一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al-Sr-Co合金制造技术

本发明专利技术公开了一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al‑Sr‑Co合金。按照重量百分比,该合金的成分为:Sr:0.3‑0.5wt.%,Sb:2.0‑3.0wt.%,Sn:8.0‑10.0wt.%,Co:1.2‑1.5wt.%,Ti:0.4‑0.6wt.%,W:0.2‑0.3wt.%,Pb:4.0‑6.0wt.%,In:6.0‑8.0wt.%，余量为铝。该材料为我国铸造用铝合金提供了一种无凝固收缩且具有液相调幅分解特性的新型产品。该材料的实施和产业化不仅有效地解决了工业领域替代产品的轻量化解决方案，也可以有效地推动我国新材料的更新和行业升级需求。

【技术实现步骤摘要】
一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al-Sr-Co合金
本专利技术涉及合金
，具体地说，涉及一种铝合金。
技术介绍
纯铝的密度小，大约是铁的1/3。铝是fcc结构，具有很高的塑性，易于加工成各种型材和板材。但是，纯铝的强度很低，不宜作结构材料。将各种合金元素添加到铝中并控制其含量,结合后来的冶炼和热处理工艺便可以制备出各种铝合金。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，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，使用量仅次于钢。铝合金的应用领域是非常广的，可以广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。飞机依用途的不同，铝的用量也不一样。着重于经济效益的民用机因铝合金价格便宜而大量采用，如波音767客机采用的铝合金约占机体结构重量81%。军用飞机因要求有良好的作战性能而相对地减少铝的用量，如最大飞行速度为马赫数2.5的F-15高性能战斗机仅使用35.5%铝合金。铝合金在飞机上可以用来制备多种不同的结构件和非结构件。飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。发射阿波罗号飞船的土星5号运载火箭各级的燃料箱、氧化剂箱、箱间段、级间段、尾段和仪器舱都用铝合金制造。航天飞机的乘员舱、前机身、中机身、后机身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼都是用铝合金制做的。金属或者合金在凝固时通常体积都会发生收缩，密度变大。这是造成铸件产生缩孔、缩松、表面缩陷和热裂等铸造缺陷的根源。可以说，合金收缩性能是铸造合金本身的物理性质，它是获得致密优质铸件的重要指标之一。因为铸造合金在铸造后就会直接使用，而不会像变形合金那样靠冷加工和热加工便能提高合金的致密度。由于凝固时的体积收缩会对最终的铸造铝合金性能产生很大影响。铝合金的凝固收缩问题一直是铸造工业中较关注的问题，也是一直致力解决的问题。对铝合金凝固时的体积收缩进行最优化的控制是铸造用铝合金的一个重要方向。目前而言，国内和国际已经有研究所和企业进行了无凝固收缩铝合金的开发和产业化，并且取得了较为理想的效果。开发了在凝固前后体积保持不变的无凝固收缩的铸造用铝合金。尽管这些合金在凝固前后具有体积不变的特性，该类合金的缺点也是非常明显的。（1）首先，这些具备无凝固收缩特性的铝合金并不具备真正的无凝固收缩。这些合金并不是真正的共晶点成分的铸造合金或者成分接近共晶点成分，因而在凝固后枝晶明显，枝晶间的铸造空洞比较发达。可见，其体积铸造不变是通过内部的空洞生成来进行补偿的。简单的说，该合金在凝固后还会进行收缩，只是由于孔洞的生成弥补了这些收缩而使得铸造件整体上体积在凝固前后保持不变。孔洞和疏松的生成不仅影响了该合金的力学性能。也使得合金在机械加工的时候不具备理想的外观。（2）其次，这些无凝固收缩的铝合金只是做到了凝固前后体积的不变，所得产品并没有理想的力学性能，例如强度和硬度。因而，在对铝合金性能要求日益苛刻的今天，这些已经开发的无凝固收缩的铸造用铝合金并没有得到广泛的市场应用和推广。随着当今世界对结构材料轻量化、减重节能、环保以及可持续发展要求的日益提高，铝合金在需要轻量化结构材料的交通、电子、医疗产品等领域展会展现出更为广阔的前景。进行合金新材料的创新离不开合金的结构和成分设计，而材料的热力学和动力学是解决该类问题的主要方法。通过优化合金元素的筛选和成分确定，不仅可以达到所需要的各种性能指标，还会降低合金冶炼和加工的生产成本和对设备的要求。该类产品不仅使用寿命有了进一步的提高，还便于工业化大规模生产。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al-Sr-Co合金。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al-Sr-Co合金。按重量百分比计,合金的组成为Sr:0.3-0.5wt.%,Sb:2.0-3.0wt.%,Sn:8.0-10.0wt.%,Co:1.2-1.5wt.%,Ti:0.4-0.6wt.%,W:0.2-0.3wt.%,Pb:4.0-6.0wt.%,In:6.0-8.0wt.%，余量为铝。上述一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al-Sr-Co合金，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电炉内，并采用石墨坩埚;熔炼时在700度保温10分钟，靠高频感应炉电磁搅拌均匀;搅拌均匀后在700度保温1分钟并浇铸出炉;合金浇铸采用直径20-30mm的钢模，并采用水冷的方式降温。在随后的铸造过程中，将所得的铸锭在室温下加热到650-700度并保温10分钟，然后将该熔体倒入已经做好的模具中进行浇铸成型;冷却脱模后需要进行消除铸造应力真空退火,温度为200度,时间为0.3小时。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：（1）对于合金设计而言，提高铸造合金铸造性能的方法主要是利用共晶合金在凝固时的温度恒定性来进行的。也就是说，如果合金的凝固温度像纯金属一样，属于某个固定的温度。则该合金就可能具有优异的凝固特性，所得铸锭不仅成分均匀，而且凝固孔洞会很少。因而一般的铸造铝合金成分大多在多元共晶点附近，这也是目前国际和国内铝合金设计的常用方法。但是必须看到，随着科技和工业的日益发展，铝合金的使用环境和条件也越来越苛刻。因而，开发不在共晶点附近的铸造铝合金是目前国内外的热点方向。这是因为，一方面共晶点的温度都比较低，当铝合金的服役温度稍微上升后，该材料的力学性能会急剧降低，加大了材料失效的可能性。而且，由于共晶点成分是恒定的，材料设计者便不能通过调整合金的成分来获得其它需要的性能（例如，凝固前后的收缩和力学性能）。本专利提出了一种利用液相调幅分解来进行凝固过程中凝固孔洞消除的新型办法。不仅可以使得铸造用合金的设计远离多元合金的共晶点，还使得对合金成分进行仔细优化使得该合金具有无凝固收缩特性和优异的力学性能成为可能。因而在当前工业领域快速发展的时代极具现实意义。（2）本专利设计的新型铝合金在凝固的过程中，富铝和富铟的液相不断的从最初的合金熔体中分离出来。这些富铝和富铟的熔体由于互不相熔,因而在凝固过程中富铟熔体伴随着先析出富铝相枝晶的生成而逐渐被排挤到枝晶的间隙中,并在这些狭小的缝隙中最终凝固,起到了补充凝固空洞的作用。因而，具备液相调幅分解特性的合金最适合来制备无铸造孔洞和疏松缺陷的铸件。用专业术语来说，液态合金在凝固的过程中生成两种互不溶解的液相，因而低熔点的液相在凝固过程中可以补偿高熔点液相凝固时产生的枝晶空洞，因而对于铸件的物理性能和力学性能具有极其有益的作用。（3）本专利申请保护的新型铝合金具有宽广的凝固温度范围（200-430度）。其中主要的富铝熔体的凝固温度范围为300-430度，富铟的凝固温度范围为200-320度。两种液相的凝固温度范围覆盖了从430度到200度的温度范围，因而在用该合金进行铸造的时候，可以获得的铸造件致密度高，可以达到98%以上而没有明显的孔洞和疏松出现。此外，该合金具有极其优异的回用性能，经4次回用后铸造件的外形轮廓清晰，表面光洁。因而，该材料的产业化，不仅可以提高成品率，还可以通过多次回用大大降低生产成本。（4）该合金在凝固前后体积收缩率为0.6%，因而可以认为在铸造前后没有体积变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al‑Sr‑Co合金；按照重量百分比,该合金的成分为: Sr:0.3‑0.5wt.%,Sb:2.0‑3.0wt.%,Sn:8.0‑10.0wt.%,Co:1.2‑1.5wt.%,Ti:0.4‑0.6wt.%,W:0.2‑0.3wt.%,Pb:4.0‑6.0wt.%,In:6.0‑8.0wt.%，余量为铝。

【技术特征摘要】
1.一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al-Sr-Co合金；按照重量百分比,该合金的成分为:Sr:0.3-0.5wt.%,Sb:2.0-3.0wt.%,Sn:8.0-10.0wt.%,Co:1.2-1.5wt.%,Ti:0.4-0.6wt.%,W:0.2-0.3wt.%,Pb:4.0-6.0wt.%,In:6.0-8.0wt.%，余量为铝。2.根据权利要求1所述一种无凝固收缩的液态调幅分解型Al-Sr-Co合金，其特征在于包括如下冶炼步骤：将如上配比的原料加入到氩气环境下的感应电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长江，
申请(专利权)人：广州宇智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44