CN115418538A - 一种高强耐蚀铝合金材料及制备方法 - Google Patents
一种高强耐蚀铝合金材料及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115418538A CN115418538A CN202210993015.7A CN202210993015A CN115418538A CN 115418538 A CN115418538 A CN 115418538A CN 202210993015 A CN202210993015 A CN 202210993015A CN 115418538 A CN115418538 A CN 115418538A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- melt
- aluminum alloy
- aluminum
- temperature
- alloy
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 137
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 132
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 67
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 123
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 89
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 52
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 39
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 35
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 32
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 32
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 26
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 24
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 23
- -1 aluminum-titanium-boron Chemical compound 0.000 claims description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 23
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 22
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 22
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- HIMLGVIQSDVUJQ-UHFFFAOYSA-N aluminum vanadium Chemical compound [Al].[V] HIMLGVIQSDVUJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 12
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 11
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 5
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 10
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 4
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- 229910021365 Al-Mg-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DJPURDPSZFLWGC-UHFFFAOYSA-N alumanylidyneborane Chemical compound [Al]#B DJPURDPSZFLWGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 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
- C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
- C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
-
- 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
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/06—Making non-ferrous alloys with the use of special agents for refining or deoxidising
-
- 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
- C22F1/047—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 magnesium 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)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明公开一种高强耐蚀铝合金材料及制备方法，属于金属材料技术领域，本发明所述铝合金材料由以下成分及质量百分比组成，Mg:3.35%～3.96%，Si:1.9%～2.3%，Mn：0.45%～0.75%，Ti:0.17%～0.27%，稀土元素Gd、Nd的一种或两种：0.05%～0.75%，V：0.08%～0.18%，B：0.004%～0.008%，余量为Al，杂质≤0.2%。本发明制备的铝合金的室温综合力学性能优异，耐腐蚀性能好，工艺简单，生产效率高；解决了现有汽车轻量化技术中所用铝合金强度和耐腐蚀性无法满足使用要求的问题，扩宽了铝合金材料的应用领域。
Description
技术领域
本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及一种高强耐蚀铝合金材料，还涉及上述铝合金材料的金属型重力铸造制备方法。
背景技术
铝合金密度低，但强度高，接近或超越优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。近年来铝合金在新能源汽车行业的应用越来越多，新能源汽车行业的应用对铝合金性能提出了更高的要求，一些重要部件，如电池包箱体，不仅要求铝合金具有较高的强度，同时还需要较好的耐蚀性能。以便实现轻量化目标。但是现有技术中高强耐蚀铸造铝合金存在铸造性能较差，力学性能偏低的问题。
中国专利CN105603274A公布了一种重力铸造的高强高韧耐蚀铸造铝合金，以质量百分比计的合金成分为Mg:13~15%，Zn:3.35～4.97%，Cu:0.8~1.3%，Si:0.2～0.45%，Zr:0.05~0.1%，Sb:0.03~0.05%，Co:0.01～0.03%，Mo:0.02~0.03%，中间合金:5.5～1.2%，余量Al。发明合金的室温屈服强度≥245MPa，抗拉强度≥388MPa，伸长率≥7.5%。然而，该铸造合金的合金元素量过高，尤其是镁，使合金铸造性较差，模具预热温度高达320℃。
德国莱茵公司公布了一种Silafont-36合金，该合金具有良好的力学性能。但该合金需要采用特殊的高真空压铸，随后进行T6热处理(固溶处理+人工时效)强化方可达到提高铸件综合力学性能的要求。而高真空与热处理工艺导致整个工艺流程加长，成本消耗大，且固溶处理容易使铸件发生变形，后续还需要进行矫形处理，合格率低。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种高强耐蚀铝合金材料，该材料力学性能优良，耐蚀性能好，拓宽了铝合金材料的应用领域；所述合金材料由以下成分组成，各元素及质量百分比为，Mg:3.35%～3.96%，Si:1.9%～2.3%，Mn：0.45%～0.75%，Ti:0.17%～0.27%，稀土元素Gd、Nd的一种或两种：0.05%～0.75%，V：0.08%～0.18%，B：0.004%～0.008%，余量为Al，杂质≤0.2%，其中所述杂质为Fe及不可避免杂质。
本发明所述材料在制备过程中所述Al和Mg分别选自工业纯铝和工业纯镁；所述Si、稀土元素Gd、Nd分别以铝硅中间合金、镁-稀土中间合金加入；所述Ti、B以铝钛硼中间合金加入；所述Mn和V分别以铝锰和铝钒中间合金加入。
本发明的另一个目的是提供所述高强耐蚀铝合金材料的金属型重力铸造制备方法，该工艺稳定性好，具体包括以下步骤：
（1）熔炼合金，制备铝合金熔体。
（2）将铝合金熔体在680～720℃下进行金属型重力铸造，模具温度为150℃～200℃，冷却方式为空冷，制备得到铝合金铸件。
（3）将铝合金铸件进行依次包括固溶处理和时效处理的热处理，制备得到铝合金材料；所述固溶处理是在520～540℃的条件下保温12～20小时，水冷，水温为25℃；所述时效处理是在140～195℃的条件下保温4～24小时。
优选的，本发明步骤（1）熔炼的具体步骤如下：
（1）烘料：将工业纯铝、工业纯镁、铝硅中间合金、铝-稀土中间合金、铝钛硼中间合金、铝锰、铝钒中间合金原料分别预热至150～200℃，保温30分钟。合理的保温时间，在保证烘干的条件下，缩短烘料时间，节约能源。
（2）熔炼：使用电阻炉，温度升至250～300℃时，加入工业纯铝、铝硅中间合金，搅拌至熔清；熔体升温至730～770℃，加入铝-稀土中间合金、铝锰、铝钒中间合金，至熔清；熔体温度降至720～740℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清；搅拌可使合金元素快速融化并扩散均匀，减少合金元素的聚集沉淀。
（3）精炼：熔体升温至730～740℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体；使精炼过程时间充足，保证精炼效果。
（4）除气：向步骤（3）中制备的熔体加入覆盖剂，保护气氛中搅拌5～10分钟。
（5）细化：向步骤（4）中制备所得的熔体中加入铝钛硼合金，进行细化，撇去浮渣，获得铝合金熔体。
优选的，熔炼过程的步骤（2）中所述搅拌具体采用石墨棒。
优选的，熔炼过程的步骤（3）中所述精炼剂为不含Na离子的盐类熔剂，且精炼剂添加量为熔体质量的2～3%。
优选的，熔炼过程的步骤（4）中采用的保护气氛为N2保护。
本发明的原理：
发明人在长期铝镁硅合金研究中发现，通过调控Mg、Si元素含量和相对比例可以对铝镁硅合金组织和性能有明显的影响；过多的Mg或者Si元素的过剩会对力学性能和腐蚀性能产生不利的影响；另一方面随着Mg、Si元素含量的增加会在合金组织中生成更多的共晶Mg2Si，这些共晶相虽然有利于提高合金的铸造性能，但尺寸易粗大，对性能特别是延伸率造成不好的影响。为了解决这些问题。本发明将镁硅比控制在1.5-1.8之间，并且引入Ti、V等元素细化合金组织，与此同时加入Gd和Nd细化Mg2Si相；在保证优良的铸造性能的前提下，极大地提高了铝镁硅合金的机械性能和腐蚀性能，获得强度与耐蚀性兼顾的高强度、高耐蚀性的综合力学性能。
B元素的加入，与Ti协同细化合金组织，其细化效果会比单独加入Ti效果更优异，主要原因是B和Ti形成了TiB2粒子，由于TiB2熔点高，能稳定存在于熔体中，Ti原子向TiB迁移，最终在其表面形成TiAl3，大大增加形核粒子TiAl3的数量，显著细化合金，提高铝合金材料的力学性能。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）基础合金Al-Mg-Si合金具有较好的耐蚀性能，本发明通过控制镁硅比并利用复合合金化向基体合金中同时加入Mn、V以及稀土元素Gd/Nd中的一种或两种，达到提高合金力学性能，并保持基体优异的耐蚀性能。
（2）合金中加入稀土元素，稀土元素富集在枝晶固液界面前沿，造成成分过冷，细化晶粒，降低热裂倾向；稀土元素能够除去熔炼时铝合金熔体中的杂质，达到除气精炼、净化熔体的效果；另外，稀土元素的加入形成较多低熔点相，在凝固末期这些低熔点相形成液膜，使合金在凝固末期抵御晶间分离的能力增强；这些使得合金的热裂倾向降低，铸造性能提高。
（3）复合加入少量的Ti和B可以形成TiB2粒子，是α-Al基体的有效形核剂，可以极大细化α-Al基体，从而提高合金力学性能，并改善和金的铸造性能。
（4）本制备方法简单、工艺稳定性好、工艺可控度高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会更明显：
图1为实施例1所得高强耐蚀铝合金材料的金相结构图。
图2为实施例1所得高强耐蚀铝合金浸泡腐蚀（3.5%NaCl）1440h后扫描电镜结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明；应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
在制备过程中实施例1~6所述Al和Mg分别选自工业纯铝和工业纯镁；所述Si、稀土元素Gd、Nd分别以铝硅中间合金、镁-稀土中间合金加入；所述Ti、B以铝钛硼中间合金加入；所述Mn和V分别以铝锰和铝钒中间合金加入。
实施例1
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料，所述铝合金材料由以下成分及质量百分比元素组成为：Mg:3.8wt.%；Si:2.2 wt.%；Mn：0.64 wt.%；Ti:0.2 wt.%；Gd:0.3 wt.%；Nd:0.4wt.%；V：0.1 wt.%；B:0.005 wt.%；不可避免的杂质Fe≤0.2 wt.%；余量为Al。
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼合金，获得铝合金熔体，具体包括以下步骤：
①烘料：将原料在180℃下预热30分钟。
②熔炼：电阻炉设定熔炼温度770℃，炉温升至300℃时，加入工业纯铝、铝硅中间合金至熔清，搅拌均匀；熔体升温至750℃时加入镁-稀土中间合金、铝锰、铝钒中间合金，至熔清；熔体温度降至720℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清。
③精炼：待熔体温度至740℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体。
④除气：待熔体升温至730℃，加入覆盖剂，充氮气并搅拌，持续5～10分钟。
⑤细化：加入铝钛硼，细化后扒去熔体表面浮渣，获得铝合金熔体。
（2）将熔体浇入金属型模具，获得铝合金；铸造步骤：将所述铝合金熔体在700℃下快速、平稳的浇入金属型模具，模温200℃，冷却方式：空冷。
（3）将铝合金依次进行固溶处理和时效处理，获得高强耐蚀铝合金；固溶处理是在540℃的条件下保温16小时，水冷，水温为25℃，所述时效处理是在180℃的条件下保温20小时。
本实施例中所得铝合金室温抗拉强度384Mpa，屈服强度276Mpa，伸长率9.7%，腐蚀速率0.0658（mm/a）。
本实施例制备得到的高强耐蚀铝合金材料的金相结构图如图1所示，由图可以看出本合金晶粒尺寸较小，第二相分布均匀且细小。
本实施例所得高强耐蚀铝合金浸泡腐蚀（3.5%NaCl）1440h后扫描电镜结构图如图2所示，由图可以看出腐蚀表面仅有少量点蚀坑存在，腐蚀性能优良。
对比实施例1
本对比实施例所述高强耐蚀铝合金材料，所述铝合金材料由以下成分及质量百分比元素组成为：Mg:3.8wt.%；Mn：0.64 wt.%；Ti:0.2 wt.%；Gd:0.3 wt.%；Nd:0.4 wt.%；V：0.1 wt.%；B:0.005 wt.%；不可避免的杂质Fe≤0.2 wt.%；余量为Al。
本对比实施例所述高强耐v蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼合金，获得铝合金熔体，具体包括以下步骤：
①烘料：将原料在180℃下预热30分钟。
②熔炼：电阻炉设定熔炼温度770℃，炉温升至300℃时，加入工业纯铝；熔体升温至750℃时加入铝-稀土中间合金、铝锰、铝钒中间合金，至熔清；熔体温度降至720℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清。
③精炼：待熔体温度至740℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体。
④除气：待熔体升温至730℃，加入覆盖剂，充氮气并搅拌，持续5～10分钟。
⑤细化：加入铝钛硼，细化后扒去熔体表面浮渣，获得铝合金熔体。
（2）将熔体浇入金属型模具，获得铝合金。铸造步骤：将所述铝合金熔体在700℃下快速、平稳的浇入金属型模具，模温200℃，冷却方式：空冷。
（3）将铝合金依次进行固溶处理和时效处理，获得高强耐蚀铝合金；固溶处理是在540℃的条件下保温16小时，水冷，水温为25℃，所述时效处理是在180℃的条件下保温20小时。
本对比实施例中所得铝合金室温抗拉强度236Mpa，屈服强度157Mpa，伸长率12.6%，腐蚀速率0.0412（mm/a）。
对比实施例2
本对比实施例所述高强耐蚀铝合金材料，所述铝合金材料由以下成分及质量百分比元素组成为：Mg:3.8wt.%；Si:2.2 wt.%；Mn：0.64 wt.%；Gd:0.3 wt.%；Nd:0.4 wt.%；B:0.005 wt.%；不可避免的杂质Fe≤0.2 wt.%；余量为Al。
本对比实施例所述高强耐v蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼合金，获得铝合金熔体，具体包括以下步骤：
①烘料：将原料在180℃下预热30分钟。
②熔炼：电阻炉设定熔炼温度770℃，炉温升至300℃时，加入工业纯铝、铝硅中间合金至熔清，搅拌均匀；熔体升温至750℃时加入镁-稀土中间合金、铝锰中间合金，至熔清；熔体温度降至720℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清。
③精炼：待熔体温度至740℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体。
④除气：待熔体升温至730℃，加入覆盖剂，充氮气并搅拌，持续5～10分钟。
⑤细化：加入铝硼合金，细化后扒去熔体表面浮渣，获得铝合金熔体。
（2）将熔体浇入金属型模具，获得铝合金。铸造步骤：将所述铝合金熔体在700℃下快速、平稳的浇入金属型模具，模温200℃，冷却方式：空冷。
（3）将铝合金依次进行固溶处理和时效处理，获得高强耐蚀铝合金；固溶处理是在540℃的条件下保温16小时，水冷，水温为25℃，所述时效处理是在180℃的条件下保温20小时。
本对比实施例中所得铝合金室温抗拉强度342Mpa，屈服强度231Mpa，伸长率8.4%，腐蚀速率0.1146（mm/a）。
对比实施例3
本对比实施例所述高强耐蚀铝合金材料，所述铝合金材料由以下成分及质量百分比元素组成为：Mg:3.8wt.%；Si:2.2 wt.%；Mn：0.64 wt.%；Ti:0.2 wt.%；Gd:0.3 wt.%；Nd:0.4 wt.%；V：0.1 wt.%；不可避免的杂质Fe≤0.2 wt.%；余量为Al。
本对比实施例所述高强耐v蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼合金，获得铝合金熔体，具体包括以下步骤：
①烘料：将原料在180℃下预热30分钟。
②熔炼：电阻炉设定熔炼温度770℃，炉温升至300℃时，加入工业纯铝、铝硅中间合金至熔清，搅拌均匀；熔体升温至750℃时加入镁-稀土中间合金、铝锰、铝钒中间合金，至熔清；熔体温度降至720℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清。
③精炼：待熔体温度至740℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体。
④除气：待熔体升温至730℃，加入覆盖剂，充氮气并搅拌，持续5～10分钟。
⑤细化：加入铝钛合金，细化后扒去熔体表面浮渣，获得铝合金熔体。
（2）将熔体浇入金属型模具，获得铝合金。铸造步骤：将所述铝合金熔体在700℃下快速、平稳的浇入金属型模具，模温200℃，冷却方式：空冷。
（3）将铝合金依次进行固溶处理和时效处理，获得高强耐蚀铝合金；固溶处理是在540℃的条件下保温16小时，水冷，水温为25℃，所述时效处理是在180℃的条件下保温20小时。
本对比实施例中所得铝合金室温抗拉强度337Mpa，屈服强度246Mpa，伸长率6.4%，腐蚀速率0.1483（mm/a）。
通过对比可以看出，不添加Si元素的对比实施例1由于未形成Mg2Si强化相，合金抗拉强度和屈服强度较低，但是由于无粗大Mg2Si相割裂基体，提高了合金延伸率。通过比较实施例1与对比实施例2可以看出，添加Ti,V元素细化了合金组织，保证优良的铸造性能的前提下，提高了铝镁硅合金的机械性能和腐蚀性能。实施例1性能优于对比实施例3的原因是B元素的加入，与Ti协同细化合金组织，其细化效果会比单独加入Ti效果更优异，主要原因是B和Ti形成了TiB2粒子，由于TiB2熔点高，能稳定存在于熔体中，Ti原子向TiB迁移，最终在其表面形成TiAl3，大大增加形核粒子TiAl3的数量，显著细化合金，提高铝合金材料的力学性能。通过比较实施例可以看出，稀土元素Gd,Nd的加入对合金综合性能有明显的的强化作用，原因是当稀土元素Gd, Nd加入后，稀土元素会富集在枝晶固液界面前沿，造成成分过冷，细化了晶粒；此外Gd，Nd的加入可以形成较多低熔点相，在凝固末期这些低熔点相形成液膜，使合金在凝固末期抵御晶间分离的能力增强；这些使得合金的热裂倾向降低，铸造性能提高。
实施例2
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料，所述铝合金材料由以下成分及质量百分比元素组成为：Mg:3.45wt.%；Si:2.1 wt.%；Mn：0.53 wt.%；Ti:0.18 wt.%；Gd:0.2 wt.%；Nd:0.3wt.%；V：0.12 wt.%；B:0.006 wt.%；不可避免的杂质Fe≤0.2 wt.%；余量为Al。
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼合金，获得铝合金熔体，具体步骤如下：
①烘料：将原料在150℃下预热30分钟。
②熔炼：电阻炉设定熔炼温度770℃，炉温升至250℃时，加入工业纯铝、铝硅中间合金至熔清，搅拌均匀；熔体升温至770℃时加入镁-稀土中间合金、铝锰、铝钒中间合金，至熔清；熔体温度降至740℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清。
③精炼：待熔体温度至735℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体。
④除气：待熔体升温至735℃，加入覆盖剂，充氮气并搅拌，持续5～10分钟。
⑤细化：加入铝钛硼，细化后扒去熔体表面浮渣，获得铝合金熔体。
（2）将熔体浇入金属型模具，获得铝合金，铸造步骤：将所述铝合金熔体在700℃下快速、平稳的浇入金属型模具，模温200℃，冷却方式：空冷。
（3）将铝合金依次进行固溶处理和时效处理，获得高强耐蚀铝合金。固溶处理是在540℃的条件下保温16小时，水冷，水温为25℃，所述时效处理是在180℃的条件下保温20小时。
本实施例中所得铝合金室温抗拉强度376Mpa，屈服强度253Mpa，伸长率9.1%，腐蚀速率0.0910（mm/a）。
实施例3
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料，所述铝合金材料由以下成分及质量百分比元素组成为：Mg:3.73wt.%；Si:1.95 wt.%；Mn：0.45 wt.%；Ti:0.25 wt.%；Gd:0.1 wt.%；Nd:0.1 wt.%；V：0.15 wt.%；B:0.007 wt.%；不可避免的杂质Fe≤0.2 wt.%；余量为Al。
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼合金，获得铝合金熔体，熔炼步骤：
①烘料：将原料在200℃下预热30分钟。
②熔炼：电阻炉设定熔炼温度770℃，炉温升至280℃时，加入工业纯铝、铝硅中间合金至熔清，搅拌均匀；熔体升温至740℃时加入镁-稀土中间合金、铝锰、铝钒中间合金，至熔清；熔体温度降至730℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清。
③精炼：待熔体温度至740℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体。
④除气：待熔体升温至740℃，加入覆盖剂，充氮气并搅拌，持续5～10分钟。
⑤细化：加入铝钛硼，细化后扒去熔体表面浮渣，获得铝合金熔体。
（2）将熔体浇入金属型模具，获得铝合金。铸造步骤：将所述铝合金熔体在700℃下快速、平稳的浇入金属型模具，模温200℃，冷却方式：空冷。
（3）将铝合金依次进行固溶处理和时效处理，获得高强耐蚀铝合金。固溶处理是在540℃的条件下保温16小时，水冷，水温为25℃，所述时效处理是在180℃的条件下保温20小时。
本实施例中所得铝合金室温抗拉强度361Mpa，屈服强度237Mpa，伸长率8.2%，腐蚀速率0.1443（mm/a）。
实施例4
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料，所述铝合金材料由以下成分及质量百分比元素组成为：Mg:3.95wt.%；Si:2.3 wt.%；Mn：0.7 wt.%；Ti:0.17 wt.%；Gd:0.2 wt.%；Nd:0.2wt.%；V：0.08 wt.%；B:0.008 wt.%；不可避免的杂质Fe≤0.2 wt.%；余量为Al。
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼合金，获得铝合金熔体，熔炼步骤：
①烘料：将原料在180℃下预热30分钟。
②熔炼：电阻炉设定熔炼温度770℃，炉温升至300℃时，加入工业纯铝、铝硅中间合金至熔清，搅拌均匀；熔体升温至750℃时加入镁-稀土中间合金、铝锰、铝钒中间合金，至熔清；熔体温度降至720℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清。
③精炼：待熔体温度至740℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体。
④除气：待熔体升温至730℃，加入覆盖剂，充氮气并搅拌，持续5～10分钟。
⑤细化：加入铝钛硼，细化后扒去熔体表面浮渣，获得铝合金熔体。
（2）将熔体浇入金属型模具，获得铝合金。铸造步骤：将所述铝合金熔体在700℃下快速、平稳的浇入金属型模具，模温200℃，冷却方式：空冷。
（3）将铝合金依次进行固溶处理和时效处理，获得高强耐蚀铝合金。固溶处理是在540℃的条件下保温16小时，水冷，水温为25℃，所述时效处理是在180℃的条件下保温20小时。
本实施例中所得铝合金室温抗拉强度370Mpa，屈服强度254Mpa，伸长率8.9%，腐蚀速率0.1302（mm/a）。
实施例5
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料，所述铝合金材料由以下成分及质量百分比元素组成为：Mg:3.65wt.%；Si:2.2 wt.%；Mn：0.73 wt.%；Ti:0.23 wt.%；Gd:0.3 wt.%；V：0.1wt.%；B:0.005 wt.%；不可避免的杂质Fe≤0.2 wt.%；余量为Al。
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼合金，获得铝合金熔体，熔炼步骤：
①烘料：将原料在180℃下预热30分钟。
②熔炼：电阻炉设定熔炼温度770℃，炉温升至300℃时，加入工业纯铝、铝硅中间合金至熔清，搅拌均匀；熔体升温至750℃时加入镁-稀土中间合金、铝锰、铝钒中间合金，至熔清；熔体温度降至720℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清。
③精炼：待熔体温度至740℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体。
④除气：待熔体升温至730℃，加入覆盖剂，充氮气并搅拌，持续5～10分钟。
⑤细化：加入铝钛硼，细化后扒去熔体表面浮渣，获得铝合金熔体。
（2）将熔体浇入金属型模具，获得铝合金。铸造步骤：将所述铝合金熔体在700℃下快速、平稳的浇入金属型模具，模温200℃，冷却方式：空冷。
（3）将铝合金依次进行固溶处理和时效处理，获得高强耐蚀铝合金。固溶处理是在540℃的条件下保温16小时，水冷，水温为25℃，所述时效处理是在180℃的条件下保温20小时。
本实施例中所得铝合金室温抗拉强度341Mpa，屈服强度236Mpa，伸长率7.4%，腐蚀速率0.1693（mm/a）。
实施例6
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料，所述铝合金材料由以下成分及质量百分比元素组成为：Mg:3.45wt.%；Si:2.1 wt.%；Mn：0.48 wt.%；Ti:0.21 wt.%；Nd:0.3 wt.%；V：0.14wt.%；B:0.004 wt.%；不可避免的杂质Fe≤0.2 wt.%；余量为Al。
本实施例所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼合金，获得铝合金熔体，熔炼步骤：
①烘料：将原料在180℃下预热30分钟。
②熔炼：电阻炉设定熔炼温度770℃，炉温升至300℃时，加入工业纯铝、铝硅中间合金至熔清，搅拌均匀；熔体升温至750℃时加入镁-稀土中间合金、铝锰、铝钒中间合金，至熔清；熔体温度降至720℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清。
③精炼：待熔体温度至740℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体。
④除气：待熔体升温至730℃，加入覆盖剂，充氮气并搅拌，持续5～10分钟。
⑤细化：加入铝钛硼，细化后扒去熔体表面浮渣，获得铝合金熔体。
（2）将熔体浇入金属型模具，获得铝合金。铸造步骤：将所述铝合金熔体在700℃下快速、平稳的浇入金属型模具，模温200℃，冷却方式：空冷。
（3）将铝合金依次进行固溶处理和时效处理，获得高强耐蚀铝合金。固溶处理是在540℃的条件下保温16小时，水冷，水温为25℃，所述时效处理是在180℃的条件下保温20小时。
本实施例中所得铝合金室温抗拉强度358Mpa，屈服强度241Mpa，伸长率7.7%，腐蚀速率0.1769（mm/a）。
Claims (8)
1.一种高强耐蚀铝合金材料，其特征在于：所述合金材料由以下成分组成，各元素及质量百分比为，Mg:3.35%～3.96%，Si:1.9%～2.3%，Mn：0.45%～0.75%，Ti:0.17%～0.27%，稀土元素Gd、Nd的一种或两种：0.05%～0.75%，V：0.08%～0.18%，B：0.004%～0.008%，余量为Al，杂质≤0.2%，其中所述杂质为Fe及不可避免杂质。
2.权利要求1所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）熔炼合金，制备铝合金熔体；
（2）将铝合金熔体在金属型重力铸造，冷却方式为空冷，制备得到铝合金铸件；
（3）将铝合金铸件进行依次包括固溶处理和时效处理的热处理，制备得到铝合金材料。
3.根据权利要求2所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中金属型重力铸造的温度为680～720℃，模具温度为150℃～200℃。
4.根据权利要求2或3所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）熔炼的具体步骤如下：
（1）烘料：将工业纯铝、工业纯镁、铝硅中间合金、铝-稀土中间合金、铝钛硼中间合金、铝锰、铝钒中间合金原料分别预热至150～200℃，保温30分钟；
（2）熔炼：使用电阻炉，温度升至250～300℃时，加入工业纯铝、铝硅中间合金，搅拌至熔清；熔体升温至730～770℃，加入铝-稀土中间合金、铝锰、铝钒中间合金，至熔清；熔体温度降至720～740℃之间时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清；
（3）精炼：熔体升温至730～740℃时，加入精炼剂进行精炼15分钟，撇去浮渣，静置熔体；
（4）除气：向步骤（3）中制备的熔体加入覆盖剂，保护气氛中搅拌5～10分钟；
（5）细化：向步骤（4）中制备所得的熔体中加入铝钛硼合金，进行细化，撇去浮渣，获得铝合金熔体。
5.根据权利要求4所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述搅拌具体采用石墨棒。
6.根据权利要求4所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述精炼剂为不含Na离子的盐类熔剂，且精炼剂添加量为熔体质量的2～3%。
7.根据权利要求4所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中采用的保护气氛为N2保护。
8.根据权利要求4所述高强耐蚀铝合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述固溶处理是在520～540℃的条件下保温12～20小时，水冷，水温为25℃；所述时效处理是在140～195℃的条件下保温4～24小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210993015.7A CN115418538A (zh) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | 一种高强耐蚀铝合金材料及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210993015.7A CN115418538A (zh) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | 一种高强耐蚀铝合金材料及制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115418538A true CN115418538A (zh) | 2022-12-02 |
Family
ID=84198907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210993015.7A Pending CN115418538A (zh) | 2022-08-18 | 2022-08-18 | 一种高强耐蚀铝合金材料及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115418538A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020088512A1 (en) * | 2000-10-25 | 2002-07-11 | Nissan Motor Company, Ltd | Aluminum die casting alloy, aluminum die cast product and production process |
| US20070240796A1 (en) * | 2003-11-11 | 2007-10-18 | Eads Deutschland Gmbh | Cast Aluminium Alloy |
| CN101182605A (zh) * | 2007-12-12 | 2008-05-21 | 昆明理工大学 | 一种细晶泡沫铝合金的制备方法 |
| CN108467979A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-08-31 | 上海交通大学 | 一种金属型重力铸造铝合金材料及其制备方法 |
| CN111673085A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-18 | 同济大学 | 一种高强度铝镁硅合金的3d打印工艺方法 |
-
2022
- 2022-08-18 CN CN202210993015.7A patent/CN115418538A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020088512A1 (en) * | 2000-10-25 | 2002-07-11 | Nissan Motor Company, Ltd | Aluminum die casting alloy, aluminum die cast product and production process |
| US20070240796A1 (en) * | 2003-11-11 | 2007-10-18 | Eads Deutschland Gmbh | Cast Aluminium Alloy |
| CN101182605A (zh) * | 2007-12-12 | 2008-05-21 | 昆明理工大学 | 一种细晶泡沫铝合金的制备方法 |
| CN108467979A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-08-31 | 上海交通大学 | 一种金属型重力铸造铝合金材料及其制备方法 |
| CN111673085A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-18 | 同济大学 | 一种高强度铝镁硅合金的3d打印工艺方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李安敏, 电子科技大学出版社 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110669964B (zh) | 一种高性能稀土Al-Mg-Si铝合金挤压材料及其制备方法 | |
| CN109881063B (zh) | 一种高强韧高模量压铸镁合金及其制备方法 | |
| CN108467979B (zh) | 一种金属型重力铸造铝合金材料及其制备方法 | |
| CN109881062B (zh) | 一种高强韧高模量挤压铸造镁合金及其制备方法 | |
| CN108642336B (zh) | 一种挤压铸造铝合金材料及其制备方法 | |
| CN112143945B (zh) | 一种多种复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金及其制备方法 | |
| CN108396204B (zh) | 一种亚共晶铝硅合金铸件及提高其性能的工艺方法 | |
| CN108486441B (zh) | 一种砂型重力铸造铝合金材料及其制备方法 | |
| CN109972009B (zh) | 一种高强韧高模量变形镁合金及其制备方法 | |
| CN106148787B (zh) | 适于砂型铸造的镁锂合金及其制备方法 | |
| CN108559875B (zh) | 一种用于发动机活塞的高强耐热铝合金材料及其制备方法 | |
| CN110512122B (zh) | 一种石墨烯复合稀土变质亚共晶Al-Si-Mg铸造合金及其制备方法 | |
| CN101705397A (zh) | 一种Al-Si-Mg-Er稀土铸造铝合金 | |
| CN109852856B (zh) | 一种高强韧高模量金属型重力铸造镁合金及其制备方法 | |
| CN110029255B (zh) | 一种高强韧高模量砂型重力铸造镁合金及其制备方法 | |
| CN109897997B (zh) | 一种含锂铝镁硅双相增强共晶轻质中熵合金及其制备方法 | |
| CN114703409B (zh) | 一种高强度耐腐蚀铝合金及其铸造方法 | |
| CN111041298A (zh) | 一种高强度超硬6061铝合金棒 | |
| CN112795811A (zh) | 一种以多晶多相强化的耐热钛合金及其制备方法 | |
| CN116254442A (zh) | 一种高屈服强度铸造Al-Si合金及其制备方法 | |
| CN115874098A (zh) | 一种Mg-Al-RE-Zn-Ca-Mn稀土镁合金及其制备方法 | |
| CN113322402B (zh) | 一种高强度耐腐蚀变形镁合金 | |
| CN115418538A (zh) | 一种高强耐蚀铝合金材料及制备方法 | |
| CN112695235A (zh) | 一种高合金化Al-Zn-Mg-Cu-Ce合金的单级均匀化热处理方法 | |
| CN114318183A (zh) | 高塑性铝合金制件及其制备方法 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221202 |