本发明专利技术公开了一种快速高效强化铝合金拉伸性能的方法，包括金属玻璃合金锭的制备、金属玻璃条带的制备、含金属玻璃强化剂的制备、铝合金的制备、金属玻璃强化处理铝合金、金属玻璃强化处理铝合金的T6热处理六个步骤。采用本发明专利技术的技术方案，步骤合理、快速高效(几十秒即完成强化铝合金过程)且大幅提高铝合金的室温及高温强韧性(特别极大提高了铝合金的高温屈服强度，强化处理后铝合金高温屈服强度最高提高73.21％)，且强化高效、强化成本低廉，具有巨大的工业应用潜力和价值。本发明专利技术可以用于压铸铝合金压铸前、倾转铸造和重力铸造浇铸前铝合金熔体的快速强化处理，强化时间短，加入量低，分散快，强化效果显著。
【技术实现步骤摘要】
一种快速高效强化铝合金拉伸性能的方法
本专利技术涉及铝合金加工领域，具体涉及一种快速高效强化铝合金拉伸性能的方法。
技术介绍
在汽车船舶，航空航天等领域，许多部件(如内燃机等)的材料并非在室温条件下工作，而是在高温条件下长时间服役。由于温度对材料的性能影响极大，研制开发新型轻量化的高温材料具有十分重要的现实意义。随着内燃机轻量化技术的推进，铝合金材料零部件在发动机零部件中的比例在逐年提高。相比于铸铁，铝合金的导热性极好(约比铸铁高3倍)，有利于发动机缸体热量的传导和散热。同时，铝合金质轻有利于轻量化及节能减排，提高能量利用率和能源效率。在发动机零部件中，铸造铝合金是发动机缸体、缸套、活塞、变速箱摩擦盘等零部件轻量化的首选材料。目前主流铝合金的强化剂如：Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti-C-B等孕育剂都含Ti元素，在对铝合金中含硅量大于4％的合金孕育(变质)处理时，Ti元素会与Si元素发生反应生成TiSi、TiSi2和Ti5Si3等相而产生毒化作用，组织细化效率大幅降低且性能不能进一步提高，Al-B变质剂对于不含Ti元素的Al-Si合金体系细化组织效果优异，但是在合金中Ti杂质含量高于0.04％时即发生如Al-Ti-B等变质剂一样的毒化作用，对合金体系适用范围窄，并且对铝合金的纯净度要求极高，适用范围有限。其他变质剂或者孕育剂如：Al-Sr、Al-Ce、Al-La等含有稀土成本较高，并且对Al-Si合金组织细化效果不显著。现有铝合金的强化方式还无法满足工业需求。因此，急需开发一种适用于Si量高于4％的Al-Si系合金孕育所需的，低成本、高效的强化铝合金的强化剂及强化方法。因此，研究如何低成本、高效的提高铝合金在高温下的性能满足工业应用的迫切需求具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提高铝合金的高温性能，提出了一种快速高效强化铝合金拉伸性能的方法，拓展了铝合金的高温应用，为最重要轻量化材料铝合金的高温应用提供一新的方法和强化途径。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种快速高效强化铝合金拉伸性能的方法，包括以下步骤：步骤1、金属玻璃合金锭的制备，步骤如下：1a、将Zr、Cu、Al、Ni表面氧化膜打磨干净，然后按Zr55Cu30Al10Ni5原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；1b、将配好的Zr、Cu、Al、Ni按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中；1c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；1d、两次抽真空后，充入0.05-0.06MPa的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；1e、先用电弧熔化真空室内水冷铜坩埚中的纯钛用于吸氧，熔炼时间2min，然后用电弧熔炼Zr-Cu-Al-Ni合金，并辅助磁搅拌熔炼合金，将熔炼好的合金反复翻转，继续熔炼，熔炼次数大于等于5，每次熔炼2-4min；1f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102K/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为2s,得到金属玻璃棒料；步骤2、金属玻璃条带的制备：将反复熔炼得到的金属玻璃棒料放置于高真空中频感应炉中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊上制成金属玻璃薄带，具体包括以下步骤：2a、将金属玻璃料棒放置于石英坩埚中，抽真空到6.0×10-3Pa；2b、向炉中充入0.5-0.6个大气压的Ar气，再向喷注瓶中充入1.5-1.6个大气压的Ar气，使得压差在0.9-1.1个大气压；2c、当高速铜辊轮转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊上，制得宽为1-4mm，厚20-50μm金属玻璃条带。步骤3、含金属玻璃强化剂的制备：3a、将30gZrCuAlNi金属玻璃条带放置于时效炉中在473-573K的温度下进行退火处理2-4h；3b、将退火处理后的30gZrCuAlNi金属玻璃条带加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，在200-300r/min的转速下对金属玻璃条带球磨处理0.5-2h得到ZrCuAlNi金属玻璃粉末；3c、将球磨处理后的金属玻璃粉末以3:7的质量比与铝粉混合后再次装到钢罐中，在50r/min的转速下均匀混合8-20h后取出，其中，铝粉纯度99.9wt.％Al；3d、将步骤3c制得的金属玻璃粉末、铝粉混合物用铝箔包住，在压力机下冷压成块，得到Φ30的圆饼状含金属玻璃强化剂，致密度为65-80％；步骤4、铝合金的制备：4a、将预先称量好的Al-Si合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；所述Al-Si合金成分为Al-13Si-5Cu-0.6Mg。4b、待合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05-0.10wt.％清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；4c、将合金液浇铸到金属型模具中，得到未强化处理的铝合金；步骤5、金属玻璃强化处理铝合金：5a、将预先称量好的未强化铝合金放置于坩埚中并随坩埚一起放入坩埚式电阻熔炼炉内，升温至1023K；5b、待未强化铝合金完全熔化后并保温30min，再加入0.05wt.％-0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温10min；5c、将金属玻璃强化剂加入到合金液中，ZrCuAlNi金属玻璃实际加入量为0.01wt.％-0.20wt.％重量百分比，采用超声处理熔体10-120s，促进金属玻璃强化剂的均匀分散，强化处理时间为10-120s；5d、对混合合金液进行机械搅拌10-30s，搅拌完毕后浇铸到金属型模具内，得到强化处理后的铝合金。步骤6、金属玻璃强化处理铝合金的T6热处理：6a、对强化处理后的铝合金进行固溶热处理，温度783K，时间8-12h，然后迅速入水淬火；6b、将固溶热处理之后的铝合金进行时效热处理，温度为438K，时间8-20h。优选的，所述步骤1f中的铜模具的尺寸为7mm，所述步骤4c中的金属型模具的尺寸为200mm×150mm×12mm。优选的，所采用的分散工艺是超声辅助预分散。优选的，所述步骤5c中的最优强化处理时间为60s。优选的，所述步骤5c中强化铝合金加入金属玻璃的最优质量百分比为0.10％。所述强化处理后的铝合金高温力学性能得到了大幅提高：在最佳的工艺下(金属玻璃强化剂添加量0.10wt.％，强化时间60s)，合金的屈服强度、抗拉强度和断裂应变均得到了大幅提高。a、在室温下，其抗拉强度和断裂应变分别由未强化铝合金的398MPa和3.90％，分别提高到了强化后的465MPa和5.88％，分别比未强化铝合金提高了16.83％和50.77％b、未强化铝合金的137.0MPa和177.5MPa，分别提高到了237.3MPa、和248.1MPa，分别比未强化铝合金提高了73.21％和39.77％。值得一提的是，铝合金的屈服强度的大幅提高将扩大铝合金在高温下的应用范围，促进高温高强铝合金的轻量化的工业化应用。本专利技术中的快速高效强化铝合金拉伸性能的方法，包括金属玻璃合金锭的制备、金属玻璃条带的制备、含金属玻璃强化剂的制备、铝本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种快速高效强化铝合金拉伸性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、金属玻璃合金锭的制备，步骤如下：1a、将Zr、Cu、Al、Ni表面氧化膜打磨干净，然后按Zr55Cu30Al10Ni5原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；1b、将配好的Zr、Cu、Al、Ni按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中；1c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10
【技术特征摘要】
2017.05.19 CN 2017103570566;2017.05.19 CN 201710351.一种快速高效强化铝合金拉伸性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、金属玻璃合金锭的制备，步骤如下：1a、将Zr、Cu、Al、Ni表面氧化膜打磨干净，然后按Zr55Cu30Al10Ni5原子百分比例配好并静置在盛放有无水酒精的烧杯中防止其氧化；1b、将配好的Zr、Cu、Al、Ni按照熔点由低至高依次叠放于水冷铜模坩埚中；1c、盖好炉盖，在正式熔炼前进行两次抽真空，每次抽真空都到6.0×10-3Pa并充入高纯Ar气以稀释残余氧气；1d、两次抽真空后，充入0.05-0.06MPa的高纯度Ar气以稀释炉内残余的氧；1e、先用电弧熔化真空室内水冷铜坩埚中的纯钛用于吸氧，熔炼时间2min，然后用电弧熔炼Zr-Cu-Al-Ni合金，并辅助磁搅拌熔炼合金，将熔炼好的合金反复翻转，继续熔炼，熔炼次数大于等于5，每次熔炼2-4min；1f、将熔融状态下的合金液吸铸到水冷铜模坩埚下面的铜模具中以5×102K/s的冷却速率进行快速冷却，冷却时间为2s,得到金属玻璃棒料；步骤2、金属玻璃条带的制备：将反复熔炼得到的金属玻璃棒料放置于高真空中频感应炉中进行重熔，然后在高纯氩气保护条件下喷射在3000r/min的高速铜辊上制成金属玻璃薄带，具体包括以下步骤：2a、将金属玻璃料棒放置于石英坩埚中，抽真空到6.0×10-3Pa；2b、向炉中充入0.5-0.6个大气压的Ar气，再向喷注瓶中充入1.5-1.6个大气压的Ar气，使得压差在0.9-1.1个大气压；2c、当高速铜辊轮转速为3000r/min后打开中频感应电源，熔化棒料，最后将熔化的合金液喷注在高速铜辊上，制得宽为1-4mm，厚20-50μm金属玻璃条带；步骤3、含金属玻璃强化剂的制备：3a、将30gZrCuAlNi金属玻璃条带放置于时效炉中在473-573K的温度下进行退火处理2-4h；3b、将退火处理后的30gZrCuAlNi金属玻璃条带加入到钢罐中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g，在200-300r/min的转速下对金属玻璃...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱丰，朱琳，常芳，姜启川，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。