一种耐热Al-Fe-Si铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐热Al

【技术实现步骤摘要】
一种耐热Al
‑
Fe
‑
Si铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种耐热Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，属于铝合金制备


技术介绍

[0002]Al
‑
Si合金是汽车发动机常用的材料，纯的Al
‑
Si合金强度较低，因此该合金中通常会加入少量的Cu，Mg元素来提高合金的强度。主要的强化机制为时效析出强化，时效热处理温度一般在200℃以下。这些含Mg，Cu析出相在200℃及以上的温度下长时间(100h以上)保温后会发生粗化，尺寸变大，数密度降低，对位错运动的阻碍能力降低，从而使得合金的强度降低。而汽车发动机的工作温度约为200℃，这对于Al
‑
Si合金的强度是有害的。因此有必要开发一种在较高温下服役的铝合金以弥补现有Al
‑
Si合金的不足。
[0003]目前常见的新型耐热铝合金主要包括Al
‑
Ni，Al
‑
Ce等合金体系。合金主要依靠在高温下稳定的Al3Ni，Al
11
Ce3相作为合金的强化相，这些相的尺寸一般都在200nm以下，且分布均匀，使得合金具有较高的强度和延伸率。但是上述耐热铝合金的强化元素的成本比较高。
[0004]专利CN113416870A公开了一种Al
‑
Ce系高强耐热铝合金，其中Ce的添加量达到12
‑
16％，此外还添加了0.3
‑<br/>0.8％的Sc和0.15
‑
0.32％的Zr。这些合金元素的添加大大提高了合金成本。其中Ce单价是Fe的5倍以上，Sc每千克的单价(32000元/千克)则更为高昂。0.3
‑
0.8％的添加量使得合金每吨的成本增加10万
‑
25万，这一成本是不利于商业化的。
[0005]ɑ
‑
AlFeSi相的形成温度在600℃以上，且Fe元素在铝基体中的扩散速度也较慢，因此在高温下
ɑ
‑
AlFeSi的稳定性较高。且所需元素Fe，Si皆为成本较低的添加元素，因此研究细小的
ɑ
‑
AlFeSi共晶为强化相的合金将是得到低成本耐热铝合金的一个方向。但是Al
‑
Fe
‑
Si体系涉及到三种元素，其中形成的含铁相种类繁多，通常条件下无法获得含铁相完全为
ɑ
‑
AlFeSi的合金，不可避免的会产生片状的Al
13
Fe4及β
‑
AlFeSi有害相。目前还没有得到一种含铁相的微观组织全部为
ɑ
‑
AlFeSi共晶的合金。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种含铁相全为
ɑ
‑
AlFeSi的Al
‑
Fe
‑
Si耐热铝合金及其制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术一种耐热Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，所述Al
‑
Fe
‑
Si铝合金中，含铁相100％为共晶
ɑ
‑
AlFeSi，所述Al
‑
Fe
‑
Si铝合金按质量百分比计，包含下述组分：铁4.5％
‑
5.5％，硅2.8％
‑
3.5％，余量为Al及不可避免的杂质，杂质总含量≤0.06％。
[0009]本专利技术首创的提供了一种含铁相全部为共晶
ɑ
‑
AlFeSi的Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，由于没有片状的Al
13
Fe4及β
‑
AlFeSi，使得本专利技术所提供的Al
‑
Fe
‑
Si铝合金具有优异的强度和延伸率，同时微观组织耐热性能优异。
[0010]在本专利技术中，Al
‑
Fe
‑
Si铝合金的质量百分含量至关重要，若含量不在本专利技术范围
内，则无法使含铁相全为共晶
ɑ
‑
AlFeSi。铁含量过高或硅含量过低时，合金中会产生粗大的片状或花状Al
13
Fe4相，损害合金的强度和延伸率。铁含量过低或硅含量过高时，则会析出粗大的片状β
‑
AlFeSi，从而产生应力集中，损害合金的强度和延伸率。
[0011]优选地，所述Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，按质量百分比计，包含下述组分：铁4.8％
‑
5.5％，硅3.0％
‑
3.5％，余量为Al及不可避免的杂质，杂质总含量小于等于0.06％。
[0012]优选地，所述
ɑ
‑
AlFeSi的晶粒≤200nm。
[0013]本专利技术提供的Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，含铁相均为晶粒≤200nm的
ɑ
‑
AlFeSi，且
ɑ
‑
AlFeSi的形貌为迷宫状或汉字状，专利技术人发现这种形貌与Al
‑
Ce共晶合金中的增强相的Al
11
Ce3形貌非常相似，增强效果显著。
[0014]优选地，所述Al
‑
Fe
‑
Si铝合金的微观组织为Al/
ɑ
‑
AlFeSi共晶团簇，所述Al/
ɑ
‑
AlFeSi共晶团簇的直径为20
‑
40μm。
[0015]优选地，所述Al
‑
Fe
‑
Si铝合金的抗拉强度为240
‑
260MPa，延伸率为15
‑
20％。
[0016]本专利技术一种耐热Al
‑
Fe
‑
Si铝合金的制备方法，包括如下步骤：
[0017]将Al
‑
Fe
‑
Si合金铸锭，在真空环境下于750
‑
820℃重熔，然后激冷，即得耐热Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，所述激冷的速度≧300℃/s，优选为400℃/s。
[0018]专利技术人发现将符合设计配方成份比例的Al
‑
Fe
‑
Si合金铸锭进行重熔后，进行激冷，即可以控制含铁相全为
ɑ
‑
AlFeSi。
[0019]在本专利技术中，只要冷却速度能够满足要求，对激冷的手段不受限制，但是冷却速度若过小，则会产生Al...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，其特征在于：所述Al
‑
Fe
‑
Si铝合金中，含铁相100％为共晶
ɑ
‑
AlFeSi，所述Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，按质量百分比计，包含下述组分：铁4.5％
‑
5.5％，硅2.8％
‑
3.5％，余量为Al及不可避免的杂质，杂质总含量≤0.06％。2.根据权利要求1所述的一种耐热Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，其特征在于：所述Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，按质量百分比计，包含下述组分：铁4.8％
‑
5.5％，硅3.0％
‑
3.5％，余量为Al及不可避免的杂质，杂质总含量≤0.06％。3.根据权利要求1所述的一种耐热Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，其特征在于：所述共晶
ɑ
‑
AlFeSi的晶粒≤200nm。4.根据权利要求1所述的一种耐热Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，其特征在于：所述Al
‑
Fe
‑
Si铝合金的微观组织为Al/
ɑ
‑
AlFeSi共晶团簇，所述Al/
ɑ
‑
AlFeSi共晶团簇的直径为20
‑
40μm。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的一种耐热Al
‑
Fe
‑
Si铝合金，其特征在于：所述Al
‑
Fe
‑
Si铝合金的抗拉强度为240
‑
260MPa，延伸率为15
‑
20％。6.根据权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，兰新月，杜勇，鲁强，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：