CN113403508A - 一种喷射成形高硅耐磨铝合金的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷射成形高硅耐磨铝合金的热处理工艺，包括以下步骤：①、将按一定组分配制的原料经喷射成形制得锭坯；②、将锭坯通过热挤压制成挤压态合金；③、挤压态合金在480±2℃下均匀化退火处理24±0.1h；④、出炉后空冷；⑤、在520±2℃环境下固溶处理2±0.1h后，随后水淬至室温；⑥、将固溶态合金在175‑185℃之间进行等温时效热处理，时间为0‑15h。本发明中由于添加了25％含量的Si，材料具有极高耐磨性，再通过等温时效热处理之后，高硅耐磨铝合金的硬度可达200HV，对应的抗拉强度可达481MPa，合金不仅具有超高耐磨性，而且具备良好的力学性能。

Description

一种喷射成形高硅耐磨铝合金的热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种喷射成形高硅耐磨铝合金的热处理工艺，属于合金技术领域。
背景技术
传统制备铝硅合金的主要方法有粉末冶金法和铸造法两大类。粉末冶金主要缺点是生产成本高，工艺复杂，为了得到较高的致密度，需要后续加工，一般用在生产批量较少的制品中；铸造法制备的铝硅合金显微组织主要由粗大、孤立、多面化的初晶硅相组成，这对材料的力学性能及加工性能非常不利。
喷射成形技术不受合金含量上限限制，可实现合金配方的自由设计，该技术克服了以上两种传统制备方法的不足，成为生产高硅铝合金产品的主流技术。
采用喷射成形技术制备的高硅铝合金具有组织细小、硅晶及金属间化合物相分布均匀，可进行挤压加工、热处理强化及机械加工性能优异等特点，使高硅铝合金材料优越的摩擦学性能潜力得到开发。
目前，高硅铝合金是一种具有广阔应用前景的环境友好型轻质耐磨材料，由于具有热膨胀系数小，体积稳定性高，以及优良的耐磨、耐蚀性和一定的高温强度，除广泛应用于汽车(制动鼓、发动机转子及斜盘等耐磨件)、航空、航天等领域外，在电子封装领域的应用方兴未艾，特别在高集成度、轻量化的军用电子器件电子封装领域。
近年来，高硅铝合金的研究与制备取得重要突破，工程应用越来越多，但在工程应用过程中也发现存在强度偏低问题，成为长期使用过程中的安全隐患。因此，本领域仍有通过热处理工艺提高高硅耐磨铝合金力学性能使其具有优良综合性能的需要。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提供一种喷射成形高硅耐磨铝合金的热处理工艺。
处理的对象为高硅铝合金，是在纯铝的基础上添加了24～26％(质量百分比)的Si、3.5～4.5％(质量百分比)的Cu、0.8～1.2％(质量百分比)的Mg，以及一些不可避免的杂质。
该合金的制备方法是将铝硅铜镁合金的组成成分在熔炼炉中熔化，通过在熔体中添加总质量0.1～0.4％的C2Cl6进行精炼，并通过电磁搅拌装置进行搅拌，精炼时间3～10min，精炼后静置10～30min进行过滤，将过滤后的合金熔体通过高纯度惰性气体雾化，同时接收盘在电机的驱动下转动并以20～35mm/s的速度下拉，制备合金锭坯，合金锭坯冷却后取出，即可得到喷射态铝硅铜镁材料。
喷射态铝硅铜镁锭坯经热挤压进一步提高其致密度，得到挤压材。然后对F态挤压材进行均匀化退火、固溶、时效热处理，具体步骤如下：
(1)首先在480±2℃进行均匀化退火，保温24±0.1h后出炉空冷；
(2)其次在520±2℃进行固溶处理2±0.1h，水淬至室温；
(3)最后对固溶态合金在175～185℃之间进行0～15h不同时间的等温时效热处理，其中最佳等温时效温度为180±1℃，最佳等温时效时间为6～7h。
有益效果：
采用喷射成形技术制备的高硅铝合金具有组织细小、硅晶及金属间化合物相分布均匀，再进行热挤压加工、热处理强化及机械加工性能优异等特点，使高硅铝合金材料优越的摩擦学性能潜力得到开发。
高硅耐磨铝合金在最佳等温时效温度180±1℃和最佳等温时效时间6～7h下进行热处理，抗拉强度可达481MPa，对应的硬度约200MPa，材料不仅具有超高耐磨性，而且具备良好的力学性能。
附图说明
图1是高硅耐磨铝合金经不同时效工艺处理后的抗拉强度对比值。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一：采用喷射成形工艺制备铝硅铜镁合金锭坯，所用原料为高纯铝和工业硅、阴极铜、原生镁锭。按重量百分比取Si：24～26％，Cu：3.5～4.5％，Mg：0.8～1.2％，Fe≤0.4％，余量Al，将以上合金组成成分在熔炼炉中熔化，通过在熔体中添加总质量0.1～0.4％的C2Cl6进行精炼，并通过电磁搅拌装置进行搅拌，精炼时间3～10min，精炼后静置10～30min进行过滤，将过滤后的合金熔体通过高纯度惰性气体雾化，同时接收盘在电机的驱动下转动并以20～35mm/s的速度下拉，制备合金锭坯，合金锭坯冷却后取出，得到喷射态锭坯，对以上喷射锭坯进行热挤压，进一步提高其致密度，得到挤压材。
对比例一：对实施例一中的挤压材首先在480±2℃进行均匀化退火处理，保温24±0.1h后出炉空冷，然后在520±2℃进行固溶处理，样品随炉升温，到温后保温2±0.1h，出炉后水淬至室温，最后对固溶态合金在175±1℃进行0～15h不同时间的等温时效热处理。由图1可知，在对比例一规定的热处理工艺条件下，材料在时效至6h时抗拉强度达到峰值464MPa，比实施例二中的峰值强度低17MPa。
实施例二：对实施例1中的挤压材首先在480±2℃进行均匀化退火处理，保温24±0.1h后出炉空冷，然后在520±2℃进行固溶处理，样品随炉升温，到温后保温2±0.1h，出炉后水淬至室温，最后对固溶态合金在180±1℃进行0～15h不同时间的等温时效热处理。由图1可知，在实施例二规定的热处理工艺条件下，材料在时效至6h时抗拉强度达到峰值481MPa，该强度为固溶态的1.25倍，此时对应的硬度可达200HV，随着时效时间延长，抗拉强度逐渐下降，当时效时间延长至15h时，抗拉强度仅有455MPa。
对比例二：对实施例一中的挤压材首先在480±2℃进行均匀化退火处理，保温24±0.1h后出炉空冷，然后在520±2℃进行固溶处理，样品随炉升温，到温后保温2±0.1h，出炉后水淬至室温，最后对固溶态合金在185±1℃进行0～15h不同时间的等温时效热处理。由图1可知，在对比例二规定的热处理工艺条件下，材料在时效至6h时抗拉强度达到峰值467MPa，比实施例二中的峰值强度低14MPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (4)

1.一种喷射成形高硅耐磨铝合金的热处理工艺，铝合金组分中，Si为24-26％(质量百分比)，Cu为3.5-4.5％(质量百分比)，Mg为0.8-1.2％(质量百分比)，以及一些不可避免的杂质，其特征在于，包括以下步骤：
①、将上述组分的原料经喷射成形制得锭坯；
②、将锭坯通过热挤压制成挤压态合金；
③、挤压态合金在480±2℃下均匀化退火处理24±0.1h；
④、出炉后空冷；
⑤、在520±2℃环境下固溶处理2±0.1h后，随后水淬至室温；
⑥、将固溶态合金在175-185℃之间进行等温时效热处理，时间为0-15h。
2.根据权利要求1所述的一种喷射成形高硅耐磨铝合金的热处理工艺，其特征在于，步骤⑥中的等温时效热处理时间为6-7h。
3.根据权利要求1所述的一种喷射成形高硅耐磨铝合金的热处理工艺，其特征在于，所述步骤①中，熔炼前添加总质量0.1～0.4％的C2Cl6进行精炼。
4.根据权利要求1所述的一种喷射成形高硅耐磨铝合金的热处理工艺，其特征在于，步骤①中，精炼时间为3-10min，精炼后静置10-30min再进行过滤，过滤完成后再经高纯度惰性气体雾化。
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