一种Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种Al‑Si‑Mg‑Zr‑Ti‑Sc合金的时效工艺，通过二段时效处理充分挖掘合金潜力，以提高铝合金的力学性能。所述Al‑Si‑Mg‑Zr‑Ti‑Sc合金的成分按质量百分比构成如下：Si6.5％，Mg0.35％，Ti0.2％，Zr0.25，Sc0.01％，余量为铝。本发明专利技术对此合金采用二级时效，通过合理的熔炼、铸造工艺，可获得晶粒细小、与基体保持共格关系第二相粒子弥散发布的组织，合金综合力学性能得以提高。

Aging Process of an Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc Alloy

The present invention discloses an aging process of Al_Si_Mg_Zr_Ti_Sc alloy, which fully taps the potential of the alloy through two-stage aging treatment to improve the mechanical properties of the aluminum alloy. The composition of the Al_Si_Mg_Zr_Ti_Sc alloy is as follows by mass percentage: Si6.5%, Mg0.35%, Ti0.2%, Zr0.25, Sc0.01%, and the remainder is aluminum. The second-stage aging method is adopted for the alloy. By reasonable melting and casting process, the second-phase particles with fine grains and consistent relationship with the matrix can be obtained, and the comprehensive mechanical properties of the alloy can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺
本专利技术涉及一种Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺，属于有色金属铝基合金

技术介绍
当今社会节能、环保、安全成为人们生活的追求。随着人们生活水平的提高，汽车的数量日益增加。如今汽车轻量化技术成为汽车领域的研究热门。实现汽车的轻量化主要有两种方法：一是改进汽车的结构设计；二是研究出新型材料。Al-Si-Mg系铝合金具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小的优点，经过热处理后，该合金具有良好的机械加工性能等优点，具有广泛的应用。少量添加Zr、Ti可有效细化晶粒，并形成第二相弥散强化，加入微量Sc可在合金中形成(ScZr)Al3、(ScTi)Al3等析出时效相，其具有细小、弥散、与基体共格的特点，可进一步提高弥散强化效果，但其中时效工艺至为重要，是保证弥散强化效果的关键。目前该合金的时效均采用单级时效法，即固溶处理后，在150℃左右保温200分钟左右，其缺点是未经过低温的时效孕育，直接在较高温度时效，时效析出相密度较低，大小不均匀，并容易在时效中破坏其与基体的共格性，降低了时效硬化效果，没有充分发挥合金中微量元素的作用。
技术实现思路
本专利技术是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺，以提升合金性能。本专利技术Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺，通过二段时效处理充分挖掘合金潜力，以提高铝合金的力学性能。本专利技术Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的成分按质量百分比构成如下：Si6.5％，Mg0.35％，Ti0.2％，Zr0.25，Sc0.01％，余量为铝。本专利技术Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺，包括如下步骤：步骤1：制备合金铸锭1a、配料：按照配比量称取纯Al，Al-Si中间合金、Al-Mg中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sc中间合金；1b、熔化：先将Al-Si中间合金和纯铝加入到预热至300℃的坩埚中，然后随炉升温到750℃，全部熔化后静置并保温20min；然后向已熔化的合金熔液中依次加入Al-Mg中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金及Al-Sc中间合金(用铝箔包住)，全部熔化后静置并保温10min；1c、精炼：将1b得到的合金熔液的温度调制720℃，用扒渣勺将合金熔液表层的浮渣快速地撇去，撇渣后采用钟罩将精炼剂置于合金熔液的底部，精炼除气，静置保温10-20min，除渣；由于精炼后熔体表层浮渣更多，需要快速彻底地一次性将浮渣用扒渣勺撇尽。1d、浇注：将1c得到的合金熔液升温至730℃，采用金属型模具进行浇注，得到合金铸锭；步骤2：将步骤1获得的合金铸锭进行固溶处理，固溶处理工艺为：540℃固溶保温310min，出炉淬火，出炉至水中时间控制在15s内，水中冷却时间为3～5min；步骤3：将步骤2所得固溶后的合金进行人工时效处理，时效处理工艺为：125℃时效保温150min，紧接着在155℃时效保温100～200min，出炉空冷。步骤1c中，所述精炼剂为C2Cl6，添加质量为合金熔液总质量的0.6％。步骤2中，所述淬火为80℃温水水淬。铝合金时效过程中通常经过溶质原子富集区(G.P.区)，亚稳定相及稳定相。G.P.区是与铝基体完全共格的，亚稳定相与铝基体部分共格，稳定相与铝基体非共格。共格或部分共格都能引起铝基体晶格的畸变，因而导致铝合金硬度和强度的升高以及其他性能的变化。本专利技术通过采用二级时效工艺有效提高Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc多元微合金化铝合金性能：首先在第一段时效采取125℃时效保温150min的时效工艺，其温度较低，保温时间较长，让G.P.区形成得更为充分一些，使G.P.区弥散度提高；紧接着在第二段时效采取在155℃时效保温100～200min，出炉空冷的时效工艺，温度较高，保温时间较短，时效相在弥散分布的G.P.区基础上发生长大，能形成细小、弥散、粒度相近的(ScZr)Al3、(ScTi)Al3等析出时效相，这些时效析出相尺寸较小，与基体处于共格或部分共格状态，其强化效果最好，较之单级时效形成的析出相强化效果明显提升，因而导致铝合金性能的提升。较之单级时效，合金抗拉强度提高16％，延伸率提高20％。具体实施方式下面结合实施例详细说明，下面实施例是说明性的，而不是限定性的，不能以下述实施例来限定本专利技术的保护范围。本专利技术所提供的合金成分(合金成分均为质量百分比，％)为：Si6.5％，Mg0.35％，Ti0.2％，Zr0.25％，Sc0.01％，余量为铝。在此基础上，热处理工艺中的时效步骤采用分段二级时效。表1实施例时效处理工艺实施例1：本实施例按如下步骤制备合金：步骤1：制备合金铸锭。(1)配料：按照Al92.69％、Si6.5％，Mg0.35％，Ti0.2％，Zr0.25％，Sc0.01％质量百分比称取纯Al，Al-Si中间合金、Al-Mg中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和Al-Sc中间合金。(2)熔化：先将Al-Si中间合金、纯铝加入到预热至300℃的坩埚中，随炉升温到750℃，熔化后保温20min；将Al-Mg中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Zr中间合金和Al-Sc中间合金(用铝箔包住加入)加入熔体中，熔化后保温10min；全部熔化后搅拌，静置保温10min；(3)精炼：把温度调至720℃，用扒渣勺将熔液表层的浮渣快速地撇去，撇渣后采用钟罩将精炼剂(C2Cl6，占总量的0.6％)置于熔体底部，精炼除气。静置保温10～20min，除渣。由于精炼后熔体表层浮渣更多，需要快速彻底地一次性将浮渣用扒渣勺撇尽。(4)浇注：待合金熔液升温到730℃时，采用金属型模具进行浇注。步骤2：将步骤1所浇注的合金先进行固溶处理，固溶处理工艺为：540℃固溶保温310min，出炉淬火(水淬，80℃温水)，出炉至水中时间控制在15s内，水中冷却时间约3～5min。步骤3：将步骤2所得固溶后的合金进行人工时效处理，时效处理工艺为：125℃时效保温150min，紧接着在155℃时效保温100min，出炉空冷。实施例2-4的制备过程参照实施例1，不同之处是将热处理工艺中的二级时效工艺时间变更如表1所示。实施例结果分析：对实施例1-4进行了相关组织观察及力学性能检测并进行对比，拉伸试验的设备采用CMT-5105型号的电子万能试验机。实施例1中，平均抗拉强度为299MPa，延伸率为9％。实施例2中，合金平均抗拉强度为310MPa，延伸率为11％。实施例3中，合金平均抗拉强度为293MPa，延伸率为8％。实施例4中，合金平均抗拉强度为284MPa，延伸率为6％。相比于只做单级时效，抗拉强度平均提高了16％，延伸率平均提高了20％。在时效工艺125℃*150min+155℃*130min时测得的性能最好，而将第二段时效155℃温度下保温时间延长至200min时，所测得的平均维氏硬度和平均抗拉强度又降低，但比做单级时效的合金略高。合金力学性能的增加主要是通过适当的热处理工艺，在铝合金中Zr和Ti生成Al3Zr及Al3Ti第二相粒子，次生Al3Zr颗粒可阻碍位错和亚晶界的运动，可以提高铝合金抵抗变形的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Al‑Si‑Mg‑Zr‑Ti‑Sc合金的时效工艺，其特征在于：本专利技术Al‑Si‑Mg‑Zr‑Ti‑Sc合金的时效工艺，通过二段时效处理充分挖掘合金潜力，以提高铝合金的力学性能。

【技术特征摘要】
1.一种Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺，其特征在于：本发明Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺，通过二段时效处理充分挖掘合金潜力，以提高铝合金的力学性能。2.根据权利要求1所述的时效工艺，其特征在于：所述Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的成分按质量百分比构成如下：Si6.5％，Mg0.35％，Ti0.2％，Zr0.25，Sc0.01％，余量为铝。3.一种权利要求1或2所述的时效工艺，其特征在于包括如下步骤：步骤1：制备合金铸锭1a、配料：按照配比量称取纯Al，Al-Si中间合金、Al-Mg中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sc中间合金；1b、熔化：先将Al-Si中间合金和纯铝加入到预热至300℃的坩埚中，然后随炉升温到750℃，全部熔化后静置并保温20min；然后向已熔化的合金熔液中依次加入Al-Mg中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金及Al-Sc中间合金，全部熔化后静置并保温10min；1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓东，董浩，陆雨，赵强，时运，雷璇璇，葛海涛，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34