一种高强高塑铝硅镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强高塑铝硅镁合金及其制备方法。铝硅镁合金各元素质量百分比为，7％的Si，0.3％的Mg，0.05％的Ti，0.05％的Nb，0.01％的B，余量为Al；铝硅镁合金的物相为，NbAl3、TiAl3、NbB2及TiB2细化相及强化相中的一种及多种，其余为Mg2Si相、共晶硅相及α

【技术实现步骤摘要】
一种高强高塑铝硅镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及有色金属材料及冶金领域，具体涉及一种高强高塑铝硅镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铸造铝合金由于其低密度、高比强度等优点而被广泛应用在航空航天、轮船以及汽车制造领域，其主要有Al
‑
Si、Al
‑
Cu以及Al
‑
Mg等体系。Al
‑
Si系合金由于具有良好的力学性能和铸造性能在工业中得到广泛应用，占全球铝铸件总量的80
‑
90％。在铸造过程中，Si熔化吸收储存大量能量，在随后凝固过程中释放，这使得Al
‑
Si系合金具有良好的流动性和铸造性能，并且流动性随着Si含量的增加而提高。因此与Al
‑
Cu系合金等大多数铸造铝合金相比，Al
‑
Si系合金铸件不易产生缩孔、热裂和气孔等铸造缺陷。其中的Al
‑
7Si
‑
0.3Mg合金由于密度小、比强度高、耐腐蚀性强等优点，可用于生产飞机结构件、卡车底盘零件等强度要求高的结构部件。但是由于Al
‑
7Si
‑
0.3Mg合金晶粒粗大且存在片状共晶硅相，导致其强度和塑性低于Al
‑
Cu系及Al
‑
Mg系合金，限制其在航空航天等领域的应用范围。
[0003]对合金添加晶粒细化剂进行晶粒细化处理，在获得晶粒细小的合金组织的同时可以减轻铸件的热裂和偏析倾向，且晶粒细化剂中的细化相也可以作为强化相阻碍位错运动，从而综合提高合金的强度与塑性。现有文献1，《细化变质处理对A356.1合金组织和力学性能的影响》，李文树等人通过于Al
‑
7Si
‑
0.3Mg合金中添加质量百分比为0.25％的Al
‑
5Ti
‑
B中间合金，将Al
‑
7Si
‑
0.3Mg合金中粗大的α
‑
Al相二次枝晶臂间距由32.1微米细化至23.4微米，细化后的Al
‑
7Si
‑
0.3Mg合金室温抗拉强度由182MPa提高至203MPa，延伸率由4.4％提高至5.2％。
[0004]对晶粒细化后的铝硅镁合金进行T6热处理(固溶处理、淬火和人工时效处理)可以增加析出相密度，进一步提高位错运动阻力，实现合金强度的提升。现有文献2，《Al
‑
7Si
‑
Mg合金晶粒的复合细化处理的研究》，刘欢等人通过对Al
‑
7Si
‑
Mg合金添加质量百分比为2％的Al
‑
5Ti
‑
B中间合金并进行T6热处理，将Al
‑
7Si
‑
Mg合金的抗拉强度由T6热处理前的156.3MPa提高至259.6MPa。
[0005]但上述技术存在以下问题：
[0006]1、目前商业常用的Al
‑
5Ti
‑
B在硅含量大于3％的Al
‑
Si系合金中，Si易与TiAl3或TiB2相互作用而形成毒害钛硅化物，降低了其成核能力；
[0007]2、Al
‑
5Ti
‑
B晶粒细化剂中TiAl3颗粒尺寸粗大且TiB2颗粒易发生团聚及沉降，导致其形核能力未充分发挥，细化效果较弱，合金的抗拉强度提升幅度较小；
[0008]3、在T6热处理后，由于Al
‑
7Si
‑
Mg合金晶界处细化相及强化相的团聚，Al
‑
7Si
‑
Mg合金中的延伸率由5.4％降低至3.6％。
[0009]基于上述原因，采用一种Ti含量更低且不易与Si相互作用的晶粒细化剂可以解决Si含量过高导致的Al
‑
5Ti
‑
B晶粒细化剂细化性能下降的问题。现有文献3，中国专利CN108251675B《一种铸造铝硅合金用Al
‑
Ti
‑
Nb
‑
B细化剂及其制备方法及应用》，李谦等人制
得一种Al
‑
Ti
‑
Nb
‑
B晶粒细化剂，该晶粒细化剂由以下质量百分比的组分组成：0.3
‑
1.3％的Ti，0.5
‑
2.0％的Nb，0.3
‑
0.5％的B，余量为Al。在A379铸造铝合金中添加Al
‑
Ti
‑
Nb
‑
B晶粒细化剂，其中Nb与Si的相互作用弱于Ti与Si的相互作用，毒害铌硅化物不易形成，从而保持A1
‑
Ti
‑
Nb
‑
B晶粒细化剂的细化效果。当最终体系中含Ti、Nb的质量百分比总量为0.1％时，A379铸造铝合金的晶粒尺寸可由1013微米细化至150
‑
450微米。
[0010]研究发现，该技术仍存在以下问题：Al
‑
Ti
‑
Nb
‑
B晶粒细化剂中的MAl3及MB2(M＝Ti,Nb)细化相颗粒仍存在有团聚问题，导致其晶粒细化效率降低，形核能力未得到完全发挥。
[0011]基于上述原因，采用热挤压制备合金杆的方法可以减小晶粒细化剂中细化相及强化相颗粒的尺寸，分散颗粒的分布，解决颗粒团聚的问题。现有文献4，中国专利CN109385542A《用于晶粒细化的铝铌硼合金杆的制备方法》，李谦等人通过热挤压的方式成功制备了铝铌硼合金杆。该合金杆由以下质量百分比的组分组成：2.5
‑
3.5％的Nb，0.2
‑
0.5％的B，余量为Al。热挤压的方式将铝铌硼合金锭中的NbAl3和NbB2颗粒尺寸减小至4.5微米和1.1微米，克服了传统铝铌硼合金中NbAl3、NbB2颗粒易于团聚的问题。添加铝铌硼合金杆至商用AlSi9Mg铸造铝合金中，当最终体系中Nb的质量百分比为0.1％时，商用AlSi9Mg铸造铝合金晶粒尺寸可细化至约160微米，获得了更高的细化效率。
[0012]经研究发现，该技术在应用过程中，仍存在以下问题：铝铌硼合金杆中的Nb源来自于高纯Nb粉，导致成本增加，不利于产品的实际应用。
[0013]因此，通过对Al
‑
7Si
‑
0.3Mg合金中添加晶粒细化剂和T6热处理提升合金强度和塑性时必须解决的技术问题是晶粒细化剂中的细化相颗粒不易与Si反应，且细化相及强化相颗粒不易发生团聚和沉降，T6热处理后合金塑性不易下降问题。通过对Al
‑
7Si
‑
0.3Mg合金中添加晶粒细化剂，在解决上述问题时，还需要解决以下问题：
[0014]1.在细化A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高塑铝硅镁合金，其特征在于：按照质量百分比计算的组分组成为，7％的Si，0.3％的Mg，0.0125
‑
0.1％的Ti，0.0125
‑
0.1％的Nb，0.0025
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0.02％的B，余量为Al；铝硅镁合金的物相为NbAl3、TiAl3、NbB2及TiB2细化相及强化相中的一种及多种；其余为Mg2Si相、共晶硅相及α
‑
Al相；所述铝硅镁合金的最高室温屈服强度不低于218.9MPa，最高抗拉强度不低于300.1MPa，最高延伸率不低于10.3％；所述高强高塑铝硅镁合金采用如下方法制备而成：采用氟盐反应法和热挤压法制得Al
‑
Ti
‑
Nb
‑
B合金杆，向Al
‑
7Si
‑
0.3Mg合金熔体中添加Al
‑
Ti
‑
Nb
‑
B合金杆，并进行浇铸和T6热处理，从而得到所述高强高塑铝硅镁合金。2.根据权利要求1所述高强高塑铝硅镁合金，其特征在于：所述Al
‑
Ti
‑
Nb
‑
B合金杆的质量百分比的组分组成为，2.5％的Ti，2.5％的Nb，0.5％的B，余量为Al；所述Al
‑
Ti
‑
Nb
‑
B合金杆中包含MAl3颗粒，MAl3团聚体，MB2颗粒和MB2团聚体，其中，M代表Ti或Nb，MAl3、MB2团聚体的尺寸为6.2
‑
17.4微米，MAl3、MB2颗粒的尺寸为0.2
‑
3.1微米。3.根据权利要求1所述高强高塑铝硅镁合金，其特征在于：所述α
‑
Al相的晶粒尺寸为174.1
±
9.2微米。4.根据权利要求1所述高强高塑铝硅镁合金，其特征在于：所述铝硅镁合金在铸态下屈服强度为91.2
±
1.3MPa，抗拉强度为187.3
±
4.9MPa，延伸率为7.6
±
0.4％；所述铝硅镁合金在经过T6热处理后屈服强度为215.3
±
3.6MPa，抗拉强度为298.1
±
2.8MPa，延伸率为9.7
±
0.9％。5.根据权利要求1所述高强高塑铝硅镁合金，其特征在于：所述铝硅镁合金经T6热处理后和铝硅镁合金在铸态下相比，铝硅镁合金延伸率上升2.1％。6.一种权利要求1所述高强高塑铝硅镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，Al
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Ti
‑
Nb
‑
B合金锭的制备：以氟钛酸钾作为Ti源材料，氟硼酸钾作为B源材料，Nb2O5作为Nb源材料，采用氟盐反应法，制备Al
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Ti
‑
Nb
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B合金锭；步骤2，Al
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Ti
‑
Nb
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B合金杆的制备：将在所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：李谦，陈俊伟，罗群，武昌，李卫昊，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：