一种具有高综合性能的合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高综合性能的合金材料，由如下重量百分含量的成分组成：9‑12％Si，0.4‑0.7％Fe，1‑3％Cu，0.004‑0.006％Au，0.6‑0.8％Mg，0.4‑0.7％Pd，0.5‑0.8％Ni，2‑6％Zn，1‑4％Sr，0.2‑0.5％Ho，余量为Al；融入固溶体中的溶质原子使合金固溶体的强度与硬度增加，具有良好的稳定性、实用性和力学性能。制备方法采用区域熔炼引入Pd‑Ho晶相，显著提升非晶合金的塑性。铸造后的锻造、热处理工艺，改善了微观组织，提高了力学性能,使合金材料具备较高的综合性能。

A kind of alloy material with high comprehensive properties and its preparation method

The present invention discloses an alloy material with high comprehensive properties, which is composed of the following components: 9 8209 12% Si, 0.4 8200 0.7% Fe, 1 8209 3% Fe, 1 8209 3% Cu, 0.004 8200.006%Au, 0.6 8200.6 8200.8% Mg, 0.4 8200.7% Pd, 0.5 8200.5 8200 0 0.8% Ni, 2 8206% Zn, 1 8209 4% Sr, 1 8204 4% Sr, 0.4 8209 0.2 8200 0 0.2 8209 Ho, 0.2 8200.5% Ho, the remaining amount of Al in solid solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution solution Strength and Hardness of Alloy Solid Solutions Caused by Atoms With the increase of degree, it has good stability, practicability and mechanical properties. The method of preparation uses zone melting to introduce Pd Ho crystalline phase, which significantly improves the plasticity of amorphous alloys. The forging and heat treatment process after casting improves the microstructures and mechanical properties of the alloys, which makes the alloys possess higher comprehensive properties.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高综合性能的合金材料及其制备方法
本专利技术属于铝合金材料领域，尤其涉及一种具有高综合性能的合金材料及其制备方法。
技术介绍
按照原子排列的方式可以将物质分为晶体和非晶体两大类，当材料的原子排列方式呈规则有序时为晶体材料，反之原子排列方式无规则可寻则为非晶体。当固体合金的原子排列结构跟液态金属相类似，是一种长程无序的混乱状态时，称之为非晶合金。非晶态可以通过物质冷却过程中不发生结晶获得，也可以通过气相沉积、离子束混合等方法制备得到。非晶态合金与传统的氧化物玻璃不同，非晶合金中原子间是通过金属键相连而不是共价键，所以金属的很多优良特性在非晶态合金中得以保留而表现出优异的性能。作为一类先进的金属材料，非晶合金由于其无序的原子结构表现出极为优异的力学性能，如高强度、高硬度、大弹性极限(约2％)、较好的耐磨性以及在过冷液相区的超塑性成型能力等，在精密机械、海洋工程、航空航天和生物医疗等高新
具有广阔的应用前景，因而受到人们的广泛关注。但是块体非晶合金由于晶体缺陷(如位错，晶界等)的缺失，非晶合金失去了传递塑性应变的介质，导致其室温变形在屈服后迅速出现局域化，进而形成剪切带变形，并造成灾难性断裂，大多数块体非晶合金在宏观上表现出很有限的塑性应变，约为0％～2％，室温拉伸塑性更是几乎为零。虽然也有少量的块体非晶合金体系在压缩变形过程中显示出了极好的塑性变形能力，但其应力一应变曲线常显示出明显的加工软化特征，这一应变局域化过程严重地阻碍了非晶合金作为结构材料的实际应用。研究发现，块体非晶合金有限的宏观塑性变形性与高度局部化的变形过程相关，例如局部高度集中的剪切带的演变过程，其中大量塑性应变积聚在一个非常狭窄的区域，并表现出应变软化现象，虽然剪切带中的局部塑性应变非常高，但整体室温塑性却是非常差的。后来研究发现，解决应变局域化的有效途径之一就是在在块体非晶基体中引入具有不同长度尺度的第二相颗粒而制备出具有非均匀微观结构的非晶复合材料。非晶合金中引入第二相，可以影响剪切带的形成与扩展，并有效的缓解了应变集中，从而提高材料的整体宏观塑性。在一些非晶复合材料中，已发现第二晶体相能有效抑制变形时单个剪切带的快速失稳扩展，同时促进多重剪切带的生成，最终导致材料具有良好的压缩塑性。由此可见，通过引入第二相而制备非晶复合材料可以有效地改善块体非晶合金的易脆断性。铸造共晶铝硅合金拉伸试样端口存在明显的孔洞缺陷，此类缺陷是由于铝液在凝固过程中体积收缩而得不到铝液的补充或由于凝固过程气体的析出而形成的，而且在铸件中是难以避免的。这类缺陷的存在，一方面减少了受力的横截面积，另一方面在孔洞处容易造成应力集中，受力过程中导致裂纹产生和扩展。工业生产中，铸造合金在熔炉中反复熔炼，有可能保持较长时间，锶(Sr)变质的长效性有重要的实际意义，可保证共晶硅在长时间熔炼中晶体变质效果稳定。试剂生产中常用Al-Sr作为长效变质剂，以克服Na盐的有效变质时间短，使用工序复杂，效果不稳定的缺陷。中国专利CN201210142891.5涉及适用于航天产品的高性能铸造铝合金，以ZL107铝合金材料为基础，通过进行铸造铝合金的化学成份优化，确定了一种化学成份配比合理并能满足技术指标的高性能铸造铝合金。其合金元素成份及配比(重量百分比)如下：Si：5.5～7.5，Mn：0.05～0.35，Cu：3.5～4.5，Cd：0.05～0.2，余量为Al。本专利技术中允许杂质存在，当使用金属型铸造时，杂质总和≤0.4，其中，Fe≤0.2；当使用砂型铸造时，杂质总和≤0.3，其中，Fe≤0.2。本专利技术铸造铝合金通过以上合金元素成份配比熔炼而成，进行T5状态热处理后，在力学性能方面达到：抗拉强度σb≥300MPa，伸长率δ≥1.5％，硬度HB≥110。上述专利原料配比简单，未添加Pd、Ho等稀有元素以强化合金材料的综合性能，且铸造后的铝合金材料为晶型合金材料，不具备非晶型材料的优异的力学性能。且仅采用铸造工艺制备铝合金材料，无法克服偏析、夹渣、气孔、凹陷等铸造缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对目前铸造铝硅合金的缺点，本专利技术提供一种具有高综合性能的合金材料，在高强度和硬度的同时满足塑性良好，不易断裂的韧性需求。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下的技术方案：一种具有高综合性能的合金材料，由如下重量百分含量的成分组成：9-12％Si，0.4-0.7％Fe，1-3％Cu，0.004-0.006％Au，0.6-0.8％Mg，0.4-0.7％Pd，0.5-0.8％Ni，2-6％Zn，1-4％Sr，0.2-0.5％Ho，余量为Al；所述Fe、Cu、Au、Pd、Ho、Al均以纯物质作为制备原料，纯度均大于99.9％；Sr以铝锶合金形式作为制备原料，其中Sr的重量百分含量为10％，其余为铝；Ni以铝镍合金合金形式作为制备原料，其中Ni的重量百分含量为15％，其余为铝；Si、Mg、Zn以铝镁锌合金形式作为制备原料，其中Si的含量为24～30wt％；Zn的含量为4～20wt％；Mg的含量为1.6～2.0wt％，其余为铝。优选地，所述Au、Pd、Ho、Fe纯物质原料为粉末状，平均粒径100～200目；所述铝镁锌合金、铜原料为合金锭，所述铝镍合金、铝锶合金均为颗粒状，平均粒径1～3mm。一种上述具有高综合性能的合金材料的制备方法，包含如下具体步骤：(1)根据配料表称取Fe、Cu、Au、Pd、Ho、Al金属单质及铝锶合金、铝镍合金、铝镁锌合金作为原料，精确到0.0001g；(2)将铝镁锌合金和Al、Cu、Fe、Au单质用超声波清洗后烘干放入高真空电弧熔炼炉中的坩埚中，用机械泵抽至炉内气压为5Pa后用分子泵抽空气至气压为0.0001Pa，然后向熔炼炉内充入氩气作为保护气体至气压为0.05～0.5MPa，关闭阀门于1300～1800℃进行熔炼，反复熔炼5次，在第二次熔炼时加入铝镍合金和铝锶合金；(3)待合金成分熔炼均匀后打开阀门利用压力将合金浆料压入水冷铜模中，并吸铸成厚度为1.6～3.3mm的非晶板材，冷却速率为800～1000K/s；(4)将Pd、Ho粉末均匀平铺于非晶板材上表面，粉末层厚度0.05～0.2mm，采用功率为580±120W的中功率真空电子束焊机在真空度为1×10-5～10-7Pa的区域熔炼室内进行电弧区域熔炼；中功率真空电子束焊机的钨极位于非晶板材上方，钨极与非晶板材上表面间的距离1～4mm；(5)采用400kgf空气锤对熔炼后的板材进行锻造，开坯温度850～1000℃，保温1～3h，随后三墩三拔，每次变形量55～85％，空冷至室温，再500～700℃精锻为直径90～120mm，长度200～300mm的棒材；(6)将棒材在箱式电阻炉中加热到变形温度，在液压机上按照最佳挤压比、应变速率进行挤压变形，一火成形，工件轮廓清晰，变形充分，然后空冷；(7)350～450℃固溶1.5～2h，升温至500～600℃，保温1～3h，水冷；(8)时效处理：将固溶后的合金升温至120～150℃预时效1～2h，水冷，升温至150～180℃，保温2～4h，空冷，再升温至85～115℃进行二级时效15～30h。优选地，所述步骤(4)中钨极直径为1～2mm，输入电流15～30A，输入电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高综合性能的合金材料，其特征在于，由如下重量百分含量的成分组成：9‑12％Si，0.4‑0.7％Fe，1‑3％Cu，0.004‑0.006％Au，0.6‑0.8％Mg，0.4‑0.7％Pd，0.5‑0.8％Ni，2‑6％Zn，1‑4％Sr，0.2‑0.5％Ho，余量为Al；所述Fe、Cu、Au、Pd、Ho、Al均以纯物质作为制备原料，纯度均大于99.9％；Sr以铝锶合金形式作为制备原料，其中Sr的重量百分含量为10％，其余为铝；Ni以铝镍合金合金形式作为制备原料，其中Ni的重量百分含量为15％，其余为铝；Si、Mg、Zn以铝镁锌合金形式作为制备原料，其中Si的含量为24～30wt％；Zn的含量为4～20wt％；Mg的含量为1.6～2.0wt％，其余为铝。

【技术特征摘要】
1.一种具有高综合性能的合金材料，其特征在于，由如下重量百分含量的成分组成：9-12％Si，0.4-0.7％Fe，1-3％Cu，0.004-0.006％Au，0.6-0.8％Mg，0.4-0.7％Pd，0.5-0.8％Ni，2-6％Zn，1-4％Sr，0.2-0.5％Ho，余量为Al；所述Fe、Cu、Au、Pd、Ho、Al均以纯物质作为制备原料，纯度均大于99.9％；Sr以铝锶合金形式作为制备原料，其中Sr的重量百分含量为10％，其余为铝；Ni以铝镍合金合金形式作为制备原料，其中Ni的重量百分含量为15％，其余为铝；Si、Mg、Zn以铝镁锌合金形式作为制备原料，其中Si的含量为24～30wt％；Zn的含量为4～20wt％；Mg的含量为1.6～2.0wt％，其余为铝。2.根据权利要求1中所述一种具有高综合性能的合金材料，其特征在于：所述Au、Pd、Ho、Fe纯物质原料为粉末状，平均粒径100～200目；所述铝镁锌合金、铜原料为合金锭，所述铝镍合金、铝锶合金均为颗粒状，平均粒径1～3mm。3.一种如权利要求1或2中所述具有高综合性能的合金材料的制备方法，其特征在于，包含如下具体步骤：(1)根据配料表称取Fe、Cu、Au、Pd、Ho、Al金属单质及铝锶合金、铝镍合金、铝镁锌合金作为原料，精确到0.0001g；(2)将铝镁锌合金和Al、Cu、Fe、Au单质用超声波清洗后烘干放入高真空电弧熔炼炉中的坩埚中，用机械泵抽至炉内气压为5Pa后用分子泵抽空气至气压为0.0001Pa，然后向熔炼炉内充入氩气作为保护气体至气压为0.05～0.5MPa，关闭阀门于1300～1800℃进行熔炼，反复熔炼5次，在第二次熔炼时加入铝镍合金和铝锶合金；(3)待合金成分熔炼均匀后打开阀门利用压力将合金浆料压入水冷铜模中，并吸铸成厚度为1.6～3.3mm的非晶板材，冷却速率为800～1000K/s；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵浩峰，夏俊，王青青，
申请(专利权)人：安徽信息工程学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34