高铁钒硅耐热铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属合金及其制备技术领域，涉及一种高铁钒硅耐热铝合金材料及其制备方法，材料的组分及含量：Ｆｅ：１３．００％～１５．００％；Ｖ：１．３５％～２．４５％；Ｓｉ：２．３５％～３．４５％；Ｍｎ：０．３５％～０．６５％；Ｃｅ：０．１－０．２％；Ｚｒ：０．０５％～０．１５％；Ａｌ：余量。制备方法的具体步骤如下：①成分设计与精确配料；②熔炼、覆盖与精炼：③喷射沉积制备：④挤压加工：本发明专利技术的优点：采用本发明专利技术材料及制备方法制造的高铁钒硅耐热铝合金材料具有高的铁基化合物体积分数、高的组织致密度以及组织细小的特点，并将改善后续成型加工性以及提高力学性能有益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属合金及其制备
，涉及一种高铁钒硅耐热铝合金材料及其 制备方法。
技术介绍
快速凝固耐热高铁铝合金，其弥散相如Al12 (Fe, V) 3Si尺寸细小处于纳米量级且体 积分数高达20% 40%，α-Al晶粒处于亚微米量级，这种高度细化的组织也具有极高的 热稳定性。因而，快速凝固高铁合金具有优异的高温性能，是替代钛合金、钢，可在285°C 350°C稳定工作的先进铝合金，可用于制造如飞机叶片、直升机螺旋桨、发动机叶轮等热端 部件及结构件。目前已投入使用的高铁钒硅系耐热铝合金均是通过快速凝固/粉末冶金 (RS/PM)技术生产的，其凝固速度达到IO3 105l/s，制备的铁基化合物相细小、弥散并体积 分数高，对合金的成型加工以及耐热性能极为有益。但是该技术存在制备工艺复杂、制造周 期长成本高；并且在产品成型中，材料中的氧含量不易控制、高温烧结还会损失细小的快速 凝固组织、大尺寸坯件制备困难等缺点，限制了这种先进合金的应用范围。喷射成形技术是20世纪90年代国际上规模化发展起来的一种先进的快速凝固制 坯技术，凝固速度达到103l/s量级，可从液态金属直接制取具有快速凝固组织特征的大尺 寸坯件，并可有效缩短材料制备工艺流程，避免了快速凝固/粉末冶金(RS/PM)技术的不 足，近年来发展十分迅速。目前，国内外已有采用喷射成形方法试制Al-Fe-V-Si耐热铝合金的报导，对喷射 成形工艺参数进行研究，对沉积坯件的热压工艺进行探索，对材料的组织进行分析，并对不 同成分材料的性能进行比较，但这些研究都局限于原有快速凝固/粉末冶金(RS/PM)技术 的材料体系，如8009、8019、8022、CU78、CZ42、FVS0812、FVS1212等的仿制性研究，制备的高 铁化合物体积分数不足20 35%，致密度不足95%。显然，这些研究没有突破快速凝固/ 粉末冶金(RS/PM)技术的材料体系，没有建立基于喷射沉积制坯技术特点的材料体系以及 制备工艺特点。中国专利CN1718804公布了一种原位生成TiC增强Al-Fe-V-Si系耐热铝合金材 料及其制备方法，是基于8009铝合金基础上增加形成TiC增强的一种喷射沉积耐热铝合 金；中国专利CN1614060公布了耐热铝合金的制备方法，是基于8009铝合金基础上在喷射 沉积雾化气体中加入小于43 μ m的同种合金成分的粉末的一种耐热铝合金。显然，这两项 专利技术基于8009铝合金体系，存在在制造中增加形成TiC增强相、加入43 μ m的同种合 金成分粉末的技术难度及复杂性。中国专利CN1718808公布了高强耐热铝合金是基于重量 百分比(wt% )为:Si6. 5 17. 5、Cu2. 5 5. 0、Nil. 0 3· 0、Μη0· 4 1. 0、Mg0. 4 1. 2、 TiO. 1 1. 0、B0. 02 0. 2、ZrO. 1 1. 0、CdO. 1 0. 6、P0. 005 0. 05、其余为铝，Si/Mg 为10 20，Cu/Mg为4 13的铸造合金。显然，这项专利技术采用铸造成形技术，有别于 粉末冶金法和喷射沉积法，并不属于同一合金体系，还存在制品的力学性能不高、微观组织 粗大、耐热相体积分数与致密度不高的技术问题。4欧洲专利(网)US4867806 (A)公布了一种耐热高强度铝合金及制造制品的方法是 基于佝、Cu、Si、Co和Al构成的耐热铝合金，如8. 0 30. 0% Si，2. 0 33. 0% Fe ；0. 8 7. 5% Cu ；0. 3 3. 5%Mg ;0· 5 5· 0%Μη和 0. 5 3. 0% Co ；欧洲专利(网)JP8134575 (A) 公布了一种耐热高强度铝合金及制造制品的方法是基于Fe、Ti、Si和Al构成的耐热铝合 金，如 4 6. 8% Fe，0. 5 1. 2% Ti，1. 5 2. 5% Si，0. 1 2. 5% Mg 和 Al，最好 5. 6 彡 Fe/ Ti ^ 8. 0。两专利技术都是采用粉末热压、挤压与锻造成形，并不属于同一合金体系。显然， 该两专利技术都存在粉末冶金制造技术的不足。
技术实现思路
本专利技术的技术方案是为了克服现有技术中存在的问题或不足，而提出了一种高铁 钒硅耐热铝合金材料及其制备方法，简化制造工艺，采用新的合金成分体系设计，直接进行 喷射沉积制备与挤压成形技术制造。本专利技术的技术方案一种高铁钒硅耐热铝合金材料，该材料的各组分按重量百分比为Fe 13. 00% 15. 00% ；V 1. 35% 2. 45% ；Si 2. 35% 3. 45% ；Mn 0. 35% 0. 65% ；Ce 0. 1-0. 2% ；Zr :0. 05% 0. 15% ；Al 余量。该材料的制备方法的具体步骤如下第一步成分设计与精确配料成分设计各组分按重量百分比为Fe 13. 00% 15. 00%;V 1. 35%~ 2. 45%;Si 2. 35%~ 3. 45%;Mn :0. 35% 0. 65%;Ce :0. 1-0. 2%;Zr :0. 05% 0. 15% ；余量为 Al ；精 确配料按照本专利技术的合金，采用铝铁、铝钒、铝硅、铝锰、铝锆、铝铈中间合金以及纯铝炉料， 进行定量配料；第二步熔炼、覆盖与精炼采用中频电磁感应炉熔炼，熔炼时铁、钒、硅、锰、锆、铈以铝中间合金形式加入， 可一同加入；熔化后，铝液表面应及时补加覆盖剂保护避免氧化烧损；调整铝液温度为 1000°C 1100°C，进行精炼处理；覆盖剂的加入，采用5% KCl+25% NaCl+70% CaCl2组合的覆盖剂，也可以采用 40-60% MgCl+40-60% KCl组合的覆盖剂，其加入量为总炉料量的2^-5% ；分别在装炉时 加入，并在熔炼及浇注过程中补加，以避免液体金属裸露；精炼处理，调整铝液温度至1000°C 1100°C，加入2 6%的六氯乙烷熔剂，对合 金液进行搅拌、净化处理，以去除合金中杂物、渣物和气体；精炼后，静置10 15min后准备 浇注；第三步喷射沉积制备在中频熔炼炉中进行合金熔炼、覆盖、除气与净化处理后，调整铝液温度为 950°C 110(TC准备浇注；将铝液导入到漏斗与导流嘴中控制流量，进入喷射沉积雾化器 中雾化沉积，产生高度雾化的高速半固态溅射流，高速溅射沉积到底盘接收设备上，通过底 盘向下的移动速度、旋转速度以及与雾化器的摆角的偶合，制备成不同直径大小的圆形锭 坯；金属导流浇注参数浇注温度950°C 1200°C金属流量6 8Kg/min (采用导流嘴直径Φ 5 5. 5)喷射沉积参数扫描速度20.9 23. 3Hz ；氮气气体流量21 MNm3Aiin ；氮气压力8. 5 9. 5atm ；喷射高度670 730mm ；沉积坯接收参数接收底盘旋转速度2. 78 3. 16r/s ；接收底盘移动速度0. 57 0. 70mm/s ；第四步挤压加工切割下料成要求的挤压坯，加热到挤压温度，保温一定时间，送入到挤压机中，在 挤压冲头、挤压筒和或芯轴共同作用下，可挤压成形棒坯或管坯材；加热保温参数按照铝合金挤压制品保温时间确定规则确定，即①挤压坯直径 Φ ( 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高铁钒硅耐热铝合金材料，其特征在于：该材料的各组分按重量百分比为：Ｆｅ：１３．００％～１５．００％；Ｖ：１．３５％～２．４５％；Ｓｉ：２．３５％～３．４５％；Ｍｎ：０．３５％～０．６５％；Ｃｅ：０．１－０．２％；Ｚｒ：０．０５％～０．１５％；Ａｌ：余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙廷富，汪缨，任政，辛海鹰，陈耘，章国伟，陈敏，陈大辉，元涛，刘国孝，米文宇，李素梅，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五二研究所，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]