一种高屈服强度铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及铝合金材料技术领域，公开了一种高屈服强度铝合金及其制备方法，包括如下质量分数的原料：硅9.5～12％、锰0.5～0.8％、镁0.1～0.6％、铁≤0.15％、钛≤0.12％、锶0.02～0.04％、镧铈混合物0.1～0.2％(镧铈比例为镧:铈＝7:3)、余量为铝和不可避免的杂质，杂质总量≤0.1％。本方案通过增加硅含量，保证了铝合金的硬度的同时也增加了铝合金的耐磨性能；同时通过添加不同种类的稀土元素，优化合金成分和组织，利用稀土净化有害杂质元素、细化晶粒，达到细晶强化的目的，从而提升铝合金的屈服强度和耐磨性能。度和耐磨性能。度和耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高屈服强度铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铝合金材料
，具体涉及一种高屈服强度铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金具有密度小、比强度和比刚度较高、耐蚀性好及导电导热性优良、回收容易、低温性能好等特点，广泛应用于交通运输、航空航天、电子电器等领域。随着汽车市场竞争的日益激烈，铝合金因其具有密度低、强度高尤其部分甚至超过优质钢、塑性好、可加工成各种型材料，也因其具有优良的导电性、导热性和抗蚀性等特性，而使得铝合金零件成为汽车常用材料之一。例如，现有的变速箱活塞因屈服强度较低，因而在实际变速箱活塞成型过程中，因活塞的使用特性需要长期受到冲击，现有的制作活塞的铝合金材料因屈服强度低，对铝合金进行冲击试验后型材容易开裂，生产的活塞无法满足高屈服强度的力学性能要求，且使用寿命较低，从而导致安全隐患。因此，亟需研发一种高屈服强度铝合金以弥补市场铝合金材料的不足，对铝合金的制造及其在变速箱活塞中的应用均具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术意在提供一种高屈服强度铝合金，以解决现有铝合金材料屈服强度低的技术问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高屈服强度铝合金，包括如下质量分数的原料：硅9.5～12％、锰0.5～0.8％、镁0.1～0.6％、铁≤0.15％、钛≤0.12％、锶0.02～0.04％、镧铈混合物0.1～0.2％、余量为铝和不可避免的杂质，所述杂质总量≤0.1％。
[0005]本方案的原理及优点是：
[0006]1、与现有铝合金中硅镁含量相比，本方案通过增加硅含量，硅颗粒可明显提升铝合金的耐磨性，从而提升铝合金的屈服强度；另外，通过增加硅含量，可以提升铝合金的流动性能，减少缩孔以改善耐压性。本方案中的金属元素间相互作用，使得制备的合金的线收缩率降低，热裂倾向相应减少，提升铝合金良品率。
[0007]2、本专利技术通过添加不同种类的稀土元素，优化合金成分和组织，利用稀土净化有害杂质元素、细化晶粒，达到细晶强化的目的，同时还有效改变压铸铝合金中富铁多元金属间的化合物形态；如加入镁屈服强度增加，但是其他性能会降低，适量添加混合镧
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铈稀土，具备精炼、净化铝液，细化组织的功能，并且混合稀土和Si、Fe等共存于晶界处，形成Si
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Fe共晶组织，改善铝合金中Si
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Fe共晶组织的形态，将Si
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Fe共晶的形貌由粗大的针片状转变为细小的纤维状形态，细化晶粒，有效地提高合金的强度和耐磨性；如适量添加适量锶元素，可有效改变压铸铝合金中的Si共晶形态，从而有效改善材料的力学性能，提升材料的屈服强度和耐磨性。申请人研究证明，本方案所得铝合金的屈服强度≥220MPa、拉伸强度≥300MPa，显著改善现有技术中铝合金材料因屈服强度低易出现的材料使用寿命较低的现
象。
[0008]优选的，所述镧铈混合物中镧铈的混合比例为镧:铈＝7:3。采用上述方案，提前将镧铈两种稀土混合为稀土混合，使得在制备铝合金材料时，足够量的镧铈稀土混合物与铝合金原料硅铁反应生成Si
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Fe共晶组织，有效改变压铸铝合金中的Si、Fe共晶形态，从而有效改善材料的屈服强度。
[0009]优选的，所述杂质具体包括铜、锌、钙中的两种或多种，所述杂质中每个元素的含量均≤0.03％。采用上述方案，控制有害杂质元素的数量并通过微合金化方法将其由固溶态转变为析出态，进一步减轻其有害影响；显著降低杂质对铝合金材料的影响。
[0010]一种高屈服强度铝合金的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1：熔化，将工业纯铝熔化，获得熔体Ⅰ；
[0012]S2：加料、脱气，向S1所得熔体Ⅰ中依次加入原料硅、锰、镁、锶，加热搅拌熔化，获得熔体Ⅱ；
[0013]S3：精炼、除渣，向S2所得熔体Ⅱ中加入精炼剂，搅拌除渣，获得熔体Ⅲ；
[0014]S4：脱气、除渣，向S3所得熔体Ⅲ中加入镧铈混合物和精炼剂，搅拌除气、除渣，获得熔体Ⅳ；
[0015]S5：转运压铸，将S4所得熔体Ⅳ转运压铸，获得铝合金铸件。
[0016]本方案的原理及优点：
[0017]1、本方案通过控制Si含量，以增加Si含量以提升铝合金的耐磨性，从而提升铝合金的屈服强度。另，硅元素可以提升铝合金的流动性能，减少缩孔以改善耐压性；本方案中的金属元素间相互作用，使得制备的合金的线收缩率也随之降低，热裂倾向相应减少，提升铝合金良品率。而Mn通过与Al形成MnAl6化合物，有效弥散质点，对再结晶晶粒长大起阻碍作用，从而细化铝合金内部晶粒，从而使得铝合金的屈服强度大大增加，而MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁(Fe)，形成(Fe、Mn)Al6，使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织，减小铁的有害影响。
[0018]2、本方案通过分批次添加原料进行精炼除气、除渣，有效保证铝合金熔体的均匀性和纯度，进而有效提升制备所得铝合金的屈服强度和其他服役性能，提升铝合金良品率。
[0019]优选的，在S1中，所述熔化温度为650℃～750℃；在S2中，所述熔化温度为760℃～820℃。采用上述方案，根据不同原料的熔化性质设定熔化温度，有效节约生产成本，提升生产效率。
[0020]优选的，在S1中，还包括铁和杂质含量的检测；在S2和S3中，还包括原料含量检测和补料熔化阶段，所述补料熔化温度为700℃～750℃；每进行一次补料熔化，均需要加入精炼剂搅拌除气、除渣；在S5中，熔体Ⅳ转运压铸前还包括对熔体密度的检测，所述熔体密度≥2.58g/ml。
[0021]采用上述方案，实时监控熔体中的原料含量并针对性补充在精炼除渣后缺失的原料量，主要因为原料中的杂质被除去，使得原料中金属元素在熔体中含量出现偏差，一般会出现元素含量偏低的现象，需要经补料熔化添加；且在每次补料熔化后，均对熔体内新添加的杂质进行精炼、除气、除渣，有效保证熔体质量，进而提升铝合金产品的质量,使得铝合金产品具有更高的屈服强度，如其比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性等。
[0022]优选的，所述精炼剂包括如下质量份数的原料：氯化钠15～25份、氯化钾15～25份、氟硅酸钠3～10份、六氟铝酸钠2～5份、碳酸钠5～15份、氟化钙3～10份。采用上述方案，使得精炼剂原料简单，降低生产成本；且本方案精炼剂有效去除各原料的杂质，获得纯度更高的熔体，进而提升铝合金产品的强度及服役性能。
[0023]优选的，在S2中，所述搅拌具体为在转速为500～550rpm的情况下搅拌5～8min后静置10min，重复搅拌、静置操作三次；在S4中，所述搅拌具体为在转速为500～550rpm的情况下搅拌5～8min。采用上述方案，低速搅拌有效避免熔体飞溅引发安全问题；同时有利于熔体内物料的搅拌分散，最终达到熔体内原料充分物料充分、高效的分散。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高屈服强度铝合金，其特征在于：包括如下质量分数的原料：硅9.5～12％、锰0.5～0.8％、镁0.1～0.6％、铁≤0.15％、钛≤0.12％、锶0.02～0.04％、镧铈混合物0.1～0.2％、余量为铝和不可避免的杂质，所述杂质总量≤0.1％。2.根据权利要求1所述的一种高屈服强度铝合金，其特征在于：所述镧铈混合物中镧铈的混合比例为镧:铈＝7:3。3.根据权利要求2所述的一种高屈服强度铝合金，其特征在于：所述杂质具体包括铜、锌、钙中的两种或多种，所述杂质中每个元素的含量均≤0.03％。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种高屈服强度铝合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：熔化，将工业纯铝熔化，获得熔体Ⅰ；S2：加料、脱气，向S1所得熔体Ⅰ中依次加入原料硅、锰、镁、锶，加热搅拌熔化，获得熔体Ⅱ；S3：精炼、除渣，向S2所得熔体Ⅱ中加入精炼剂，搅拌除渣，获得熔体Ⅲ；S4：脱气、除渣，向S3所得熔体Ⅲ中加入镧铈混合物和精炼剂，搅拌除气、除渣，获得熔体Ⅳ；S5：转运压铸，将S4所得熔体Ⅳ转运压铸，获得铝合金铸件。5.根据权利要求4所述的一种高屈服强度铝合金的制备方法，其特征在于：在S1中，所述熔化温度为650℃～750℃；在S2中，所述熔化温度为760℃～820℃。6.根据权利要求5所述的一种高屈服强度铝合金的制备方法，其特征在于：在S1中，还包括铁和杂质含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：董克华，高仲明，周志明，解洪权，杨会，唐小刚，杨德志，杨浩坤，涂坚，王军军，黄灿，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：