要得益于稀土元素对合金组织的改善以及弥散的稀土化合物强烈的沉淀强化效应等。添加稀土元素可以导致合金断裂过程中裂纹萌生位置与扩展途径发生改变，有利于合金的韧化。同时铝合金中随稀土含量的增加，抗拉强度、硬度提高，而延伸率略有下降。由此可见，伴随稀土的加入，合金的机械性能大有改善。稀土元素的加入也可以改善铝合金的铸造性能。这是因为铁是铝合金中非常有害的杂质，万分之几的Fe就能形成Al+FeAl3的共晶硅，大多数含铁相的结晶组织都十分粗大，直接影响合金的机械性能，降低合金的流动性，增加组织不均匀性，添加稀土，则可以改变铁相的存在形态，提高铝合金的铸造性能。从而降低了生产成本。
作为优选，按质量百分比由以下材料制成：Si：7.8%，Cu：3.15%，La：2.4%，Nd：1.7%，Mg：0.07%，Mn：0.35%，Fe：0.62%，Zn：2.2%，Ni：0.3%，Pb：0.02%，Sn：0.05%，Cd：0.007%，Cr：0.06%，Hg：0.07%，余量为Al。
作为优选，按质量百分比由以下材料制成：Si：8.5%，Cu：3.35%，La：2.6%，Nd：1.8%，Mg：0.08%，Mn：0.37%，Fe：0.77%，Zn：2.3%，Ni：0.35%，Pb：0.03%，Sn：0.06%，Cd：0.008%，Cr：0.07%，Hg：0.08%，余量为Al。
作为优选，按质量百分比由以下材料制成：Si：9.1%，Cu：3.6%，La：2.8%，Nd：1.9%，Mg：0.09%，Mn：0.4%，Fe：0.92%，Zn：2.5%，Ni：0.4%，Pb：0.04%，Sn：0.07%，Cd：0.009%，Cr：0.08%，Hg：0.09%，余量为Al。
该铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1）将原料按照质量百分比进行称重，投入到中频感应炉，控制加热温度为730-740℃，开启电磁搅拌，维持加热时间为25-35min；
2）将中频感应炉温度调节为680-690℃，关闭电磁搅拌，使用铁耙将中频感应炉内的铝灰清除出；
3）将精炼机的精炼管伸入到中频感应炉内，精炼管内导入0.2-0.3MPa的氮气，将精炼管末端插入到熔铸炉的铝液内，按铝液总质量的0.4﹪-0.5﹪导入精炼剂，维持精炼时间为40-50min；
4）将精炼完成后的铝液使用坩埚转移到模具内，模具内部进行预热，预热温度为220-250℃，浇注完成后，静置30min，然后待模具内的铸锭自然冷却后开模取出；
5）将步骤4）所得的铸锭在加热炉内加热至655℃，取出在锻造机内使用400kg锤按照锻造比为6，锻造5-7min，得到锻件；
6）将步骤5）所得锻件在加热炉内加热至540℃，维持6h，取出后放入120-130℃淬火油内进行20min的淬火处理，得到淬火件；
7）将步骤6）所得淬火件使用清洗剂进行清洗，即可得到产品。
所述步骤4）中精炼剂按质量百分比包括六氟苯：25%，铝矾土 ：15%，石墨：25%，二氧化锰：10%和六硼化钙：25%。
作为优选，所述中频感应炉的频率为8000Hz。
作为优选，所述步骤5）中锻造机的400kg锤每分钟下锤50-80次。
作为优选，所述步骤7）中产品的尺寸为300mm*200mm*20mm。
作为优选，所述步骤6）中清洗剂采用水基金属清洗剂。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：原料中添加的Si：7.8-9.1%，Cu：3.15-3.6%，La：2.4-2.8%，Nd：1.7-1.9%，Mg：0.07-0.09%，Mn：0.35-0.4%，Fe：0.62-0.92%，Zn：2.2-2.5%，Ni：0.3-0.4%，Pb：0.02-0.04%，Sn：0.05-0.07%，Cd：0.007-0.009%，Cr：0.06-0.08%，Hg：0.07-0.09%，余量为Al使得材料的抗拉强度较高，采用的制备方法中采用锻造工艺使得铝合金材料韧性提升，并且消除材料内部的残余应力，为后续的淬火处理提供保障，而淬火处理能够进一步提升铝合金的结构强度和硬度，并且添加了稀土元素有效地阻碍了基体变形和晶界移动，提升铝合金的高温性能，并且具有耐腐蚀效果。
具体实施方式
实施例1
本发明所提供的一种快速时效处理的高强铝合金，按质量百分比由以下材料制成：Si：7.8%，Cu：3.15%，La：2.4%，Nd：1.7%，Mg：0.07%，Mn：0.35%，Fe：0.62%，Zn：2.2%，Ni：0.3%，Pb：0.02%，Sn：0.05%，Cd：0.007%，Cr：0.06%，Hg：0.07%，余量为Al。
该铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1）将原料按照质量百分比进行称重，投入到中频感应炉，控制加热温度为730-740℃，开启电磁搅拌，维持加热时间为25-35min；
2）将中频感应炉温度调节为680-690℃，关闭电磁搅拌，使用铁耙将中频感应炉内的铝灰清除出；
3）将精炼机的精炼管伸入到中频感应炉内，精炼管内导入0.2-0.3MPa的氮气，将精炼管末端插入到熔铸炉的铝液内，按铝液总质量的0.4﹪-0.5﹪导入精炼剂，维持精炼时间为40-50min；
4）将精炼完成后的铝液使用坩埚转移到模具内，模具内部进行预热，预热温度为220-250℃，浇注完成后，静置30min，然后待模具内的铸锭自然冷却后开模取出；
5）将步骤4）所得的铸锭在加热炉内加热至655℃，取出在锻造机内使用400kg锤按照锻造比为6，锻造5-7min，得到锻件；
6）将步骤5）所得锻件在加热炉内加热至540℃，维持6h，取出后放入120-130℃淬火油内进行20min的淬火处理，得到淬火件；
7）将步骤6）所得淬火件使用清洗剂进行清洗，即可得到产品。
所述步骤4）中精炼剂按质量百分比包括六氟苯：25%，铝矾土 ：15%，石墨：25%，二氧化锰：10%和六硼化钙：25%。
所述中频感应炉的频率为8000Hz。
所述步骤5）中锻造机的400kg锤每分钟下锤50-80次。
所述步骤7）中产品的尺寸为300mm*200mm*20mm。
所述步骤6）中清洗剂采用水基金属清洗剂。
实施例2
一种快速时效处理的高强铝合金，按质量百分比由以下材料制成：Si：8.5%，Cu：3.35%，La：2.6%，Nd：1.8%，Mg：0.08%，Mn：0.37%，Fe：0.77%，Zn：2.3%，Ni：0.35%，Pb：0.03%，Sn：0.06%，Cd：0.008%，Cr：0.07%，Hg：0.08%，余量为Al。
该铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1）将原料按照质量百分比进行称重，投入到中频感应炉，控制加热温度为730-740℃，开启电磁搅拌，维持加热时间为25-35min；
2）将中频感应炉温度调节为680-690℃，关闭电磁搅拌，使用铁耙将中频感应炉内的铝灰清除出；
3）将精炼机的精炼管伸入到中频感应炉内，精炼管内导入0.2-0.3MPa的氮气，将精炼管末端插入到熔铸炉的铝液内，按铝液总质量的0.4﹪-0.5﹪导入精炼剂，维持精炼时间为40-50min；
4）将精炼完成后的铝液使用坩埚转移到模具内，模具内部进行预热，预热温度为220-250℃，浇注完成后，静置30min，然后待模具内的铸锭自然冷却后开模取出；
5）将步骤4）所得的铸锭在加热炉内加热至655℃，取出在锻造机内使用400kg锤按照锻造比为6，锻造5-7min，得到锻件；
6）将步骤5）所得锻件在加热炉内加热至540℃，维持6h，取出后放入120-130℃淬火油内进行20min的淬火处理，得到淬火件；
7）将步骤6）所得淬火件使用清洗剂进行清洗，即可得到产品。
所述步骤4）中精炼剂按质量百分比包括六氟苯：25%，铝矾土 ：15%，石墨：25%，二氧化锰：10%和六硼化钙：25%。
所述中频感应炉的频率为8000Hz。
所述步骤5）中锻造机的400kg锤每分钟下锤50-80次。
所述步骤7）中产品的尺寸为300mm*200mm*20mm。
所述步骤6）中清洗剂采用水基金属清洗剂。
实施例3
一种快速时效处理的高强铝合金，按质量百分比由以下材料制成：Si：9.1%，Cu：3.6%，La：2.8%，Nd：1.9%，Mg：0.09%，Mn：0.4%，Fe：0.92%，Zn：2.5%，Ni：0.4%，Pb：0.04%，Sn：0.07%，Cd：0.009%，Cr：0.08%，Hg：0.09%，余量为Al。
该铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1）将原料按照质量百分比进行称重，投入到中频感应炉，控制加热温度为730-740℃，开启电磁搅拌，维持加热时间为25-35min；
2）将中频感应炉温度调节为680-690℃，关闭电磁搅拌，使用铁耙将中频感应炉内的铝灰清除出；
3）将精炼机的精炼管伸入到中频感应炉内，精炼管内导入0.2-0.3MPa的氮气，将精炼管末端插入到熔铸炉的铝液内，按铝液总质量的0.4﹪-0.5﹪导入精炼剂，维持精炼时间为40-50min；
4）将精炼完成后的铝液使用坩埚转移到模具内，模具内部进行预热，预热温度为220-250℃，浇注完成后，静置30min，然后待模具内的铸锭自然冷却后开模取出；
5）将步骤4）所得的铸锭在加热炉内加热至655℃，取出在锻造机内使用400kg锤按照锻造比为6，锻造5-7min，得到锻件；
6）将步骤5）所得锻件在加热炉内加热至540℃，维持6h，取出后放入120-130℃淬火油内进行20min的淬火处理，得到淬火件；
7）将步骤6）所得淬火件使用清洗剂进行清洗，即可得到产品。
所述步骤4）中精炼剂按质量百分比包括六氟苯：25%，铝矾土 ：15%，石墨：25%，二氧化锰：10%和六硼化钙：25%。
所述中频感应炉的频率为8000Hz。
所述步骤5）中锻造机的400kg锤每分钟下锤50-80次。
所述步骤7）中产品的尺寸为300mm*200mm*20mm。
所述步骤6）中清洗剂采用水基金属清洗剂。
选取实施例1-3所得的铝合金材料与现有的2系铝合金（作为对照组）采用抗拉强度测试仪进行抗拉强度测试，所有试样的尺寸均为300mm*200mm*20mm，再通过硬度检测仪进行表面硬度检测，得到下表数据：
对比以上结果可知，本发明实施例1-3的铝合金相较于现有的普通铝合金材料，抗拉强度更高，材料表面的硬度更高。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：原料中添加的Si：7.8-9.1%，Cu：3.15-3.6%，La：2.4-2.8%，Nd：1.7-1.9%，Mg：0.07-0.09%，Mn：0.35-0.4%，Fe：0.62-0.92%，Zn：2.2-2.5%，Ni：0.3-0.4%，Pb：0.02-0.04%，Sn：0.05-0.07%，Cd：0.007-0.009%，Cr：0.06-0.08%，Hg：0.07-0.09%，余量为Al使得材料的抗拉强度较高，采用的制备方法中采用锻造工艺使得铝合金材料韧性提升，并且消除材料内部的残余应力，为后续的淬火处理提供保障，而淬火处理能够进一步提升铝合金的结构强度和硬度，并且添加了稀土元素有效地阻碍了基体变形和晶界移动，提升铝合金的高温性能，并且具有耐腐蚀效果。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种快速时效处理的高强铝合金，其特征在于，按质量百分比由以下材料制成：Si：7.8-9.1%，Cu：3.15-3.6%，La：2.4-2.8%，Nd：1.7-1.9%，Mg：0.07-0.09%，Mn：0.35-0.4%，Fe：0.62-0.92%，Zn：2.2-2.5%，Ni：0.3-0.4%，Pb：0.02-0.04%，Sn：0.05-0.07%，Cd：0.007-0.009%，Cr：0.06-0.08%，Hg：0.07-0.09%，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种快速时效处理的高强铝合金，其特征在于，按质量百分比由以下材料制成：Si：7.8%，Cu：3.15%，La：2.4%，Nd：1.7%，Mg：0.07%，Mn：0.35%，Fe：0.62%，Zn：2.2%，Ni：0.3%，Pb：0.02%，Sn：0.05%，Cd：0.007%，Cr：0.06%，Hg：0.07%，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种快速时效处理的高强铝合金，其特征在于，按质量百分比由以下材料制成：Si：8.5%，Cu：3.35%，La：2.6%，Nd：1.8%，Mg：0.08%，Mn：0.37%，Fe：0.77%，Zn：2.3%，Ni：0.35%，Pb：0.03%，Sn：0.06%，Cd：0.008%，Cr：0.07%，Hg：0.08%，余量为Al。
4.根据权利要求1所述的一种快速时效处理的高强铝合金，其特征在于，按质量百分比由以下材料制成：Si：9.1%，Cu：3.6%，La：2.8%，Nd：1.9%，Mg：0.09%，Mn：0.4%，Fe：0.92%，Zn：2.5%，Ni：0.4%，Pb：0.04%，Sn：0.07%，Cd：0.009%，Cr：0.08%，Hg：0.09%，余量为Al。
5.根据权利要求1所述的一种快速时效处理的高强铝合金，其特征在于，该铝合金的制备方法，包括以下步骤：
将原料按照质量百分比进行称重，投入到中频感应炉，控制加热温度为730-740℃，开启电磁搅拌，维持加热时间为25-35min；
将中频感应炉温度调节为680-690℃，关闭电磁搅拌，使用铁耙将中频感应炉内的铝灰清除出；
将精炼机的精炼管伸入到中频感应炉内，精炼管内导入0.2-0.3MPa的氮气，将精炼管末端插入到熔铸炉的铝液内，按铝液总质量的0.4﹪-0.5﹪导入精炼剂，维持精炼时间为40-50min；
将精炼完成后的铝液使用坩埚转移到模具内，模具内部进行预热，预热温度为220-250℃，浇注完成后，静置30min，然后待模具内的铸锭自然冷却后开模取出；
将步骤4）所得的铸锭在加热炉内加热至655℃，取出在锻造机内使用400kg锤按照锻造比为6，锻造5-7min，得到锻件；
将步骤5）所得锻件在加热炉内加热至540℃，维持6h，取出后放入120-130℃淬火油内进行20min的淬火处理，得到淬火件；
将步骤6）所得淬火件使用清洗剂进行清洗，即可得到产品。
6.根据权利要求5所述的一种快速时效处理的高强铝合金，其特征在于，所述步骤4）中精炼剂按质量百分比包括六氟苯：25%，铝矾土 ：15%，石墨：25%，二氧化锰：10%和六硼化钙：25%。
7.根据权利要求5所述的一种快速时效处理的高强铝合金，其特征在于，所述中频感应炉的频率为8000Hz。
8.根据权利要求5所述的一种快速时效处理的高强铝合金，其特征在于，所述步骤5）中锻造机的400kg锤每分钟下锤50-80次。
9.根据权利要求5所述的一种快速时效处理的高强铝合金，其特征在于，所述步骤7）中产品的尺寸为300mm*200mm*20mm。
10.根据权利要求5所述的一种快速时效处理的高强铝合金，其特征在于，所述步骤6）中清洗剂采用水基金属清洗剂。
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CN115194083A (zh) * 2022-06-29 2022-10-18 中国第一汽车股份有限公司 一种铸锻联合乘用车铝合金后转向节的生产方法

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