CN111893353B - 一种高强耐热铝合金材料及其制备方法 - Google Patents
一种高强耐热铝合金材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111893353B CN111893353B CN202010798060.8A CN202010798060A CN111893353B CN 111893353 B CN111893353 B CN 111893353B CN 202010798060 A CN202010798060 A CN 202010798060A CN 111893353 B CN111893353 B CN 111893353B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum alloy
- casting
- alloy material
- resistant aluminum
- melt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 45
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 60
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 53
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 45
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 41
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 31
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 11
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 7
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 7
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 61
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 229910005347 FeSi Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 11
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 229910016343 Al2Cu Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
- C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/026—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/002—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
- C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高强耐热铝合金材料及其制备方法，涉及铝合金材料技术领域。本发明的实施例提供了一种高强耐热铝合金材料，其包括按照质量百分比计的如下成分：Si：6.0‑8.0％，Fe：1.5％‑2.5％，Cu：0.8～1.2％，Mg：0.2～0.35％；B：0.01‑0.03％，Sr：0.01‑0.03％，其他杂质元素≤0.3％，其中Mn≤0.05％，Cr≤0.01％，余量为Al。该高强耐热铝合金材料添加元素价格低廉，不含稀贵元素，具有成本低的特点，同时充分利用有害Fe元素的高耐热性能，可实现杂质元素的有益转变，促进循环经济和资源高效利用的发展。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体而言，涉及一种高强耐热铝合金材料及其制备方法。
背景技术
Al-Si铸造铝合金具有高比强度和比刚度、低膨胀系数和收缩率、良好的铸造成型性能，广泛用于汽车、摩托车、航空航天等领域。随着铝矿资源的日益枯竭，再生铝成为国内外解决铝资源短缺的普遍方法。由于再生铝的来源广、分选难度大，导致再生铝的品质低，应用受限。
Fe是再生铝中最为常见的杂质元素，形成的含铁相硬度高、脆性大，极大降低合金的强韧性。尤其是针片状富铁相，不仅割裂基体，同时也阻碍了共晶金属液的流动，成为气孔、缩松等铸造缺陷形成的重要源头，危害最大。然而，Fe并不总是有害的，Fe在压铸铝合金中可防止粘膜，此外Fe还可以作为高温相和耐磨相提高铝合金高温性能和耐磨性能。因此，如何将富铁相变废为宝，对实现资源的高效利用具有重要的现实意义。
研究发现，添加合金元素、熔体处理、提高冷却速度能显著地改善富铁相的形貌，从而缓解富铁相的危害。但由于富铁相形态的影响因素众多，且影响机制和程度的差异显著，导致富铁相的偏析、形态多样、尺寸偏大(≥20μm)及球形度低等问题，严重影响合金性能的提高。研究发现，与常温强化方式不同，高温时析出相强化是铸造耐热铝合金的主要强化方式，这些硬而脆的金属间化合物，能有效地阻碍晶界滑移和位错运动，提高高温强度。过剩相的熔点越高，成分和结构越复杂，高温下越稳定，强化效果也越好；过剩相的数量越多，越细小，其强化效果越好。因此，制备大体积分数、弥散分布、近球状、细小富铁相对提高合金耐热性能十分关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强耐热铝合金材料及其制备方法，其添加元素价格低廉，不含稀贵元素，具有成本低的特点，同时充分利用有害Fe元素的高耐热性能，实现了杂质元素的益转变，促进了循环经济和资源高效利用的发展。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种高强耐热铝合金材料，包括按照质量百分比计的如下成分：
Si：6.0-8.0％，Fe：1.5％-2.5％，Cu：0.8～1.2％，Mg：0.2～0.35％；B：0.01-0.03％，Sr：0.01-0.03％，其他杂质元素≤0.3％，其中Mn≤0.05％，Cr≤0.01％，余量为Al。
在可选的实施方式中，在高强耐热铝合金材料中，Si元素、Fe元素、Cu元素、Mg元素、B元素、Sr元素以及Al元素的质量百分比为：
Al-7.2Si-1.5Fe-0.8Cu-0.3Mg-0.02B-0.03Sr；
或者，Al-8.0Si-2.5Fe-1.0Cu-0.2Mg-0.02B-0.02Sr；
或者，Al-6.5Si-2.0Fe-1.2Cu-0.35Mg-0.01B-0.02Sr；
或者，Al-7.2Si-1.8Fe-0.9Cu-0.35Mg-0.02B-0.01Sr。
第二方面，本发明实施例提供一种前述实施方式的高强耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将废旧铝料重熔后得到熔体；
调整熔体中Si元素、Fe元素、Cu元素、Mg元素以及杂质元素中的Mn元素、Cr元素含量及其总量；
向熔体中加入Al-B中间合金，且在熔化后加入Al-Sr中间合金；
依次进行铸造成型、搅拌摩擦加工以及热处理。
在可选的实施方式中，在向熔体中加入Al-B中间合金的步骤前，还包括将熔体的温度调整至720±20℃。
在可选的实施方式中，铸造成型的步骤具体包括：
对加入了Al-Sr中间合金的熔体依次进行在线精炼、保温、扒渣后浇注成锭或浇入保温炉，并直供铸造成型设备，制备得到铸锭坯料或铸件产品。
在可选的实施方式中，搅拌摩擦加工的步骤具体包括：
对铸锭坯料或铸件产品的整体或局部进行搅拌摩擦加工，以实现在铸锭坯料或铸件产品上的一维直线/二维曲线/三维曲面的搅拌摩擦加工。
在可选的实施方式中，在对铸锭坯料或铸件产品的整体或局部进行搅拌摩擦加工之前，还包括：
将铸锭坯料和铸件产品固定于搅拌用夹具上，并将夹具安装于搅拌摩擦焊设备的工装区域；
安装搅拌头，并设定搅拌摩擦加工程序。
在可选的实施方式中，热处理的步骤具体包括：
将进行搅拌摩擦加工后的铸锭坯料或铸件产品放入热处理炉中进行加热加工，且在淬火后进行人工时效处理。
在可选的实施方式中，加热加工的步骤具体为在热处理炉中加热至520～560℃，保温6～24小时。
在可选的实施方式中，人工时效处理的工艺温度为155～200℃，且保温3～8h。
本发明的实施例至少具备以下优点或有益效果：
本发明的实施例提供了一种高强耐热铝合金材料，其包括按照质量百分比计的如下成分：Si：6.0-8.0％，Fe：1.5％-2.5％，Cu：0.8～1.2％，Mg：0.2～0.35％；B：0.01-0.03％，Sr：0.01-0.03％，其他杂质元素≤0.3％，其中Mn≤0.05％，Cr≤0.01％，余量为Al。其中Si元素的加入可提高合金的流动性和铸造成型性；Fe为耐热元素，与Al、Si等元素形成针片状的β-Al5FeSi相；Cu是主要的强化元素，与Al形成Al2Cu，并在随后的高温固溶和时效过程中均匀析出，提高铸件室温和高温强度。Mg主要与Si形成Mg2Si强化相，与Al2Cu实现双相强化，共同提高合金的室温强度。B的作用主要体现在两方面，一方面作为活性元素富集在富铁相前沿，抑制β-Al5FeSi相的长大，细化β-Al5FeSi相的厚度和长度；另一方面与熔体中的Al、Ti、V等元素形成弥散分布纳米级(Al,Ti,V)B2复合粒子，细化α-Al晶粒，同时作为高温质点，提高高温性能。Sr作为共晶硅的有效变质剂和表面活性元素，大幅减小共晶硅尺寸和抑制β-Al5FeSi相的粗化。通过各成分的合理配比和优化，使得该高强耐热铝合金材料具有添加元素价格低廉，不含稀贵元素，成本低的特点，且可同时充分利用有害Fe元素的高耐热性能，实现杂质元素的有益转变，促进了循环经济和资源高效利用的发展。
本发明的实施例还提供了一种高强耐热铝合金材料的制备方法，其通过熔铸改性法和塑性加工法相结合，制备均匀、弥散分布、高球形度的超细富铁相，大幅提高合金的强韧性和耐热性。同时，其利用搅拌摩擦加工及高温热处理，将细长的针状富铁相折断、球化，获得小尺寸、高球形度、均匀分布的富铁相，其平均等效粒径可达2μm以下，球形度达到0.90以上，大幅提高合金的强韧性和高温性能，因此可充分利用有害Fe元素的高耐热性能，实现了杂质元素的益转变，促进了循环经济和资源高效利用的发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的实施例1提供的高强耐热铝合金材料的金相组织图，其中，灰白色颗粒的为富铁相。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明的实施例提供了一种高强耐热铝合金材料，包括按照质量百分比计的如下成分：
Si：6.0-8.0％，Fe：1.5％-2.5％，Cu：0.8～1.2％，Mg：0.2～0.35％；B：0.01-0.03％，Sr：0.01-0.03％，其他杂质元素≤0.3％，其中Mn≤0.05％，Cr≤0.01％，余量为Al。
其中，其中Si元素的作用是提高合金的流动性和铸造成型性；Fe是主要的耐热元素，可以与Al、Si等元素形成针片状的β-Al5FeSi相；Cu是主要的强化元素，可以与Al形成Al2Cu，并在随后的高温固溶和时效过程中均匀析出，提高铸件室温和高温强度，但由于过量的Cu会提高合金的凝固区间温度，易形成缩松等铸造缺陷，因此需要含量需严格控制；Mg主要与Si形成Mg2Si强化相，与Al2Cu实现双相强化，可以进一步地提高合金的室温强度，但Mg的加入会显著降低合金塑性，因此含量也需要严格控制。B的作用主要体现在两方面，一方面作为活性元素富集在富铁相前沿，抑制β-Al5FeSi相的长大，细化β-Al5FeSi相的厚度和长度；另一方面与熔体中的Al、Ti、V等元素形成弥散分布纳米级(Al,Ti,V)B2复合粒子，因此可细化α-Al晶粒，同时作为高温质点，提高高温性能；Sr作为共晶硅的有效变质剂和表面活性元素，大幅减小共晶硅尺寸和抑制β-Al5FeSi相的粗化。
因此，通过各成分的合理配比和优化，使得该高强耐热铝合金材料具有添加元素价格低廉，不含稀贵元素，成本低的特点，且可同时充分利用有害Fe元素的高耐热性能，实现杂质元素的益转变，促进了循环经济和资源高效利用的发展。
需要说明的是，在高强耐热铝合金材料中，各成分在实施例中的具体用量比可选择为Al-7.2Si-1.5Fe-0.8Cu-0.3Mg-0.02B-0.03Sr；
或者，Al-8.0Si-2.5Fe-1.0Cu-0.2Mg-0.02B-0.02Sr；
或者，Al-6.5Si-2.0Fe-1.2Cu-0.35Mg-0.01B-0.02Sr；
或者，Al-7.2Si-1.8Fe-0.9Cu-0.35Mg-0.02B-0.01Sr。在其他实施例中，还可以根据需求对各成分的用量进行调整，本发明的实施例不做限定。
参阅图1，本发明的实施例还提供了一种前述实施方式的高强耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将废旧铝料重熔后得到熔体；
需要说明的是，将废旧铝料重熔后，首先需要炉内取样测试熔体的化学成分，以方便根据所需要的成分含量对熔体的各元素成分进行调节。同时，本发明的实施例采用废旧铝料作为原料，还可以控制原料成本，从而保证经济效益。当然，在其他实施例中，也可以利用该方法对非废旧的铝料进行处理，本发明的实施例不做限定。
S2：调整熔体中Si元素、Fe元素、Cu元素、Mg元素以及杂质元素中的Mn元素、Cr元素含量及其总量；
也即，通过对熔体的成分进行调节，使其满足Si：6.0-8.0％，Fe：1.5％-2.5％，Cu：0.8～1.2％，Mg：0.2～0.35％，其他杂质元素≤0.3％，其中Mn≤0.05％，Cr≤0.01％，从而以便于后续原料的成分的调节和加入。
S3：向熔体中加入Al-B中间合金，且在熔化后加入Al-Sr中间合金；
该步骤目的在于引进Al、B以及Sr元素，使得Al与Fe、Si等元素形成针片状的β-Al5FeSi相，且与Cu形成Al2Cu，并在随后的高温固溶和时效过程中均匀析出，提高铸件室温和高温强度。使得B富集在富铁相前沿，抑制β-Al5FeSi相的长大，细化β-Al5FeSi相的厚度和长度，同时与熔体中的Al、Ti、V等元素形成弥散分布纳米级(Al,Ti,V)B2复合粒子，细化α-Al晶粒，同时作为高温质点，提高高温性能。同时，使得Sr元素可以作为共晶硅的有效变质剂和表面活性元素，大幅减小共晶硅尺寸和抑制β-Al5FeSi相的粗化。
需要说明的是，在向熔体中加入Al-B中间合金的步骤前，还包括将熔体的温度调整至720±20℃，以保证Al-B中间合金可在适宜的温度下熔化，避免产生不必要的有害相，同时保证合金材料的性能的优异性。
S4：依次进行铸造成型、搅拌摩擦加工以及热处理。
需要说明的是，步骤S4具体包括：
S41：铸造成型：对加入了Al-Sr中间合金的熔体依次进行在线精炼、保温、扒渣后浇注成锭或浇入保温炉，并直供铸造成型设备，制备得到铸锭坯料或铸件产品；
S42：搅拌摩擦加工：对铸锭坯料或铸件产品的整体或局部进行搅拌摩擦加工，以实现在铸锭坯料或铸件产品上的一维直线/二维曲线/三维曲面的搅拌摩擦加工。
其中，在对铸锭坯料或铸件产品的整体或局部进行搅拌摩擦加工之前，还包括：将铸锭坯料和铸件产品固定于搅拌用夹具上，并将夹具安装于搅拌摩擦焊设备的工装区域；安装搅拌头，并设定搅拌摩擦加工程序，且加工程序的程序主要包括调整主轴角度、主轴转速、转向、加工速度、加工线路等程序，具体地参数选择可以根据需求在设备上进行设定，本实施例不做限定。
S43：热处理：将进行搅拌摩擦加工后的铸锭坯料或铸件产品放入热处理炉中进行加热加工，且在淬火后进行人工时效处理。其中，加热加工的步骤具体为在热处理炉中加热至520～560℃，保温6～24小时。人工时效处理的工艺温度为155～200℃，且保温3～8h。
通过铸造成型、搅拌摩擦加工以及热处理的设计，可制备均匀、弥散分布、高球形度的超细富铁相，大幅提高合金的强韧性和耐热性。同时，由于采用了搅拌摩擦加工及高温热处理工艺，还可以将细长的针状富铁相折断、球化，获得小尺寸、高球形度、均匀分布的如图1所示的富铁相，根据计算可知，其平均等效粒径可达2μm以下，球形度达到0.90以上，大幅提高合金的强韧性和高温性能。
下面采用具体地实施例进行详细地说明：
实施例1
本实施例中高强耐热铝合金材料的主要成分设计为：Al-7.2Si-1.5Fe-0.8Cu-0.3Mg-0.02B-0.03Sr。
该高强耐热铝合金材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将废旧铝料重熔，炉内取样测试熔体的化学成分；
S2：调整熔体主要成分，包括Si、Fe、Cu、Mg含量及杂质元素Mn、Cr含量及其总量；
S3：调整熔体温度至720℃，加了Al-B中间合金，且在熔化后，加入Al-Sr中间合金；
S41：在线精炼、保温、扒渣后浇注成锭，制备铸锭坯料；
S42：设计用夹具，将铸锭固定在夹具上，并安装在搅拌摩擦焊设备的工装区域。安装搅拌头，设定搅拌摩擦加工程序，对铸锭整体或局部进行搅拌摩擦加工，以实现在铸锭坯料或铸件产品上的一维直线搅拌摩擦加工；
S43：对上述加工好的坯料放入热处理炉中，加热至520℃，保温12小时，淬火后进行人工时效处理，工艺温度为175℃，保温5h。
实施例2
本实施例中高强耐热铝合金材料的主要成分设计为：Al-8.0Si-2.5Fe-1.0Cu-0.2Mg-0.02B-0.02Sr。
该高强耐热铝合金材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将废旧铝料重熔，炉内取样测试熔体的化学成分；
S2：调整熔体主要成分，包括Si、Fe、Cu、Mg含量及杂质元素Mn、Cr含量及其总量；
S3：调整熔体温度至740℃，加了Al-B中间合金，且在熔化后，加入Al-Sr中间合金；
S41：在线精炼、保温、扒渣后浇注成锭，制备铸锭坯料。
S42：设计用夹具，将铸锭固定在夹具上，并安装在搅拌摩擦焊设备的工装区域。安装搅拌头，设定搅拌摩擦加工程序，对铸锭整体或局部进行搅拌摩擦加工，以实现在铸锭坯料或铸件产品上的二维曲线搅拌摩擦加工；
S43：对上述加工好的坯料放入热处理炉中，加热至560℃，保温18小时，淬火后进行人工时效处理，工艺为200℃，保温6h。
实施例3
本实施例中高强耐热铝合金材料的主要成分设计为：Al-6.5Si-2.0Fe-1.2Cu-0.35Mg-0.01B-0.02Sr。
该高强耐热铝合金材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将废旧铝料重熔，炉内取样测试熔体的化学成分；
S2：调整熔体主要成分，包括Si、Fe、Cu、Mg含量及杂质元素Mn、Cr含量及其总量；
S3：调整熔体温度至720℃，加了Al-B中间合金；且在熔化后，加入Al-Sr中间合金；
S41：在线精炼、保温、扒渣后浇入保温炉，直供铸造成型设备，制得铸件。
S42：设计用夹具，将铸件固定在夹具上，并安装在搅拌摩擦焊设备的工装区域。安装搅拌头，设定搅拌摩擦加工程序，对铸件局部进行搅拌摩擦加工，以实现在铸锭上的三维曲面搅拌摩擦加工；
S43：对上述加工好的铸件放入热处理炉中，加热至540℃，保温24小时，淬火后进行人工时效处理，工艺为180℃，保温3h。
实施例4
本实施例中高强耐热铝合金材料的主要成分设计为：Al-7.2Si-1.8Fe-0.9Cu-0.35Mg-0.02B-0.01Sr。
该高强耐热铝合金材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将废旧铝料重熔，炉内取样测试熔体的化学成分；
S2：调整熔体主要成分，包括Si、Fe、Cu、Mg含量及杂质元素Mn、Cr含量及其总量；
S3：调整熔体温度至720℃，加了Al-B中间合金；且在熔化后，加入Al-Sr中间合金；
S41：在线精炼、保温、扒渣后浇入保温炉，直供铸造成型设备，制得铸件；
S42：设计用夹具，将铸件固定在夹具上，并安装在搅拌摩擦焊设备的工装区域。安装搅拌头，设定搅拌摩擦加工程序，对铸件局部进行搅拌摩擦加工，以实现在铸锭上的三维曲面搅拌摩擦加工。
S43：对上述加工好的铸件放入热处理炉中，加热至550℃，保温6小时，淬火后进行人工时效处理，工艺为155℃，保温8h。
实验例1
对实施例1-4所制备得到的高强耐热铝合金材料的室温和高温拉伸力学性能进行测定，结果如表1所示：
表1.实施例1～4合金室温和高温拉伸力学性能
结合表1的测定数据可知，本发明的实施例不仅采用原材料为废旧铝料，添加元素价格低廉，不含稀贵元素，具有成本低的特点，同时还可以充分利用有害Fe元素的高耐热性能，实现了杂质元素的益转变，显著提高铝合金材料的力学性能，促进了循环经济和资源高效利用的发展。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高强耐热铝合金材料，其特征在于，包括按照质量百分比计的如下成分：
Si：6.0-8.0％，Fe：1.5％-2.5％，Cu：0.8～1.2％，Mg：0.2～0.35％；B：0.01-0.03％，Sr：0.01-0.03％，其他杂质元素≤0.3％，其中Mn≤0.05％，Cr≤0.01％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的高强耐热铝合金材料，其特征在于：
在所述高强耐热铝合金材料中，所述Si元素、所述Fe元素、所述Cu元素、所述Mg元素、所述B元素、所述Sr元素以及所述Al元素的质量百分比为：
Al-7.2Si-1.5Fe-0.8Cu-0.3Mg-0.02B-0.03Sr；
或者，Al-8.0Si-2.5Fe-1.0Cu-0.2Mg-0.02B-0.02Sr；
或者，Al-6.5Si-2.0Fe-1.2Cu-0.35Mg-0.01B-0.02Sr；
或者，Al-7.2Si-1.8Fe-0.9Cu-0.35Mg-0.02B-0.01Sr。
3.一种权利要求1或2所述的高强耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将废旧铝料重熔后得到熔体；
调整所述熔体中所述Si元素、所述Fe元素、所述Cu元素、所述Mg元素以及所述杂质元素中的所述Mn元素、所述Cr元素含量及其总量；
向所述熔体中加入Al-B中间合金，且在熔化后加入Al-Sr中间合金；
依次进行铸造成型、搅拌摩擦加工以及热处理。
4.根据权利要求3所述的高强耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于：
在向所述熔体中加入所述Al-B中间合金的步骤前，还包括将所述熔体的温度调整至720±20℃。
5.根据权利要求3所述的高强耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述铸造成型的步骤具体包括：
对加入了所述Al-Sr中间合金的所述熔体依次进行在线精炼、保温、扒渣后浇注成锭或浇入保温炉，并直供铸造成型设备，制备得到铸锭坯料或铸件产品。
6.根据权利要求5所述的高强耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌摩擦加工的步骤具体包括：
对所述铸锭坯料或所述铸件产品的整体或局部进行搅拌摩擦加工，以实现在所述铸锭坯料或所述铸件产品上的一维直线/二维曲线/三维曲面的搅拌摩擦加工。
7.根据权利要求6所述的高强耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，在对所述铸锭坯料或所述铸件产品的整体或局部进行搅拌摩擦加工之前，还包括：
将所述铸锭坯料和所述铸件产品固定于搅拌用夹具上，并将所述夹具安装于搅拌摩擦焊设备的工装区域；
安装搅拌头，并设定搅拌摩擦加工程序。
8.根据权利要求6所述的高强耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的步骤具体包括：
将进行搅拌摩擦加工后的所述铸锭坯料或所述铸件产品放入热处理炉中进行加热加工，且在淬火后进行人工时效处理。
9.根据权利要求8所述的高强耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于：
所述加热加工的步骤具体为在热处理炉中加热至520～560℃，保温6～24小时。
10.根据权利要求8所述的高强耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于：
所述人工时效处理的工艺温度为155～200℃，且保温3～8h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010798060.8A CN111893353B (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 一种高强耐热铝合金材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010798060.8A CN111893353B (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 一种高强耐热铝合金材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111893353A CN111893353A (zh) | 2020-11-06 |
| CN111893353B true CN111893353B (zh) | 2021-07-06 |
Family
ID=73246801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010798060.8A Active CN111893353B (zh) | 2020-08-10 | 2020-08-10 | 一种高强耐热铝合金材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111893353B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116657005B (zh) * | 2023-06-01 | 2023-12-12 | 保定市立中车轮制造有限公司 | 一种再生铝合金材料及其制备方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1250758C (zh) * | 2002-10-01 | 2006-04-12 | 西南铝业（集团）有限责任公司 | 高硅铸铝光谱标准样品及其制备方法 |
| JP5300118B2 (ja) * | 2007-07-06 | 2013-09-25 | 日産自動車株式会社 | アルミニウム合金鋳物の製造方法 |
| CN103031473B (zh) * | 2009-03-03 | 2015-01-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 高韧性Al-Si系压铸铝合金的加工方法 |
| CN102286712B (zh) * | 2011-09-21 | 2012-12-26 | 镇江忆诺唯记忆合金有限公司 | 一种提高铝硅合金热疲劳性能的工艺方法 |
| CN102747256A (zh) * | 2012-06-19 | 2012-10-24 | 东南大学 | 一种铝硅基铝型材及其制备工艺 |
| CN103526085B (zh) * | 2013-11-01 | 2015-09-30 | 邹平宏皓工业型材科技有限公司 | 一种耐磨铝合金 |
| CN107109543B (zh) * | 2014-10-31 | 2019-07-16 | 株式会社Uacj | 磁盘用铝合金基板 |
| CN106119623B (zh) * | 2016-07-01 | 2017-12-05 | 宁波东浩铸业有限公司 | 一种发动机端盖 |
| CN106191554B (zh) * | 2016-07-01 | 2017-12-01 | 宁波东浩铸业有限公司 | 一种发电机端盖 |
| DE102016213352A1 (de) * | 2016-07-21 | 2018-01-25 | Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh | Bleifreies Aluminiumgleitlagermaterial mit Funktionsoberfläche |
| CN108546853A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-09-18 | 山东华宇合金材料有限公司 | 一种新型高导热压铸铝合金材料及其制备方法 |
| CN108893662B (zh) * | 2018-08-01 | 2020-01-24 | 广东省材料与加工研究所 | 一种高耐磨再生铝合金及其制备方法和应用 |
| CN109130748A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-01-04 | 北京航大新材科技有限公司 | 铝合金分体式i型推力杆及其铸造成型与整体热铆压装配方法 |
| CN109112446B (zh) * | 2018-09-13 | 2019-12-24 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 大型薄壁高强铝合金双锥菱形整体舱壳精密铸造成型方法 |
| US20220025498A1 (en) * | 2018-11-30 | 2022-01-27 | Nippon Steel Corporation | Aluminum-plated steel sheet, hot-stamped member, and method for manufacturing hot-stamped member |
| CN110343912A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-10-18 | 上海交通大学 | 一种稀土耐热铝合金导线材料及制备方法 |
-
2020
- 2020-08-10 CN CN202010798060.8A patent/CN111893353B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111893353A (zh) | 2020-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lu et al. | Effects of combined additions of Sr and AlTiB grain refiners in hypoeutectic Al–Si foundry alloys | |
| Wang et al. | Effects of Sr on the microstructure and mechanical properties of in situ TiB2 reinforced A356 composite | |
| Liu et al. | The nucleation sites of primary Si in Al–Si alloys after addition of boron and phosphorus | |
| US8695684B2 (en) | Method for preparing aluminum—zirconium—titanium—carbon intermediate alloy | |
| CN105087990B (zh) | 一种变质Mg2Si/富Fe铝基复合材料组织的复合处理方法 | |
| Wang et al. | The bimodal effect of La on the microstructures and mechanical properties of in-situ A356–TiB2 composites | |
| Xue et al. | Study on the effect of CeO2 for fabricating in-situ TiB2/A356 composites with improved mechanical properties | |
| CN114807689A (zh) | 一种高导热再生压铸铝合金材料及其制备方法 | |
| Onyia et al. | Structural modification of sand cast eutectic Al-Si alloys with sulfur/sodium and its effect on mechanical properties | |
| Nowak et al. | The effect of Nb–B inoculation on binary hypereutectic and near-eutectic LM13 Al–Si cast alloys | |
| CN103361524A (zh) | 用于过共晶铝硅合金的复合变质方法 | |
| Lashgari et al. | The effect of strontium on the microstructure, porosity and tensile properties of A356–10% B4C cast composite | |
| CN112281006B (zh) | 再生铝合金中富铁相的形态调控方法 | |
| Yousefi et al. | Enhancing the mechanical properties of Si particle reinforced ZA22 composite by Ti–B modification | |
| Tang et al. | Effect of various Er/Al-Ti-C ratios on microstructure and tensile properties of the As-cast Al-10Si-0.8 Fe alloy | |
| CN111893353B (zh) | 一种高强耐热铝合金材料及其制备方法 | |
| JP2000512686A (ja) | 低硫黄ねずみ銑鉄接種用組成物 | |
| Ding et al. | Effects of Al–Ti–C–Ce Master Alloy on Microstructure and Mechanical Properties of Hypoeutectic Al–7% Si Alloy | |
| Zheng et al. | Effect of Mn and B addition on the microstructure and properties of Al–Si–Cu–Mg cast alloy | |
| CN112813295A (zh) | 一种汽车外饰件用铝合金铸棒的晶粒细化剂添加方法 | |
| Vijeesh et al. | The effect of chilling and Ce addition on the microstructure and mechanical properties of Al-23Si alloy | |
| Qiu et al. | The Effects of Combined Addition of Ce and Yb on Microstructure and Mechanical Properties of Al–Si–Mg–Cu–Cr Casting Alloy | |
| Hua et al. | Trace cerium/yttrium addition for inhibiting sulfur-induced intermediate temperature embrittlement in ultrahigh-purity copper | |
| Lim | Evaluation of Al-5Ti-1B and Al-10Sr in LM6 sand castings | |
| US8672020B2 (en) | Method for producing aluminum-zirconium-carbon intermediate alloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 510000 363 Changxin Road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong. Patentee after: Institute of materials and processing, Guangdong Academy of Sciences Address before: 510000 363 Changxin Road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong. Patentee before: Guangdong Institute Of Materials And Processing |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231221 Address after: 510000 363 Changxin Road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong. Patentee after: Institute of new materials, Guangdong Academy of Sciences Address before: 510000 363 Changxin Road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong. Patentee before: Institute of materials and processing, Guangdong Academy of Sciences |