高韧性铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧性铝合金材料，所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：Si：10‑13％，Fe：0.8‑1％，Cr：0.15‑0.35％，Mn：0.45‑0.65％，Mg：0.1‑0.3％，Cu：2.5‑3.2％，Zn：0.15‑0.35％，Zr：1.5‑3％，Hf：0.25‑0.35％，Nb：0.1‑0.2％，Ta：0.1‑0.2％，Sr：0.01‑0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。本发明专利技术的高韧性铝合金材料，在不降低其抗拉强度的同时，具有更高的延伸率，提高铝合金材料的韧性。

High toughness aluminum alloy material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
高韧性铝合金材料及其制备方法
本专利技术涉及铝合金制备
，具体而言涉及一种高韧性铝合金材料及其制备方法。
技术介绍
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空航天、汽车、机械制造、船舶等行业中已大量应用。铝合金密度低、但强度比较高，接近或超过优质钢，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用。但现有的铝合金功能比较单一，虽然硬度大，但塑性较差，延伸率差，且硬度和强度都不能具有更大的突破，从而在一定程度上限制了铝合金的应用。因此，需要一种既满足高强度要求，又能够具有高韧性铝合金材质。中国专利文献CN110564993A所公开的一种高性能汽车压铸件铝合金材料，质量百分比的组分：Si：8-9％，Fe：0.5-0.8％，Cu：3.2％-3.8％，Mn：0.15％-0.40％，Mg≤0.3％，Zn≤1.5％，Sr：0.008-0.02％。该铝合金材料的抗拉强度大于330MPa，延伸率大于3.5％，硬度大于95HBW，具有较高的强度，但其韧性还有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提出一种高韧性铝合金材料及其制备方法，在不降低其抗拉强度的同时，具有更高的延伸率，提高铝合金材料的韧性。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种高韧性铝合金材料，所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：Si：10-13％，Fe：0.8-1％，Cr：0.15-0.35％，Mn：0.45-0.65％，Mg：0.1-0.3％，Cu：2.5-3.2％，Zn：0.15-0.35％，Zr：1.5-3％，Hf：0.25-0.35％，Nb：0.1-0.2％，Ta：0.1-0.2％，Sr：0.01-0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。进一步地，所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：Si：11％，Fe：0.9％，Cr：0.15％，Mn：0.6％，Mg：0.1％，Cu：2.9％，Zn：0.25％，Zr：1.5％，Hf：0.25％，Nb：0.1％，Ta：0.1％，Sr：0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。进一步地，所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分Si：11％，Fe：0.9％，Cr：0.15％，Mn：0.6％，Mg：0.1％，Cu：2.9％，Zn：0.25％，Zr：2.5％，Hf：0.28％，Nb：0.15％，Ta：0.15％，Sr：0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。进一步地，所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：Si：11％，Fe：0.9％，Cr：0.15％，Mn：0.6％，Mg：0.1％，Cu：2.9％，Zn：0.25％，Zr：3％，Hf：0.35％，Nb：0.2％，Ta：0.2％，Sr：0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。一种高韧性铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：1)向熔化炉内加入原料铝，加热至700-800℃，搅拌使加入的铝完全熔化，保持铝在炉内呈熔融状态或液态；2)向制成的熔融态的铝中添加10-13％Si，Fe：0.8-1％，Cr：0.15-0.35％，0.45-0.65％Mn和0.1-0.3％Mg，在800-880℃的温度下保温1-2h，充分搅拌，制成合金化体系；3)采用氮气吹原材料总重量的1-2％的精炼剂到炉内，精炼30-60min，进行炉内精炼除气除渣处理；4)向合金体系中添加物料一，并降低温度至700-800℃，保温45-75min；5)向合金体系中添加物料二，并保持温度在750-850℃，保温60-80min，形成一种功能化合物；6)将温度调至650-700℃，用氮气吹原材料总重量1-2％的精炼剂到炉内，精炼30-60min，再次进行炉内精炼除气除渣处理；7)将完成精炼的合金体系浇筑到模具中，冷却成型。进一步地，所述原料铝的纯度大于99％以上。进一步地，所述物料一包括2.5-3.2％Cu和0.15-0.35％Zn。进一步地，所述物料二包括1.5-3％Zr，0.25-0.35％Hf，0.1-0.2％Nb，0.1-0.2％Ta和0.01-0.03％Sr。进一步地，所述功能化合物的化学式由AlxSry[Zr1-x(HfaNbbTa)1-a-b]1-x-y表示，其中，0＜x≤1，0.1≤y≤0.5，0＜a≤0.08,0＜b≤0.03。本专利技术通过添加合理百分比的Si,既改善了铝合金的流动性，又保证了铝合金的力学性能。Fe的含量过高会增加合金的脆性，含量过低则不易脱模。Cr起到沉淀强化和弥散强化的作用，且可以降低Fe的有害作用，改善合金的抗应力腐蚀裂纹能力。Mg可以使合金的机械性能得到很大提高。Mg与Si可生成强化相Mg2Si，可以有效提高合金的性能，但过高的Mg含量会降低合金的延伸率。Cu可以提高合金的强度，改善合金的高温性能，但过高的Cu含量会使合金的耐腐蚀性和铸造性能降低。Zn在铝合金中可以提高Cu的溶解度和溶解速度，从而提高合金的塑性，Zn也可以与Mg形成强化相Mg/Zn2，增强合金的抗拉强度和屈服强度。Zr起到细化晶粒的作用，Hf与Zr的化学性质接近，Zr的耐腐蚀性与Nb、Ta接近，Sr能改善合金的塑性加工性。本专利技术的铝合金材料在制备中形成了一种功能化合物AlxSry[Zr1-x(HfaNbbTa)1-a-b]1-x-y，提高了合金材料的韧性。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术通过对各组分的成分配比进行优化，得到了具有足够强度的合金材料，既满足对铝合金材质的高强度要求。2、本专利技术通过Zr、Hf、Nb、Ta与Sr、Al组成特有的功能化合物AlxSry[Zr1-x(HfaNbbTa)1-a-b]1-x-y，大大提高了合金材料的韧性，使该铝合金材质的延伸率大于12％，并且通过Zr、Hf、Nb、Ta与Sr的各组分比例的优化，得到最佳比例值，在该比例值下，铝合金材质的延伸率可高达16.37％。3本专利技术在制备过程中，通过分步添加和多次精炼，有利于各组分获得最佳的条件，在铝合金体系中发挥最佳作用。附图说明图1是实施例及对比例的铝合金材料的抗拉强度的对比折线图。图2是实施例及对比例的铝合金材料的的屈服强度的对比折线图。图3实施例及对比例的铝合金材料的的延伸率的对比折线图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。本实施例所用的原料铝纯度均大于99％。实施例1一种高韧性铝合金材料，所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：Si：11％，Fe：0.9％，Cr：0.15％，Mn：0.6％，Mg：0.1％，Cu：2.9％，Zn：0.25％，Zr：1.5％，Hf：0.25％，Nb：0.1％，Ta：0.1％，Sr：0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。...

【技术保护点】
1.一种高韧性铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：Si：10-13％，Fe：0.8-1％，Cr：0.15-0.35％，Mn：0.45-0.65％，Mg：0.1-0.3％，Cu：2.5-3.2％，Zn：0.15-0.35％，Zr：1.5-3％，Hf：0.25-0.35％，Nb：0.1-0.2％，Ta：0.1-0.2％，Sr：0.01-0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。/n

【技术特征摘要】
1.一种高韧性铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：Si：10-13％，Fe：0.8-1％，Cr：0.15-0.35％，Mn：0.45-0.65％，Mg：0.1-0.3％，Cu：2.5-3.2％，Zn：0.15-0.35％，Zr：1.5-3％，Hf：0.25-0.35％，Nb：0.1-0.2％，Ta：0.1-0.2％，Sr：0.01-0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。


2.根据权利要求1所述的高韧性铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：Si：11％，Fe：0.9％，Cr：0.15％，Mn：0.6％，Mg：0.1％，Cu：2.9％，Zn：0.25％，Zr：1.5％，Hf：0.25％，Nb：0.1％，Ta：0.1％，Sr：0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。


3.根据权利要求1所述的高韧性铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：Si：11％，Fe：0.9％，Cr：0.15％，Mn：0.6％，Mg：0.1％，Cu：2.9％，Zn：0.25％，Zr：2.5％，Hf：0.28％，Nb：0.15％，Ta：0.15％，Sr：0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。


4.根据权利要求1所述的高韧性铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料包括以下质量百分比的组分：Si：11％，Fe：0.9％，Cr：0.15％，Mn：0.6％，Mg：0.1％，Cu：2.9％，Zn：0.25％，Zr：3％，Hf：0.35％，Nb：0.2％，Ta：0.2％，Sr：0.03％，杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。


5.一种权利要求1-4中任一项所述的高韧性铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小龙，张欢德，
申请(专利权)人：南京南超模具装备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32