CN115961185A - Sr Zr Ti Ce四元复合微合金化高强度高塑性抗晶间腐蚀铸造铝合金及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种Sr Zr Ti Ce四元复合微合金化高强度高塑性抗晶间腐蚀铸造铝合金及制备方法，其特征在于：主要由铝（Al）、硅（Si）、铜（Cu）、镁（Mg）、锶（Sr）、锆（Zr）、钛（Ti）和铈（Ce）组成，其中，硅的质量百分比为6.52~6.53%，铜的质量百分比为5.44~5.48%，镁的质量百分比为0.883~1.38%，锶的质量百分比为0.008~0.0115%，锆的质量百分比为0.253~0.261%，钛的质量百分比为0.0597~0.0606%，铈的质量百分比为0.2%，其余为铝和少量杂质元素。该合金的制备依次包括：（1）熔铸，（2）固溶处理，（3）时效。本发明铸造铝合金的Si相呈高度分散的尺寸在2‑5μm的细小颗粒状，抗拉强度可达412.83MPa，同时断后伸长率为6.23%、按国标GB/T 7998‑2005(铝合金晶间腐蚀测定方法）其晶间腐蚀最大深度为36.52μm。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造铝合金，尤其是一种Al-Si-Cu-Mg系铸造铝合金，具体而言是一种Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金及其制备方法。
背景技术
铸造铝合金具有优良的铸造性能以及耐蚀性、较高的抗拉强度和塑性，广泛应用于汽车、航空航天等领域。随着汽车数量的快速增长、汽车性能的不断提升以及能源资源问题的日益凸显，汽车工业对产品轻量化和高强化的要求越来越严格，提高铸造铝合金的力学性能就成为当今社会迫切需要解决的问题。
锶(Sr)元素作为一种铸造铝合金中的长效变质剂，铈(Ce)是一种稀土族元素，Sr、Ce除都具有净化铝合金熔体的作用外，游离Sr吸附在Si相表面阻止Si相按片状方式生长，Ce与熔体中O形成CeO2可作为Si相非均匀形核核心。所以，Sr、Ce同时加入具有球化、细化Si相的复合变质效果。锆(Zr)、钛(Ti)都是3d过渡族元素，Zr、Ti复合微合金化，在合金凝固过程中与Al形成Al3(Zrx,Ti1-x)等高熔点物相，对合金的后续凝固起到非均质形核作用，细化铸态基体组织，提高液态合金的流动性和元素分布均匀性。在合金的热处理过程，剩余Ce、Zr、Ti元素以弥散相(Al3(Zr,Ti,Ce)等)形式析出，其尺寸细小(10～200nm)，提高合金强度、韧性、耐蚀性、抗疲劳性能等。
专利ZL201910865265.0公开了一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法，获得的合金具有高的强度和塑性，其抗拉强度为391.58MPa，断后伸长率为5.75％，但其抗腐蚀性能未公开。在Al-Si-Cu系铸造铝合金中添加适量的Mg元素，利用Mg元素的固溶等作用，有望进一步提高其强度、抗腐蚀性能。
迄今为止，尚未有一种Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金的成分设计及其制备方法可供使用，这一定程度上制约了我国汽车、航空航天、武器装备等工业的发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有的铸造铝合金存在的强度、塑性、抗腐蚀很难兼顾的问题，发明一种Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金及其制备方法。
本发明的技术方案之一是：
一种Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金，其特征在于：主要由铝(Al)、硅(Si)、铜(Cu)、镁(Mg)、锶(Sr)、锆(Zr)、钛(Ti)和铈(Ce)组成，其中，硅(Si)的质量百分比为6.52～6.53％，铜(Cu)的质量百分比为5.44～5.48％，镁(Mg)的质量百分比为0.883～1.38％，锶(Sr)的质量百分比为0.008～0.0115％，锆(Zr)的质量百分比为0.253～0.261％，钛(Ti)的质量百分比为0.0597～0.0606％，铈(Ce)的质量百分比为0.2％(名义)，其余为铝和少量杂质元素。
本发明的技术方案之二是：
一种Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金的制备方法，其特征是依次包括：(1)熔铸，(2)固溶处理，(3)时效；
所述的熔铸，其特征是：待Al、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金熔化后，升温到850℃，依次加入Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti-B中间合金、Al-Ce中间合金，待所有中间合金和金属熔化后，保温3小时，将温度降到740-750℃，加入Mg搅拌均匀，静置15min后加入六氯乙烷精炼剂精炼，静置15min，再次加入六氯乙烷精炼剂精炼，再次静置15min，然后扒渣并浇铸成锭；
所述的固溶处理的工艺参数为：470℃×2h+480℃×2h+490℃×2h+500℃×2h+510℃×16h，然后室温下水淬；
所述的时效，其特征是其工艺参数为：191℃×18h；
即可获得Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金及其制备方法。
所述的Al-Si中间合金中Si的质量百分比为19.8％，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12％，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89％，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11％，Al-Ti-B中间合金中Ti的质量百分比为5.11％，Al-Ce中间合金中Ce的质量百分比为10％。
本发明的有益效果：
(1)本发明获得了一种Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金的成分及其制备方法。
(2)本发明铸造铝合金的Si相呈高度分散的尺寸在2-5μm的细小颗粒状，抗拉强度可达412.83MPa，同时断后伸长率为6.23％、按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀最大深度为36.52μm。
(3)本发明公开了一种Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金的成分与制备方法，一定程度上打破了国外对高性能铝合金的技术封锁，可满足我国航空航天、武器装备、汽车等领域的需求。
(4)本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，尤其是通过采用按次序加入各中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量，按本发明的工艺能容易地得到符合要求的铝合金材料。
附图说明
图1为本发明实施例一的铸造铝合金金相组织SEM照片。
图2为本发明实施例一的铸造铝合金拉伸断口SEM形貌。
图3为本发明实施例一的铸造铝合金晶间腐蚀试验后横截面金相OM照片。
图4为本发明实施例二的铸造铝合金金相组织SEM照片。
图5为本发明实施例二的铸造铝合金拉伸断口SEM形貌。
图6为本发明实施例二的铸造铝合金晶间腐蚀试验后横截面金相OM照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
一种Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金由以下方法制备而成：
先将Al、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金熔化后，升温到850℃，依次加入Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti-B中间合金、Al-Ce中间合金，待所有中间合金和金属熔化后，保温3小时，将温度降到740℃-750℃，加入Mg搅拌均匀，静置15min后加入六氯乙烷精炼剂精炼，静置15min，再次加入六氯乙烷精炼剂精炼，再次静置15min，，然后扒渣并浇铸成锭；
对铝合金铸锭进行固溶处理，工艺为：
470℃×2h+480℃×2h+490℃×2h+500℃×2h+510℃×16h，室温下水淬；最后进行时效处理，工艺为191℃×18h，即可获得Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金。
本实施例的铝合金经光谱实测成分为：Si 6.52％、Cu 5.44％、Mg 0.883％、Sr0.008％、Zr 0.253％、Ti 0.0597％、Ce 0.2％(名义),余量为铝和少量的杂质元素。
本实施例的铝合金的Si相呈高度分散的尺寸在2-5μm的细小颗粒状(图1)，抗拉强度为412.83MPa、断后伸长率为6.23％、断口表面撕裂棱韧性断裂特征明显(图2)，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀最大深度为36.52μm(图3)。
实施例二。
本实施例铝合金的制备方法与实施例一相同。
本实施例的铝合金经光谱实测成分为：Si 6.53％、Cu 5.48％、Mg 1.38％、Sr0.0115％、Zr 0.261％、Ti 0.0606％、Ce 0.2％(名义),余量为铝和少量的杂质元素。
本实施例的铝合金的Si相呈高度分散的尺寸在5-10μm的细小颗粒状(图4)，抗拉强度为372.27MPa、断后伸长率为5.16％、、断口表面撕裂棱韧性断裂特征明显(图5)，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀最大深度为91.67μm(图6)。
实施例三。
本实施例铝合金的制备方法与实施例一相同。
本实施例的铝合金经光谱实测成分为：Si 6.525％、Cu 5.46％、Mg 1.00％、Sr0.0100％、Zr 0.256％、Ti 0.0600％、Ce 0.2％(名义),余量为铝和少量的杂质元素。
本实施例的铝合金的Si相呈高度分散的尺寸在7-9μm的细小颗粒状，抗拉强度为375MPa、断后伸长率为5.2％、断口表面撕裂棱韧性断裂特征明显，按国标GB/T 7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀最大深度为65μm。
对比例一。
本对比例铝合金的制备方法与实施例一相同。
本实施例的铝合金经EDS实际测量成分为：Si 6.51％、Cu 5.37％、Mg1.89％、Sr0.0092％、Zr 0.248％、Ti 0.0611％、Ce 0.2％(名义)，余量为铝和少量的杂质元素。
本对比例的铝合金的抗拉强度为324.23MPa，断后伸长率为2.25％，按国标GB/T7998-2005(铝合金晶间腐蚀测定方法)其晶间腐蚀最大深度为95.83μm。
以上对本发明的具体实施例进行了描述，需要理解的是本发明并不局限于上述特地实施方式，本领域技术人员可以在权利要求范围做出变形和修改，这并不影响本发明的实质内容。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (3)
1.一种Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金，其特征在于：主要由铝(Al)、硅(Si)、铜(Cu)、镁(Mg)、锶(Sr)、锆(Zr)、钛(Ti)和铈(Ce)组成，其中，硅(Si)的质量百分比为6.52～6.53％，铜(Cu)的质量百分比为5.44～5.48％，镁(Mg)的质量百分比为0.883～1.38％，锶(Sr)的质量百分比为0.008～0.0115％，锆(Zr)的质量百分比为0.253～0.261％，钛(Ti)的质量百分比为0.0597～0.0606％，铈(Ce)的质量百分比为0.2％(名义)，其余为铝和少量杂质元素，各组分之和为100％。
2.一种权利要求1所述的Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金的制备方法，其特征是依次包括：(1)熔铸，(2)固溶处理，(3)时效；
所述的熔铸是：待Al、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金熔化后，升温到850℃，依次加入Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti-B中间合金、Al-Ce中间合金，待所有中间合金和金属熔化后，保温3小时，将温度降到740-750℃，加入Mg搅拌均匀，静置15min后加入六氯乙烷精炼剂精炼，静置15min，再次加入六氯乙烷精炼剂精炼，再次静置15min，然后扒渣并浇铸成锭；
所述的固溶处理的工艺参数为：
470℃×2h+480℃×2h+490℃×2h+500℃×2h+510℃×16h，然后室温下水淬；
所述的时效的工艺参数为：191℃×18h；
即可获得Sr,Zr,Ti,Ce四元复合微合金化的高强度高塑性抗晶间腐蚀Al-Si-Cu-Mg铸造铝合金及其制备方法。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的Al-Si中间合金中Si的质量百分比为19.8％，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12％，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89％，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11％，Al-Ti-B中间合金中Ti的质量百分比为5.11％，Al-Ce中间合金中Ce的质量百分比为10％。
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Legal Events
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