CN111057911A - 一种Al-Bi偏晶合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种Al‑Bi偏晶合金及其制备方法，属于Al系轴瓦合金材料制备技术领域。本发明提供的制备方法将Al‑Bi合金材料和Sc元素熔融，得到合金熔体；将所述合金熔体浇铸，得到所述Al‑Bi偏晶合金。本发明在Al‑Bi合金材料中添加Sc元素，Sc元素作为密度最小的过渡金属元素，在铝中能够形成细小弥散的Al3Sc析出相，并与铝基体保持很好的共格关系，可有效改善合金的组织；同时，可促进液滴发生异质形核，提高弥散相液滴的形核率，有利于偏晶合金形成弥散型凝固组织，抑制相偏析。实施例的数据表明：本发明提供的Al‑Bi偏晶合金的硬度值为2.6～8.1HRC，抗拉强度为23～35MPa。

Description

一种Al-Bi偏晶合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及Al系轴瓦合金材料制备技术领域，尤其涉及一种Al-Bi偏晶合金及其制备方法。
背景技术
Al系偏晶合金是一种Al与Pb、Bi形成的二元或多元偏晶合金，由于基体中Pb、Bi的存在，使其具备柔顺性和减摩性，成为一种优良的轴瓦合金材料，是目前汽车工业中主导的轴瓦合金。然而，在Al-Pb或Al-Bi二元相图中，存在一个液相不混溶区，铸造过程中，当高温熔体冷却进去不混溶区时，由于液相Al与Bi或Pb相不相溶，在地面重力场下，液相会产生严重的成分偏析，从而影响合金组织和性能，导致常规铸造技术难以制备这种偏晶合金。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Al-Bi偏晶合金及其制备方法。本发明提供的制备方法在Al-Bi合金熔体中添加微量的Sc元素，在铝合金中形成Al3Sc析出相，减小弥散相液滴的尺寸和迁移速度从而改善合金组织，减缓Al-Bi偏晶合金成分偏析的形成速度，抑制相偏析，提高偏晶合金性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种Al-Bi偏晶合金的制备方法，包括以下步骤：
将Al-Bi合金材料和Sc元素熔融，得到合金熔体；
将所述合金熔体浇铸，获得Al-Bi偏晶合金。
优选地，所述Sc元素的添加量为Al-Bi合金材料质量的0.05～0.2％。
优选地，所述Sc元素的添加量为Al-Bi合金材料质量的0.2％。
优选地，所述Sc元素的添加形式为Al-Sc合金。
优选地，将Al-Bi合金材料和Sc元素熔融，得到合金熔体的具体步骤包括：
将Al-Bi合金材料熔融后，再加入Sc元素，得到熔炼液体；将所述熔炼液体降温至700～720℃，扒渣，得到所述合金熔体。
优选地，所述熔融的温度为1050～1100℃。
优选地，加入Sc元素后，还包括在搅拌的条件下保温5min。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的Al-Bi偏晶合金，所述Al-Bi偏晶合金中含有Al3Sc相，所述Al-Bi偏晶合金的硬度值为2.6～8.1HRC，抗拉强度为23～35MPa。
本发明提供了一种Al-Bi偏晶合金的制备方法，包括以下步骤：将Al-Bi合金材料和Sc元素熔融，得到合金熔体；将所述合金熔体浇铸，获得Al-Bi偏晶合金。本发明在Al-Bi合金材料中添加Sc元素，Sc元素作为密度最小的过渡金属元素，在铝中能够形成细小弥散的Al3Sc析出相，并与铝基体保持很好的共格关系，可有效改善合金的组织；同时，可促进液滴发生异质形核，提高弥散相液滴的形核率，有利于偏晶合金形成弥散型凝固组织，抑制相偏析。实施例的数据表明：本发明制得的Al-Bi偏晶合金的硬度值为2.6～8.1HRC，抗拉强度为23～35MPa。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的Al-Bi偏晶合金，由于本发明在Al-Bi合金材料中加入了Sc元素，抑制了相偏析，使Al-Bi偏晶合金具有优异的抗拉强度和硬度值。
附图说明
图1为实施例1～4所得Al-Bi偏晶合金的金相显微组织；
图2为实施例1～4所得Al-Bi偏晶合金的硬度曲线图；
图3为实施例1～4所得Al-Bi偏晶合金的抗拉强度曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种Al-Bi偏晶合金的制备方法，包括以下步骤：
将Al-Bi合金材料和Sc元素熔融，得到合金熔体；
将所述合金熔体浇铸，获得Al-Bi偏晶合金。
本发明将Al-Bi合金材料和Sc元素熔融，得到合金熔体。
在本发明中，所述Sc元素的添加量优选为Al-Bi合金材料质量的0.05～0.2％，进一步优选为0.2％。
在本发明中，所述Sc元素的添加形式优选为Al-Sc合金；本发明对所述Al-Sc合金中Al和Sc元素的含量不做具体限定，只要能够使Sc元素的添加量满足所述要求即可；本发明对所述Al-Sc合金的来源不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的市售Al-Sc合金即可。
本发明对所述Al-Bi合金材料中Al和Bi的含量不做具体限定，本领域技术人员选用市售的Al-Bi合金材料即可，具体地，优选为Al-12wt％Bi合金材料。
在本发明中，将Al-Bi合金材料和Sc元素熔融，得到合金熔体的具体步骤优选包括：
将Al-Bi合金材料熔融后，再加入Sc元素，得到熔炼液体；将所述熔炼液体降温至700～720℃，扒渣，得到所述合金熔体。
在本发明中，所述熔融的温度优选为1050～1100℃；本发明对所述熔融的时间不做具体限定，只要能够使Al-Bi合金材料熔融完全即可。
在本发明中，加入Sc元素后，优选还包括搅拌并保温5min。
本发明对所述扒渣的方式不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的扒渣手段即可。
本发明在Al-Bi合金材料中添加过渡金属元素Sc，通过控制Sc元素与Al-Bi合金材料的质量比、熔炼处理工艺，促进了弥散型Al-Bi合金凝固组织的形成，抑制偏晶合金凝固组织的成分偏析，提高了合金再结晶温度和组织的稳定性。
得到合金熔体后，本发明将所述合金熔体浇铸，获得Al-Bi偏晶合金。
在本发明中，所述浇铸用模具优选为金属模具；所述金属模具的材质优选为H13。
本发明对所述合金熔体浇铸的方式及参数不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的在制备Al系偏晶合金的浇铸方式和参数即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的Al-Bi偏晶合金。在本发明中，所述Al-Bi偏晶合金中含有Al3Sc相，所述Al-Bi偏晶合金的硬度值为2.6～8.1HRC，抗拉强度为23～35MPa。
本发明在Al-Bi合金材料中添加了Sc元素，抑制了相偏析，使Al-Bi偏晶合金具有优异的抗拉强度和硬度值。
下面结合实施例对本发明提供的Al-Bi偏晶合金及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将400gAl-12wt％Bi合金材料放入坩埚中，升温至1050℃使Al-12wt％Bi合金材料完全熔融后，添加Al-Sc合金，使得Sc元素质量占Al-12wt％Bi合金材料质量的0.05％，搅拌均匀并保温5min，得到合金液体；将所述合金液体降温至700℃～720℃，扒渣，得到合金熔体；
将所述合金熔体浇入金属模具成铸坯，获得Al-Bi偏晶合金。
实施例2
将400gAl-12wt％Bi合金材料放入坩埚中，升温至1050℃使Al-12wt％Bi合金材料完全熔融后，添加Al-Sc合金，使得Sc元素质量占Al-12wt％Bi合金材料质量的0.1％，搅拌均匀并保温5min，得到合金液体，将所述合金液体降温至700℃～720℃，扒渣，得到合金熔体；
将所述合金熔体浇入金属模具成铸坯，获得Al-Bi偏晶合金。
实施例3
将400gAl-12wt％Bi合金材料放入坩埚中，升温至1100℃使Al-12wt％Bi合金材料完全熔融后，添加Al-Sc合金，使得Sc元素质量占Al-12wt％Bi合金材料质量的0.15％，搅拌均匀并保温5min，得到合金液体，将所述合金液体降温至700℃～720℃，扒渣，得到合金熔体；
将所述合金熔体浇入金属模具成铸坯，获得Al-Bi偏晶合金。
实施例4
将400gAl-12wt％Bi合金材料放入坩埚中，升温至1100℃使Al-12wt％Bi合金材料完全熔融后，添加Al-Sc合金，使得Sc元素质量占Al-12wt％Bi合金材料质量的0.2％，搅拌均匀并保温5min，得到合金液体，将所述合金液体降温至700℃～720℃，扒渣，得到合金熔体；
将所述合金熔体浇入金属模具成铸坯，获得Al-Bi偏晶合金。
图1为实施例1～4所得Al-Bi偏晶合金的金相显微组织，其中a、b、c和d分别对应实施例1～4所得Al-Bi偏晶合金的金相显微组织。从图1可以看出：随着微量元素Sc添加量的增加，黑色Bi相粒子的分布更加密集且均匀。
图2为实施例1～4所得Al-Bi偏晶合金的硬度曲线图，从图2可以看出，随着Sc元素的添加，Al-Bi偏晶合金的硬度呈上升趋势，Al-Bi合金材料的初始硬度值约为2.1HRC，当加入Sc元素含量由0.05％上升到0.2％这个阶段过程中，合金硬度值由2.6HRC上升到最大8.1HRC。
图3为实施例1～4所得Al-Bi偏晶合金的抗拉强度曲线图，从图3可以看出：随着Sc含量的增加，Al-Bi偏晶合金的抗拉强度呈上升趋势。
综上所述，微量元素Sc的添加有益于Al-Bi偏晶合金的改善，细化了铸态合金晶粒，促进了弥散型Al-Bi合金凝固组织的形成，抑制了再结晶晶粒的形核与长大，基本消除了偏晶合金凝固组织的成分偏析，提高了合金组织的稳定性，得到了性能优良的Al-Bi合金材料。
以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种Al-Bi偏晶合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将Al-Bi合金材料和Sc元素熔融，得到合金熔体；
将所述合金熔体浇铸，得到所述Al-Bi偏晶合金。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Sc元素的添加量为Al-Bi合金材料质量的0.05～0.2％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述Sc元素的添加量为Al-Bi合金材料质量的0.2％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Sc元素的添加形式为Al-Sc合金。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将Al-Bi合金材料和Sc元素熔融，得到合金熔体的具体步骤包括：
将Al-Bi合金材料熔融后，再加入Sc元素，得到熔炼液体；将所述熔炼液体降温至700～720℃，扒渣，得到所述合金熔体。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述熔融的温度为1050～1100℃。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，加入Sc元素后，还包括在搅拌的条件下保温5min。
8.权利要求1～7任一项所述制备方法得到的Al-Bi偏晶合金，其特征在于，所述Al-Bi偏晶合金中含有Al3Sc相，所述Al-Bi偏晶合金的硬度值为2.6～8.1HRC，抗拉强度为23～35MPa。
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