CN113817943A - 一种低温用铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温用铝合金，属于合金材料技术领域，该低温用铝合金包括如下原料：Si、Fe、Cu、Mg、Mn、Zn、Ti、Zr、V、Cd、Sn以及Al，本发明使用多种元素进行合金的制备，通过熔炼铸造，均匀化处理、挤压成型，固溶热处理，时效处理等步骤制成，本发明在制备时添加的锰具有辅助强化的作用，同时还有助于控制合金中晶粒的大小，钛、锆、钒一起使用，可以有效控制晶粒，防止应力腐蚀，同时锆和铜一起使用可以有效的改善合金的低温韧性，本发明添加多种元素，优化制备工艺制备出的铝合金，不仅常温下具备良好的机械强度，且在低温下也具有较高的屈服强度，且缺口韧性受温度影响较小，仍然保持着良好的机械性能。

Description

一种低温用铝合金

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种低温用铝合金。

背景技术

铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，也是地壳中含量最丰富的金属元素，主要以铝硅酸盐矿石存在。在金属品种中，铝制金属仅次于钢铁，为第二大类金属。

铝合金是以铝为基材添加一定量其他合金化元素的合金，是轻金属材料之一，具有较高的强度、良好的铸造性能和塑性加工性能、良好的导电和导热性能、良好的耐蚀性和可焊性，使其在汽车发动机、变速器、航空设备和其它机械设备等行业均被广泛使用，但现有铝合金如，铝-锌-铜系铝合金7075和7079虽然具有很高的强度，但低温下容易发生脆化现象，其塑性、韧性等力学性能急剧降低，限制了其使用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温用铝合金，用于解决背景技术中的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种低温用铝合金，包括如下重量百分比原料：Si：0.01％-0.2％、Fe：0.01％-0.3％、Cu：5.3％-6.8％、Mg：0.01％-0.2％、Mn：0.2％-0.4％、Zn：0.01％-1％、Ti：0.06％-0.12％、Zr：0.15％-0.25％、V：0.1％-0.15％、Cd：0.05％-0.2％、Sn：0.03％-0.08％，其余为Al。

作为本发明进一步的方案：该低温用铝合金由如下步骤制成：

步骤S1：将铝加入熔炼炉中，然后升温至700-780℃熔化成铝液，然后进行扒渣处理；

步骤S2：熔炼炉启动电磁搅拌，铝液升温至1250℃，将铜加入熔炼炉，熔炼20min，然后继续加入镉和锡，熔化后升温至1600℃，依次将硅、铁、镁、钛、锌加入熔炼炉，熔化后再次升温至1900-1950℃，依次加入钒、锆、锰，熔炼1-2h，然后将温度降至780-850℃，进行分散处理5-10min，然后降温至485℃，在此温度下均匀化处理24h，然后在温度400℃条件下挤压成型，制得合金胚体；

步骤S3：对合金胚体进行固溶热处理，控制温度为500℃，固溶时间1h，固溶热处理后使用温度为20-25℃的水快速淬火，然后再次加热至200℃进行人工时效处理4h，自然冷却后制得该低温用铝合金。

作为本发明进一步的方案：步骤S2中分散处理采用超声波外场处理，超声波外场处理的条件为电流强度4-4.5A，输出频率18-20KHz。

作为本发明进一步的方案：步骤S2挤压成型中的挤压速度为1-3mm/s。

作为本发明进一步的方案：步骤S1与步骤S2在通入氩气的条件下进行。

本发明提供了一种低温用铝合金，与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)本发明使用多种元素进行合金的制备，通过铝-铜相变转移实现硬化，且在制备时添加了镉和锡加速了这种铝-铜相的生核过程；添加的锰具有辅助强化的作用，同时还有助于控制合金中晶粒的大小；添加的钛是一种晶粒细化剂，可以有效改善铸件表面质量，使铸件得到细小的等轴晶，可以有效地克服铸造裂纹，改善铸件外观，且钛、锆、钒一起使用，可以有效控制晶粒，防止应力腐蚀，同时锆和铜一起使用可以有效的改善合金的低温韧性。

(2)本发明在挤压成型之前进行均匀化处理，可以改变合金内部的组织和性能，以利于其后的挤压，且可以使合金内部的结晶组织得到改善，铸造应力得以消除，偏析减少；且采用500℃进行固溶热处理，热处理后使用冷水快速淬火，再进行200℃的时效处理，保证其强度且易于矫直。

(3)本发明添加多种元素，优化制备工艺制备出一种铝合金，不仅常温下具备良好的机械强度，且在低温下也具有较高的屈服强度，且缺口韧性受温度影响较小，在低温下仍然能保持良好的机械性能，具有更广阔的适用范围。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种低温用铝合金，该低温用铝合金由如下步骤制成：

熔炼炉中通入氩气，将94.26kg铝加入熔炼炉中，升温至700℃熔化成铝液，然后进行扒渣处理；扒渣处理后熔炼炉启动电磁搅拌，同时将铝液升温至1250℃，然后将5.3kg铜加入熔炼炉，熔炼20min，然后继续加入0.05kg镉和0.03kg锡，熔化后升温至1600℃，依次将0.01kg硅、0.01kg铁、0.01kg镁、0.06kg钛、0.01kg锌加入熔炼炉，熔化后再次升温至1900℃，依次加入0.1kg钒、0.15kg锆、0.01kg锰，熔炼1h，然后将温度降至780℃，采用超声波外场处理进行分散处理5min，控制超声波外场处理的条件为电流强度4A，输出频率18KHz，分散处理后降温至485℃，在此温度下均匀化处理24h，均匀化处理后在温度400℃，挤压速度1mm/s的条件下挤压成型，制得合金胚体；然后在温度500℃下，对合金胚体进行固溶热处理1h，固溶热处理后使用温度为20℃的水快速淬火，淬火结束后再次加热至200℃人工时效处理4h，自然冷却后制得该低温用铝合金。

实施例2

一种低温用铝合金，该低温用铝合金由如下步骤制成：

熔炼炉中通入氩气，将92.815kg铝加入熔炼炉中升温至700℃熔化成铝液，然后进行扒渣处理；扒渣处理后熔炼炉启动电磁搅拌，同时将铝液升温至1250℃，然后将6.1kg铜加入熔炼炉，熔炼20min，然后继续加入0.12kg镉和0.05kg锡，熔化后升温至1600℃，依次将0.1kg硅、0.15kg铁、0.1kg镁、0.09kg钛、0.05kg锌加入熔炼炉，熔化后再次升温至1925℃，依次加入0.125kg钒、0.2kg锆、0.1kg锰，熔炼1.5h，然后将温度降至815℃，采用超声波外场处理进行分散处理7.5min，控制超声波外场处理的条件为电流强度4.2A，输出频率19KHz，分散处理后降温至485℃，在此温度下均匀化处理24h，均匀化处理后在温度400℃，挤压速度2mm/s的条件下挤压成型，制得合金胚体；然后在温度500℃下，对合金胚体进行固溶热处理1h，固溶热处理后使用温度为23℃的水快速淬火，淬火后再次加热至200℃人工时效处理4h，自然冷却后制得该低温用铝合金。

实施例3

一种低温用铝合金，该低温用铝合金由如下步骤制成：

熔炼炉中通入氩气，将90.5kg铝加入熔炼炉中升温至700℃熔化成铝液，然后进行扒渣处理；扒渣处理后熔炼炉启动电磁搅拌，同时将铝液升温至1250℃，然后将6.8kg铜加入熔炼炉，熔炼20min，然后继续加入0.2kg镉和0.08kg锡，熔化后升温至1600℃，依次将0.2kg硅、0.3kg铁、0.2kg镁、0.12kg钛、1kg锌加入熔炼炉，熔化后再次升温至1950℃，依次加入0.15kg钒、0.25kg锆、0.2kg锰，熔炼2h，然后将温度降至850℃，采用超声波外场处理进行分散处理10min，控制超声波外场处理的条件为电流强度4.5A，输出频率20KHz，分散处理后降温至485℃，在此温度下均匀化处理24h，均匀化处理后在温度400℃，挤压速度3mm/s的条件下挤压成型，制得合金胚体；然后在温度500℃下对合金胚体进行固溶热处理1h，固溶热处理后使用温度为25℃的水快速淬火，淬火结束后再次加热至200℃人工时效处理4h，自然冷却后制得该低温用铝合金。

对比例：7075铝合金。

将实施例1-3与对比例的铝合金加工成13mm厚的板材，然后参照标准GB6397-86进行性能测试，得到结果如下表所示：

由上表可以看出，实施例1-3的抗拉伸强度在25℃时较对比例略高，且随着温度降低，其抗拉伸极限还在增高，具有良好的低温性能，且其屈服强度在低温下仍然具有较高的指数，延伸率随温度下降变化较少，具有良好的低温韧性，且由缺口拉伸强度/非缺口拉伸强度的比值可以看出其低温缺口韧性受温度的影响较小。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种低温用铝合金，其特征在于，包括如下重量百分比原料：Si：0.01％-0.2％、Fe：0.01％-0.3％、Cu：5.3％-6.8％、Mg：0.01％-0.2％、Mn：0.2％-0.4％、Zn：0.01％-1％、Ti：0.06％-0.12％、Zr：0.15％-0.25％、V：0.1％-0.15％、Cd：0.05％-0.2％、Sn：0.03％-0.08％，其余为Al。

2.根据权利要求1所述的一种低温用铝合金，其特征在于，该低温用铝合金由如下步骤制成：

步骤S1：将铝加入熔炼炉中升温至700-780℃熔化成铝液，然后进行扒渣处理；

步骤S2：熔炼炉启动电磁搅拌，铝液升温至1250℃，将铜加入熔炼炉，熔炼20min，然后继续加入镉和锡，熔化后升温至1600℃，依次将硅、铁、镁、钛、锌加入熔炼炉，熔化后再次升温至1900-1950℃，依次加入钒、锆、锰，熔炼1-2h，然后将温度降至780-850℃，进行分散处理5-10min，然后进行均匀化处理，均匀化处理后在温度400℃条件下挤压成型，制得合金胚体；

步骤S3：对合金胚体进行固溶热处理，固溶热处理后使用温度为20-25℃的水快速淬火，然后时效处理4h，自然冷却后制得该低温用铝合金。

3.根据权利要求2所述的一种低温用铝合金，其特征在于，步骤S2中分散处理采用超声波外场处理，超声波外场处理的条件为电流强度4-4.5A，输出频率18-20KHz。

4.根据权利要求2所述的一种低温用铝合金，其特征在于，步骤S2中均匀化处理的条件为温度485℃，处理时间为24h。

5.根据权利要求2所述的一种低温用铝合金，其特征在于，步骤S2挤压成型中的挤压速度为1-3mm/s。

6.根据权利要求2所述的一种低温用铝合金，其特征在于，步骤S3中固溶热处理的温度为500℃，时间为1h。

7.根据权利要求2所述的一种低温用铝合金，其特征在于，步骤S3中时效处理采用人工时效，处理温度为200℃。

8.根据权利要求2所述的一种低温用铝合金，其特征在于，步骤S1与步骤S2在通入氩气的条件下进行。