CN111235441A

CN111235441A - 一种含Sb的耐热铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN111235441A
Application number: CN202010113181.4A
Authority: CN
Inventors: 隋来智; 程仁寨; 隋信磊; 马旭; 任伟才; 任阁; 任少华
Original assignee: Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Current assignee: Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Priority date: 2020-02-24
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2020-06-05

Abstract

本发明提供一种含Sb的耐热铝合金及其制备方法，主要涉及合金技术领域。一种含Sb的耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：5.5‑7.5%Zn；2‑3%Mg；1‑2%Cu；0.3‑0.6%Sc；0.2‑0.5%Sb；余量为Al和不可避免的杂质。一种含Sb的耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：按照如上配比准备原料纯Al锭、纯Mg锭、纯Sb粉、Al‑Cu中间合金、Al‑Zn中间合金和Al‑Sc中间合金；将预热后的纯Al锭、纯Mg锭、纯Sb粉、Al‑Cu中间合金、Al‑Zn中间合金和Al‑Sc中间合金加热熔化并浇铸成形；将得到的铸态合金进行固溶处理和时效处理。本发明的有益效果在于：本发明能够提高铝合金的室温和高温强度及其在200℃‑300℃下的强度稳定性，满足汽车工业对金属型材的需求。

Description

一种含Sb的耐热铝合金及其制备方法

技术领域

本发明主要涉及合金技术领域，具体是一种含Sb的耐热铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金作为现阶段工程应用中轻质的金属结构材料，具有低密度、高比强度和比刚度，在汽车制造领域应用越来越广泛。采用铝合金可以减轻汽车重量，降低能源消耗，同时减少尾气排放,缓解环境污染，对于汽车工业有着重要意义。但是，铝合金的强度和耐热性能不佳，特别是高温下强度大幅下降，就目前常用的铝合金还无法满足汽车工业在200℃-300℃下对零部件强度的要求。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种含Sb的耐热铝合金及其制备方法，它能够提高铝合金的室温和高温强度及其在200℃-300℃下的强度稳定性，满足汽车工业对金属型材的需求。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种含Sb的耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：5.5-7.5%Zn；2-3%Mg；1-2%Cu；0.3-0.6%Sc；0.2-0.5%Sb；余量为Al和不可避免的杂质。

优选的，一种含Sb的耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6-7%Zn；2.5-3%Mg；1.5-2%Cu；0.5-0.6%Sc；0.4-0.5%Sb；余量为Al和不可避免的杂质。

一种含Sb的耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：按照如上配比准备原料纯Al锭、纯Mg锭、纯Sb粉、Al-Cu中间合金、Al-Zn中间合金和Al-Sc中间合金，并将其在180-200℃条件下干燥预热2h备用；

S2：将S1步骤预热后的纯Al锭、纯Mg锭、纯Sb粉加入到反应釜内加热680-700℃至完全融化，然后将反应釜加热至700-720℃时添加Al-Cu中间合金、Al-Zn中间合金和Al-Sc中间合金，保温5-10min，待合金全部熔化后去除表面浮渣，将温度升至740-760℃后停止升温，然后搅拌均匀；

S3：将S2步骤中熔融态金属液降温至690-700℃后静置5-10min，然后将合金液浇注至预热温度为200-300℃的金属型模具中，自然冷却得到铸态合金；

S4：将S3步骤得到的铸态合金进行固溶处理和时效处理，固溶处理温度为470-490℃，处理时间为4-8小时，然后水淬至室温，时效处理温度为160-180℃，处理时间为12-24小时，然后空冷至室温。

对比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明采用Zn为第一组分，在Al中的最大固溶度为12wt%，为保证强化效果和控制合金成本，Zn的加入量选为5.5-7.5%，采用Mg与Zn组合使用，可以降低Zn在Al中的固溶度，减少Zn的用量，从而降低合金中总的合金含量，进而降低合金成本。Mg在Al中的最大固溶度为3.2wt%，为了保证强化效果而又尽量降低总的合金含量，Mg的加入量选为2-3%，Mg与Al可生成Mg₁₂Al₁₇相，该化合物相熔点较高，在高温下仍能保持较高的硬度、钉扎位错和晶界，从而使合金在高温下仍具有较高的强度。加入少量Sc元素可细化晶粒，生成强化相Al₃Sc，提高室温强度，加入少量Sb的生成高熔点强化相AlSb，改善高温强度；利用稀土元素Sc和元素Sb的综合作用，提高了合金的室温和高温强度。

具体实施方式

结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例1：

一种含Sb的耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：5.5%Zn；2%Mg；1%Cu；0.3%Sc；0.2%Sb；余量为Al和不可避免的杂质。

一种含Sb的耐热铝合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：按照如上配比准备原料纯Al锭836kg、纯Mg锭20kg、纯Sb粉2kg、Al-50wt%Cu中间合金20kg、Al-50wt%Zn中间合金110kg和Al-25wt%Sc中间合金12kg，并将其在200℃条件下干燥预热2h备用；

S2：将S1步骤预热后的纯Al锭、纯Mg锭、纯Sb粉加入到反应釜内加热700℃至完全融化，然后将反应釜加热至720℃时添加Al-50wt%Cu中间合金、Al-50wt%Zn中间合金和Al-25wt%Sc中间合金，保温10min，待合金全部熔化后去除表面浮渣，将温度升至760℃后停止升温，然后搅拌均匀；

S3：将S2步骤中熔融态金属液降温至700℃后静置10min，然后将合金液浇注至预热温度为260℃的金属型模具中，自然冷却得到铸态合金；

S4：将S3步骤得到的铸态合金进行固溶处理和时效处理，固溶处理温度为490℃，处理时间为6小时，然后水淬至室温，时效处理温度为180℃，处理时间为20小时，然后空冷至室温。

按照国家标准GB6397-86《金属拉伸实验试样》加工成标准拉伸试样。在岛津AG-I250kN电子拉伸试验机上进行拉伸，拉伸速率为1mm/min。高温拉伸时，要保温5分钟再进行拉伸。

本实施例所得的耐热铝合金，其室温抗拉强度为622MPa，200℃抗拉强度为566MPa，250℃为512MPa，300℃仍高达475MPa。

实施例2：

一种含Sb的耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：6%Zn；2.5%Mg；1.5%Cu；0.5%Sc；0.4%Sb；余量为Al和不可避免的杂质。

本实施例的加工步骤与实施例1相同，仅S1步骤加入各组分原料量不同：

S1：按照如上配比准备原料纯Al锭801kg、纯Mg锭25kg、纯Sb粉4kg、Al-50wt%Cu中间合金30kg、Al-50wt%Zn中间合金120kg和Al-25wt%Sc中间合金20kg，并将其在200℃条件下干燥预热2h备用。

本实施例所得的耐热铝合金，其室温抗拉强度为631MPa，200℃抗拉强度为572MPa，250℃为519MPa，300℃仍高达488MPa。

实施例3：

一种含Sb的耐热铝合金，由以下重量百分比的组分组成：7%Zn；3%Mg；2%Cu；0.6%Sc；0.5%Sb；余量为Al和不可避免的杂质。

S1：按照如上配比准备原料纯Al锭761kg、纯Mg锭30kg、纯Sb粉5kg、Al-50wt%Cu中间合金40kg、Al-50wt%Zn中间合金140kg和Al-25wt%Sc中间合金24kg，并将其在200℃条件下干燥预热2h备用。

本实施例所得的耐热铝合金，其室温抗拉强度为655，200℃抗拉强591MPa，250℃为542MPa，300℃仍高达502MPa。

对比例1：

选取我公司现有产品中的一款商用耐热铝合金7075，对其进行室温与高温下的拉伸测试。其室温抗拉强度为560MPa，200℃抗拉强度为420MPa，250℃为340MPa，300℃降为210MPa，300℃时抗拉强度已不能满足使用要求，最高使用温度为250℃。

由以上实施例与对比例的对比可看出，通过添加Sc元素与Sb元素，显著提高本铝合金的室温强度与高温强度，满足汽车工业对于金属型材的需求。

Claims

1.一种含Sb的耐热铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：5.5-7.5%Zn；2-3%Mg；1-2%Cu；0.3-0.6%Sc；0.2-0.5%Sb；余量为Al和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种含Sb的耐热铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：6-7%Zn；2.5-3%Mg；1.5-2%Cu；0.5-0.6%Sc；0.4-0.5%Sb；余量为Al和不可避免的杂质。

3.一种含Sb的耐热铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：