一种添加过渡金属元素的Al-Si-Cu-Mg系铸造合金材料及其处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种添加过渡金属元素的Al

【技术实现步骤摘要】
一种添加过渡金属元素的Al
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Si
‑
Cu
‑
Mg系铸造合金材料及其处理工艺


[0001]本专利技术涉及铝合金铸造
，更具体地说，特别涉及一种添加过渡金属元素的Al
‑
Si
‑
Cu
‑
Mg系铸造合金材料及其处理工艺。

技术介绍

[0002]随着汽车行业的发展，汽车发动机朝着结构复杂化，内腔高负荷化，材料轻质化和体积小型化的趋势发展。这意味着制造发动机所用材料不仅需要在室温下有较高的强度和韧性，在较高的温度下同样需要保持有较高的强度和韧性匹配。目前高端柴油发动机工作温度可达到200℃，而对于制造发动机所用Al
‑
Si系铸造合金的性能要求为：抗拉强度(UTS)≥290MPa
[0003]Al
‑
Si系铸造铝合金由于其具有重量轻、铸造性能好、综合力学性能优异等特点，被广泛应用于汽车发动机缸盖的制造。但当温度提升至200℃时，由于传统强化相譬如Mg2Si、Q
‑
Al5Mg8Si4Cu2和θ
‑
Al2Cu相会迅速粗化溶解，使得合金的力学性能大幅度下降以至于发生失效等现象。
[0004]如今强化合金高温性能主要通过两种手段实现：其一为微合金化，即在熔炼时添加其他元素，使其溶于基体中或与基体发生一定的反应生成具有特殊性能的中间相，从而提高合金某方面的性能；其二是对合金性能热处理或者优化已有的热处理手段来调整合金的力学性能。
[0005]通过微合金化提升Al
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Si
‑
Cu
‑
Mg系铸造铝合金高温性能主要添加过渡金属元素如Cr,Ti,V,Zr等元素和稀土元素如Sc,Y等元素。然而稀土元素受限于其价格较为昂贵而难以应用于大批量的工业生产。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种较高工作温度下需要保持高强高韧的添加过渡金属元素的Al
‑
Si
‑
Cu
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Mg系铸造合金材料及其处理工艺。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种添加过渡金属元素的Al
‑
Si
‑
Cu
‑
Mg系铸造合金材料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：
[0008]Al
‑
20Si：42.5％
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47.5％；Al
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40Cu：2.38％
‑
2.63％；Mg：0.35％
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0.45％；Zn：0.55％
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0.65％；Al
‑
10Sr：0.05％；Al
‑
5Ti
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B：1.00％；Al
‑
20Cr：1.85％
‑
2.15％；Al
‑
6Ti：5.58％
‑
6.08％；Al
‑
20V：1.45％
‑
1.55％；Al
‑
10Zr：2.85％
‑
3.15％；Al
‑
6Mo：4.75％
‑
5.25％；Al
‑
10Mn：2.85％
‑
3.15％；余量为Al。
[0009]优选地，造合金材料，包括以下重量百分比的组分：
[0010]Al
‑
20Si：45.00％；Al
‑
40Cu：2.50％；Mg：0.40％；Zn：0.60％；Al
‑
10Sr：0.05％；Al
‑
5Ti
‑
B：1.00％；Al
‑
20Cr：2.00％；Al
‑
6Ti：5.83％；Al
‑
20V：1.50％；Al
‑
10Zr：3.00％；Al
‑
6Mo：5.00％；Al
‑
10Mn：3.00％；余量为Al：29.28％。
[0011]优选地，所述Mg的纯度为99.99％，所述Zn的纯度为99.96％，所述Al的纯度为99.97％。
[0012]一种添加过渡金属元素的Al
‑
Si
‑
Cu
‑
Mg系铸造合金材料的处理工艺，包括以下步骤：
[0013]S1、预热处理：将Al
‑
20Si、Al
‑
40Cu、Mg、Zn、Al
‑
10Sr、Al
‑
5Ti
‑
B、Al
‑
20Cr、Al
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6Ti、Al
‑
20V、l
‑
10Zr、Al
‑
6Mo、Al
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10Mn和Al加入到电阻炉中进行预热处理；
[0014]S2、熔炼处理：将预热后的Al、Al
‑
20Si、Al
‑
40Cu加入熔炼炉熔炼，熔化后铝液温度控制在730
‑
740℃，然后对铝液进行15min的精炼和去渣处理，然后将溶液温度升至760
‑
780℃，加入Al
‑
20Cr、Al
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6Ti、Al
‑
20V、Al
‑
10Zr、Al
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6Mo、Al
‑
10Mn，然后对铝液进行15min的二次精炼和去渣处理，之后调整温度至710
‑
720℃，加入Mg，Zn，熔化完全后将溶液温度调节为730
‑
740℃，对溶液进行三次15min的精炼和打渣处理，打渣处理完成后加入Al
‑
10Sr、Al
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5Ti
‑
B，静置15min后使用陶瓷除气棒向溶液中通入纯度为99.99％的Ar气进行除气操作；
[0015]S3、浇铸：除气操作结束后，将铝液温度调节为730
‑
740℃，保温静置20
‑
30min后浇铸到预热150
±
10℃的金属模中得到铸件；
[0016]S4、双级固溶处理：对铸件进行双级固溶处理，一级固溶是在500
±
5℃的温度条件下保温4h，二级固溶是在一级固溶之后升温至520
±
5℃的温度条件下保温5h，然后在60℃温水中对铸件进行淬火处理；
[0017]S5、双级时效处理：淬火处理完成后，对铸件进行双级时效处理，从室温以5℃/min的速度升至100℃，一级时效为100℃保温3h，二级时效是在一级时效后升温至180℃保温6h。
[0018]优选地，步骤S4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种添加过渡金属元素的Al
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Si
‑
Cu
‑
Mg系铸造合金材料，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：Al
‑
20Si：42.5％
‑
47.5％；Al
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40Cu：2.38％
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2.63％；Mg：0.35％
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0.45％；Zn：0.55％
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0.65％；Al
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10Sr：0.05％；Al
‑
5Ti
‑
B：1.00％；Al
‑
20Cr：1.85％
‑
2.15％；Al
‑
6Ti：5.58％
‑
6.08％；Al
‑
20V：1.45％
‑
1.55％；Al
‑
10Zr：2.85％
‑
3.15％；Al
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6Mo：4.75％
‑
5.25％；Al
‑
10Mn：2.85％
‑
3.15％；余量为Al。2.根据权利要求1所述的添加过渡金属元素的Al
‑
Si
‑
Cu
‑
Mg系铸造合金材料，其特征在于：包括以下重量百分比的组分：Al
‑
20Si：45.00％；Al
‑
40Cu：2.50％；Mg：0.40％；Zn：0.60％；Al
‑
10Sr：0.05％；Al
‑
5Ti
‑
B：1.00％；Al
‑
20Cr：2.00％；Al
‑
6Ti：5.83％；Al
‑
20V：1.50％；Al
‑
10Zr：3.00％；Al
‑
6Mo：5.00％；Al
‑
10Mn：3.00％；余量为Al：29.28％。3.根据权利要求1或2所述的添加过渡金属元素的Al
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Si
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Cu
‑
Mg系铸造合金材料，其特征在于：所述Mg的纯度为99.99％，所述Zn的纯度为99.96％，所述Al的纯度为99.97％。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的添加过渡金属元素的Al
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Si
‑
Cu
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Mg系铸造合金材料的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、预处理：将Al
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20Si、Al
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40Cu、Mg、Zn、Al
‑
10Sr、Al
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炳荣，高超，张令坤，王致明，张松利，
申请(专利权)人：安徽舜富轻量化工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：