本發(fā)明涉及一種替代QT500過濾器的鋁合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：鋁在地殼中的資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵（鋁為8.2wt%，鐵為5.1wt%），而全球每年鋼鐵產(chǎn)銷量12億噸以上，鋁金屬產(chǎn)銷量只有0.55億噸，這種巨大反差充分反映了人類社會(huì)對(duì)鋁及鋁材料的資源開發(fā)和利用水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于對(duì)鋼鐵材料的開發(fā)利用水平。球墨鑄鐵（簡稱球鐵）是鋼鐵產(chǎn)業(yè)中的主要基礎(chǔ)材料之一，被廣泛而大量地用于制造受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性、耐磨性等要求較高的零件，如通用機(jī)械、起重、農(nóng)業(yè)、汽車、鑄造、紡織、機(jī)床、電力、石化、船舶零件等，主要形態(tài)和類型為液壓殼體、泵體、管道、閥體、缸體、輪轂、軸件、球連接、傳動(dòng)件、懸掛件、鉤扣件、導(dǎo)流件、轉(zhuǎn)向件等。球墨鑄鐵用途廣泛，但球墨鑄鐵產(chǎn)品生產(chǎn)制造需要在很高的溫度下進(jìn)行、與之相對(duì)應(yīng)的能耗也高，污染大，隨著輕量化和節(jié)能環(huán)保的要求，相關(guān)球墨鑄鐵產(chǎn)品迫切需要尋找新的替代品。在“以鋁代鋼”的技術(shù)升級(jí)中，為了充分發(fā)揮鋁合金以“輕”為代表的系列優(yōu)越特性，必須先使其在“強(qiáng)”的方面有長足發(fā)展，同時(shí)不能有不可接受的制造成本增量，才能大大拓展其使用領(lǐng)域。這就要求必須在鋁合金新材料設(shè)計(jì)上首先取得突破。從材料制備的方法審視，由于材料特征是由承載著該特征的功能性微觀物相組合貢獻(xiàn)出來的，因此獲得良好的功能性物相組合，例如高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)、高塑性、高硬度、耐腐蝕等，是各種制備方法追求的最終結(jié)果，從而，鋁合金的化學(xué)成分設(shè)計(jì)與其制備技術(shù)存在著緊密的內(nèi)在統(tǒng)一性，這種統(tǒng)一性，簡言之，是一種原子如何結(jié)合成所需的“物相分子”的關(guān)系，即材料的物相可以看成是一種分子結(jié)構(gòu)。配方元素的混合熔煉和鑄造結(jié)晶，是熔鑄法形成材料物相分子組合結(jié)構(gòu)的主要決定性環(huán)節(jié)，在熔鑄過程中，固溶體晶粒和晶界的金屬間化合物分子物相決定了合金的晶態(tài)組合(亞微米級(jí)顆粒:尺度10～300μm左右)，后續(xù)熱處理或者冷作硬化則是對(duì)晶態(tài)組合框架下微細(xì)結(jié)構(gòu)(微米級(jí)顆粒:尺度1～30μm左右)乃至更加微觀的精微結(jié)構(gòu)(亞納米級(jí)或次微米級(jí)質(zhì)點(diǎn):尺度10nm～＜1μm)進(jìn)行調(diào)整和完善，這種調(diào)整和完善的程度和范圍，在公知技術(shù)和傳統(tǒng)觀念中，認(rèn)為主要由合金化學(xué)成分所處的合金相圖區(qū)域給定的物相組合決定，但是，合金相圖沒有給出其它微量元素的添加和排除產(chǎn)生的影響，更不具備預(yù)測添加和排除其它微量元素對(duì)物相影響的指導(dǎo)性。借鑒合金溶液化學(xué)的理論和方法改善熔體結(jié)構(gòu)，比如保護(hù)膜的覆蓋，造渣劑、精煉劑或變質(zhì)劑的添加，除氣除渣凈化等，是改善合金晶態(tài)組合、微細(xì)結(jié)構(gòu)乃至更加微觀的精微結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)手段，但這些手段，由于是從制備合金的過程中摸索積累得來，因此常常被看作為“制備工藝”而不是“成分設(shè)計(jì)”的一部分。在工程應(yīng)用上，鋁合金固溶體晶粒的大小和狀態(tài)，以及分布在晶界的金屬間化合物的大小形態(tài)，對(duì)合金的力學(xué)性能有著決定性的影響。粗大的平面晶、樹枝晶、柱狀晶等不規(guī)則晶體和分布在晶界的粗大的脆硬性金屬間化合物，能夠把合金好的微細(xì)結(jié)構(gòu)和精微結(jié)構(gòu)對(duì)基體的強(qiáng)韌性貢獻(xiàn)全部抵消掉，因?yàn)檫@些粗大晶粒遵從的成長規(guī)律是緣于鑄造型腔的型壁生核、自外向液體內(nèi)部單向延伸的生長方式，造成了合金的成分偏析、結(jié)晶粗大單向、宏觀性能不均勻的缺陷，從而成為合金的一些常見缺陷，如針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、裂紋等的根源。目前采用的常規(guī)變質(zhì)手段和細(xì)化晶粒的手段，如添加鋁鈦硼或鋁鈦碳中間合金，最好的效果只能使平均晶粒度細(xì)化到120～150微米，而枝晶的形態(tài)往往沒有根本的轉(zhuǎn)變，這是合金力學(xué)性能提高的一個(gè)重要瓶頸問題。因?yàn)閷?duì)鋁合金來說，獲得強(qiáng)度和韌性同時(shí)提高的途徑，只有晶粒的細(xì)化和圓整化；熱處理工藝的調(diào)整，在晶態(tài)結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定的狀態(tài)下，只能使強(qiáng)度或韌性一個(gè)方面獲得優(yōu)化。因此，如何進(jìn)一步細(xì)化和圓整合金的平均晶粒度，是產(chǎn)業(yè)界始終追求的目標(biāo)。從材料設(shè)計(jì)角度看，211Z材料也存在一些難以克服的問題。微觀分析發(fā)現(xiàn)，有一些大顆粒有很高的鈦Ti和稀土濃度，作為用來促使晶粒細(xì)化的物質(zhì)，這種現(xiàn)象表明Ti和稀土走向了需要解決問題的對(duì)立面；而在211Z合金鑄件的生產(chǎn)過程中，也發(fā)生著與普通鋁合金一樣常見的缺陷，包括針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、夾雜(渣)、冷隔、冷豆、裂紋、變質(zhì)缺陷、固溶不足和過燒等。這些缺陷，主要原因仍然要從合金本身的化學(xué)成分及其形成的微觀物相結(jié)構(gòu)入手來研究，尤其是對(duì)物相分子組合結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理進(jìn)行深入研究，才能認(rèn)清本質(zhì)，進(jìn)而找到解決問題、消除缺陷的有效途徑。通過對(duì)鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金最高達(dá)0.08nm的極高分辨率的球差校正掃描透射電子顯微鏡(STEM)精微選區(qū)分析，獲得了建立在原子尺度上的各種物相結(jié)構(gòu)、原子分辨和化學(xué)元素分布。證實(shí)其中存在一系列強(qiáng)化相，包括眾所周知的Al-Cu二元亞穩(wěn)相(GP區(qū)、θ＂、θ＇)、新的盤片相和平衡相θ(Al2Cu)；其中在基體晶粒內(nèi)部，新發(fā)現(xiàn)一種棒叉狀(T+θH)組合相，該組合相的主干部分T相是Al-Cu-Mn三元相，分子結(jié)構(gòu)式Al20Cu2Mn3，分子物相特征是直徑約100nm、長度約600～1000nm呈棒軸狀且其(010)面與鋁合金基體的{010}面共格；而T相周圍附著生長了尺寸較大(厚度約20nm、長約50nm)的Al-Cu二元次生相，由于該次生相與基體中其它Al-Cu亞穩(wěn)相(GP區(qū)、θ＂、θ＇或者其它盤片相)比較，在結(jié)構(gòu)上有很大差別，特別是厚度比其它Al-Cu亞穩(wěn)相厚得多，因此本發(fā)明稱之為θH相，其分子結(jié)構(gòu)式AlxCu(x可能小于2)，是一種富Cu分子。根據(jù)合金強(qiáng)化理論，合金的強(qiáng)度是材料中界面或位錯(cuò)滑移受到質(zhì)點(diǎn)的阻礙而產(chǎn)生的，阻礙越強(qiáng)，材料的強(qiáng)度也越大。而質(zhì)點(diǎn)阻礙行為與材料中界面或位錯(cuò)滑移相互作用的結(jié)果，有兩種：一種是當(dāng)質(zhì)點(diǎn)本身強(qiáng)硬度不夠高時(shí)，位錯(cuò)將切過質(zhì)點(diǎn)繼續(xù)滑移，另一種是質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)度很高，位錯(cuò)無法切過，則只能繞過質(zhì)點(diǎn)而繼續(xù)滑移，而在質(zhì)點(diǎn)周圍留下一圈位錯(cuò)環(huán)。兩種結(jié)果對(duì)材料強(qiáng)度貢獻(xiàn)的大小是顯而易見的：繞過質(zhì)點(diǎn)比切過質(zhì)點(diǎn)對(duì)材料強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大；切過質(zhì)點(diǎn)能夠提供材料較好的延伸率，而繞過質(zhì)點(diǎn)由于位錯(cuò)環(huán)的增強(qiáng)作用，將提供材料更高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。鋁合金哈夫管在國內(nèi)也有相關(guān)研究，因?yàn)榛A(chǔ)材料的局限性，其力學(xué)性能較低，尤其是抗拉強(qiáng)度和耐腐蝕性能差，嚴(yán)重影響了哈夫管的壽命，增加了使用成本及安全風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種替代QT500過濾器的鋁合金材料及其制備方法，其中添加路易斯酸堿對(duì)，以有效催生臨界晶核（得到等軸晶），使合金在凝固之前獲得最佳的分子物相組合結(jié)構(gòu)（(T+θH)組合相），促使合金晶態(tài)優(yōu)化，使鋁合金基材實(shí)現(xiàn)500MPa及更高的強(qiáng)度等級(jí)，從而達(dá)到生產(chǎn)替代QT500過濾器的鋁合金制品。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種替代QT500過濾器的鋁合金材料，主成分含量按重量百分比計(jì)：鎢W：1%-1.6%，錳Mn:≤2%，鎘Cd:0.05%～0.5%，銅Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%或銅0.5%≤Cu≤3%且Cu≥1.5Mn；路易斯酸堿對(duì)總量1%×10-4～2.0%或7.0%～9.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量為鋁Al。所述的合金晶粒為等軸晶。所述的合金晶粒內(nèi)亞納米(T+θH)組合相數(shù)量達(dá)到≥1個(gè)/平方微米。所述路易斯酸堿對(duì)為金屬與配體結(jié)合而成的正、負(fù)離子體、復(fù)雜配體化合物、超大雜多化合物、金屬氰合物,主族類元素、內(nèi)過渡類元素中的一種，或者一種以上混合。所述的金屬與配體結(jié)合而成的正離子體、負(fù)離子體：包括三乙二胺合鎳正離子體[Ni(en)3]2+和二四氰合亞銅負(fù)離子體[Cu(CN)4]3－，。所述的復(fù)雜配體化合物或超大雜多化合物包含氰合鐵酸鉀K4[Fe(CN)6]。所述路易斯酸堿對(duì)，按元素添加量占Al基體重量百分比，范圍為：Ce＜0.02%，Sn＜0.02%，Se＜0.03%，[Ni(en)3]2+＜0.03%，K4[Fe(CN)6]＜0.05%，[Cu(CN)4]3－＜0.05%。一種替代QT500過濾器的鋁合金材料的制備方法，包含以下步驟：(1)在前述路易斯酸堿對(duì)、元素比例范圍內(nèi)，選定一組物質(zhì)組合，確定重量比，根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種物料的重量；(2)往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱并在700℃以上保溫；(3)加入錳Mn、鎘Cd、銅Cu，鎢W攪拌，加入選定的路易斯酸堿對(duì)，或者加入選定的路易斯酸堿對(duì)組合，攪拌均勻；(4)然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；(5)精煉后除渣、靜置、取樣分析合金化學(xué)成分，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整化學(xué)成分至規(guī)定的偏差范圍內(nèi)；調(diào)溫至650℃以上，合金液出爐，在線除氣、除渣；(6)鑄造：采用重力鑄造澆注。所述重力鑄造澆注，步驟如下：①過濾后可澆注鑄造；②鑄造前應(yīng)將模具預(yù)熱，安裝上砂芯，用壓縮空氣將模具型腔吹干凈；③采取人工澆注或自動(dòng)化澆注，用澆包從爐內(nèi)舀取合金液倒入模具澆口通過內(nèi)澆道充滿型腔；自然冷卻或強(qiáng)冷；④開模取出產(chǎn)品，自然冷卻，清理砂芯、鋸切冒口、打磨飛邊；⑤外觀質(zhì)量檢測：毛坯鑄件在進(jìn)行外觀質(zhì)量檢驗(yàn)之前，應(yīng)清理干凈平整，非加工面的澆冒口應(yīng)清理到鑄件表面齊平；⑥內(nèi)部質(zhì)量檢測；⑦固溶處理：將鑄件完成粗加工和內(nèi)外質(zhì)量檢測的毛坯送入固溶爐，進(jìn)行560℃以下固溶處理，保溫完成后立刻淬火，使用水冷或油冷；⑧時(shí)效強(qiáng)化：將完成固溶處理的鑄件送入時(shí)效爐進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化處理，在230℃以下時(shí)效強(qiáng)化，保溫后，出爐自然冷卻；⑨取樣分析測試驗(yàn)證；⑩實(shí)用性能驗(yàn)證。本發(fā)明的有益效果：把路易斯酸堿理論所指向的、能在鋁合金熔體中發(fā)生分子解體或有助于次納米區(qū)域內(nèi)(即小于1納米的范圍)物相分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化的“酸堿對(duì)”物質(zhì)，應(yīng)用于熔體納米尺度范圍的精細(xì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，是本發(fā)明的最主要的創(chuàng)造性技術(shù)手段。通過運(yùn)用路易斯酸堿理論，使有關(guān)路易斯酸堿對(duì)承載的微量元素的添加和排除，在鋁合金熔體環(huán)境發(fā)生分子解體和轉(zhuǎn)化，以提供熔體超精細(xì)微區(qū)內(nèi)(0.1nm～10nm尺度范圍)的充分?jǐn)_動(dòng)和激活效應(yīng)，達(dá)到催生臨界晶核大量形成，使合金晶粒度得到進(jìn)一步細(xì)化，形態(tài)更加圓整；同時(shí)優(yōu)化微細(xì)區(qū)域(微米級(jí):尺度1～30μm左右)和精微區(qū)域(亞納米級(jí)或次微米級(jí)質(zhì)點(diǎn):尺度10nm～＜1μm)的物相分子組合結(jié)構(gòu)，增加(T+θH)組合相在合金基體中的含量，是本發(fā)明解決的合金強(qiáng)化的機(jī)理問題。本發(fā)明前述路易斯酸堿對(duì)為金屬與配體結(jié)合而成的正、負(fù)離子體、復(fù)雜配體化合物、超大雜多化合物、金屬氰合物,主族類元素、內(nèi)過渡類元素中的一種，或者一種以上混合。比如，正離子體三乙二胺合鎳[Ni(en)3]2+和負(fù)離子體二四氰合亞銅[Cu(CN)4]3－是路易斯“酸堿對(duì)”，物質(zhì)中的能接受電子對(duì)的Ni+、Cd+是路易斯酸，相應(yīng)的提供電子對(duì)的配體-en、-CN是路易斯堿。正離子體和負(fù)離子體作為路易斯“酸堿對(duì)”，對(duì)合金晶粒細(xì)化具有普通物質(zhì)無法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)異效果，這是由于：這些離子體在常溫下與正常的物質(zhì)分子一樣能穩(wěn)定存在，而在鋁合金熔體這樣的高溫酸堿環(huán)境中發(fā)生分子解體，生成路易斯酸和路易斯堿；由于是分子解體，故而是一種次納米范圍的原子組合結(jié)構(gòu)的“散架”，其配體部分以氣態(tài)排放出來，釋放出來的核心金屬離子則重新選擇結(jié)合其它原子。這種發(fā)生在鋁合金熔體中的解體和重構(gòu)，與普通的物質(zhì)溶解不同，因?yàn)椋孩俑邷叵路纸忉尫诺臍鈶B(tài)物質(zhì)形成的初始?xì)馀葜挥幸粋€(gè)分子大小(小于1nm，即次納米級(jí))，比表面積最大，具有極強(qiáng)的活性和納米范圍的擾動(dòng)能力，正處于結(jié)晶臨界晶核形成的尺寸范圍，由此而造成的熔體超精微區(qū)內(nèi)原子的能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏和濃度起伏等狀態(tài)起伏都帶有極強(qiáng)的突變特征，促使鄰近的更多原子跨越結(jié)晶勢壘，故而特別有利于臨界晶核的大量形成，對(duì)金屬間化合物生成反應(yīng)的催化和合金組織晶粒細(xì)化都產(chǎn)生了優(yōu)于普通變質(zhì)劑如鋁鈦硼的好作用；同時(shí)正、負(fù)離子體這種在次納米范圍的超精微區(qū)內(nèi)擾動(dòng)和激活效應(yīng)，是常規(guī)外加凈化氣體形成的氣泡(直徑大于0.5mm)無法實(shí)現(xiàn)的；②分解釋放的金屬原子或正離子具有比配體更小的體積和更大的比表面積，其對(duì)周圍原子的擾動(dòng)和激活效應(yīng)更強(qiáng)，造成的超精微區(qū)狀態(tài)起伏更加顯著，對(duì)金屬間化合物生成反應(yīng)催化和合金基體組織晶粒細(xì)化作用也更強(qiáng)；③酸堿對(duì)在高溫熔體中的分裂和重構(gòu)增強(qiáng)了質(zhì)點(diǎn)在微區(qū)的分散和擴(kuò)散速度，不會(huì)象普通金屬或添加劑那樣造成團(tuán)簇化，而有效地抑制了因添加劑造成的合金成分偏析以及大顆粒質(zhì)點(diǎn)的聚集和長大，這能有效解決常規(guī)晶粒細(xì)化劑在結(jié)晶過程中粗大化的傾向，例如可防止鈦Ti和稀土相的粗化；④配體氣泡還可以發(fā)生次生反應(yīng)，經(jīng)過一系列變化后隨從凈化氣體排出熔體(比如生成CO2、CH4、N2、NH3或H2S)或進(jìn)入熔渣(比如Al2O3、Al(HO)3或Al4C3)，這種凈化作用，能夠以最穩(wěn)定的固態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)，把溶解在熔體中的H和氧化物雜質(zhì)吸收和分解，從而其凈化作用比常規(guī)的氣體凈化方式效果更好。這就是正、負(fù)離子體作為路易斯酸堿對(duì)的添加和排除，在鋁合金熔體環(huán)境發(fā)生分子解體、酸堿轉(zhuǎn)化和超精微區(qū)內(nèi)原子重構(gòu)，以提供熔體超精微區(qū)內(nèi)的充分?jǐn)_動(dòng)和激活效應(yīng)，達(dá)到催生臨界晶核大量生成和抑制晶粒長大作用，并實(shí)現(xiàn)更好凈化效果的機(jī)理。通過這種機(jī)理，使基體結(jié)晶狀態(tài)普遍成為等軸晶，晶粒度平均小于120μm，進(jìn)一步的優(yōu)化效果可達(dá)到晶粒度平均在50～100μm。這種效果，是單純使用鋁鈦硼和鋁鈦碳等常規(guī)晶粒細(xì)化劑以及常規(guī)的氣體凈化技術(shù)所無法實(shí)現(xiàn)的。復(fù)雜配體化合物、超大雜多化合物作為路易斯酸堿對(duì)，對(duì)合金晶粒細(xì)化也具有普通物質(zhì)無法實(shí)現(xiàn)的良好效果，因?yàn)樗鼈兊姆肿咏Y(jié)構(gòu)與正、負(fù)離子體的結(jié)構(gòu)類似，都能在鋁合金熔體這樣的環(huán)境中發(fā)生分子的解體、酸堿轉(zhuǎn)化和超精微區(qū)內(nèi)原子重構(gòu)，也能在分子解體時(shí)釋放出氣態(tài)或液態(tài)的配體，經(jīng)過一系列反應(yīng)后隨從凈化氣體排出熔體(比如生成CO2、CH4、N2、NH3或H2S)或進(jìn)入熔渣(比如NaCl、KCl、Al(HO)3、Al2O3或Al4C3)，其中釋放的金屬原子或離子，非金屬原子或離子，都是次納米級(jí)的超細(xì)小質(zhì)點(diǎn)，有著最大的比表面積，能提供熔體超精微區(qū)內(nèi)的充分?jǐn)_動(dòng)和激活效應(yīng)，達(dá)到催生臨界晶核大量生成和抑制晶粒長大作用的機(jī)理。通過這種機(jī)理，使基體結(jié)晶狀態(tài)普遍成為等軸晶，晶粒度平均小于120μm，進(jìn)一步的優(yōu)化效果可達(dá)到晶粒度平均在50～100μm。這種效果，是單純使用鋁鈦硼和鋁鈦碳等常規(guī)晶粒細(xì)化劑以及常規(guī)的氣體凈化技術(shù)所無法實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)加入熔體中的外來路易斯酸堿對(duì)分解時(shí)，與基體存在界面能差的金屬間化合物前驅(qū)體顯然也受到擾動(dòng)和激活而發(fā)生結(jié)構(gòu)起伏，產(chǎn)生更多的臨界晶核，使(T+θH)組合相在合金中的濃度和平均分布密度，使之達(dá)到1個(gè)/[μm]2以上，這就是路易斯酸堿對(duì)在納米尺度的擾動(dòng)和激活效應(yīng)能夠增加亞納米級(jí)質(zhì)點(diǎn)(T+θH)組合相和納米級(jí)質(zhì)點(diǎn)GP區(qū)、θ＂、θ＇系列強(qiáng)化相的機(jī)理。綜上，本發(fā)明所述路易斯酸堿對(duì)，可以表現(xiàn)為多種形態(tài)，包括金屬與配體結(jié)合而成的正、負(fù)離子體、復(fù)雜配體化合物、超大雜多化合物、金屬氰合物,主族類元素、內(nèi)過渡類元素中的一種，或者一種以上混合。另外，由于路易斯酸堿對(duì)能夠提供給合金熔體更大的異類物質(zhì)濃度，因此增大了熔體結(jié)晶過程的成分過冷度，導(dǎo)致晶核在更強(qiáng)結(jié)晶動(dòng)力下快速越過臨界尺寸，而在過冷的液體中自由成核和生長，形成具有各向同性和形狀更接近于球形的等軸晶粒；因此避免或減輕了合金的成分偏析、結(jié)晶粗大單向、宏觀性能不均勻的缺陷，從而有效避免或減輕了合金的一些常見缺陷，如針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、裂紋等。本發(fā)明基于對(duì)合金微觀結(jié)構(gòu)極高分辨率的襯度圖像和精微選區(qū)結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)了晶內(nèi)存在著次微米級(jí)的(T+θH)棒叉狀組合相的超精細(xì)結(jié)構(gòu)。與Al-Cu各二元相比較，(T+θH)組合相有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：質(zhì)點(diǎn)粒度大，抗位錯(cuò)滑移面大；主干部分T是高硬高穩(wěn)定化合物聚合而成的棒狀孿晶，能夠以位錯(cuò)繞過方式為合金提供強(qiáng)度支撐；其次生θH附著相在主干上斜向或垂直于T棒軸方向而向周圍基體生長同時(shí)又與基體共格，增強(qiáng)了主干對(duì)周圍晶格點(diǎn)陣的收緊能力，或者換句話說，T棒軸通過附著其上向周圍生長的θH次生相，把收緊作用向周圍的基體空間傳遞和擴(kuò)散，這種作用，在次微米區(qū)域內(nèi)對(duì)基體產(chǎn)生了類似建筑結(jié)構(gòu)中鋼筋網(wǎng)格在混凝土中的強(qiáng)化作用(可稱為“類砼強(qiáng)化結(jié)構(gòu)”)，使基體強(qiáng)度大大提高。這種作用，如果從單體比較，是基體中薄片狀A(yù)l-Cu亞穩(wěn)相(GP區(qū)、θ＂、θ＇或者其它盤片相)或者其組合都遠(yuǎn)不能相比的；但是，在常見的鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金中，由于各二元Al-Cu亞穩(wěn)相在基體內(nèi)部的分布密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于(T+θH)組合相的分布密度，致使(T+θH)組合相的作用被掩蓋而一直沒有被發(fā)現(xiàn)。(T+θH)組合相中的θH卻以不同位向和大得多的厚度(約20nm)，對(duì)合金基體產(chǎn)生了優(yōu)于以游離態(tài)存在的GP區(qū)、θ＂、θ＇或者其它盤片狀的二元Al-Cu亞穩(wěn)相的強(qiáng)化貢獻(xiàn)：θH除了把主干T相的收緊作用向周圍的基體空間傳遞和擴(kuò)散外，由于抗基體滑移面更大，故對(duì)基體增強(qiáng)作用更大；由于方向更多，故對(duì)基體的強(qiáng)化作用顯出各向同性的均勻性；由于不屬于高硬性質(zhì)點(diǎn)，所以仍可以位錯(cuò)切過方式提供給基體較好的塑韌性；總之，(T+θH)組合相優(yōu)化了鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金的物相分子組合結(jié)構(gòu)，為基體提供了高硬質(zhì)點(diǎn)T相的繞過強(qiáng)化效應(yīng)和高于游離態(tài)Al-Cu亞穩(wěn)相組合的切過強(qiáng)化效應(yīng)兩種作用；所以，研究發(fā)揮這種優(yōu)異的綜合效應(yīng)，必須把材料設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)從傳統(tǒng)單純對(duì)Al-Cu亞穩(wěn)相組合轉(zhuǎn)移出來，而集中在對(duì)(T+θH)組合相的催生效果上。本發(fā)明配方設(shè)計(jì)作為主要技術(shù)手段之一，是使合金的晶態(tài)組合實(shí)現(xiàn)平均晶粒度＜120微米的等軸晶前提下，還可實(shí)現(xiàn)合金晶粒內(nèi)部(T+θH)組合相數(shù)量在1個(gè)/[μm]2以上。因此，主成分含量按重量百分比計(jì)：鎢W：1%-1.6%，錳Mn:≤2%，鎘Cd:0.05%～0.5%，銅Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%或銅0.5%≤Cu≤3%且Cu≥1.5Mn；路易斯酸堿對(duì)總量1%×10-4～2.0%或7.0%～9.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量為鋁Al。通過添加鎢W在合金中形成Al12W、Al6W、Al4W等3種彌散性高溫強(qiáng)化相，提高合金的高溫強(qiáng)度，對(duì)合金產(chǎn)生固溶強(qiáng)化、強(qiáng)化相強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和晶粒細(xì)化作用為力學(xué)指標(biāo)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。具體實(shí)施方式本發(fā)明具體實(shí)施方式包括2個(gè)部分，第一部分為提示和說明，第二部分為具體實(shí)施例。第一部分：提示和說明一種替代QT500過濾器的鋁合金材料的制備方法，包含以下步驟：(1)在前述路易斯酸堿對(duì)、元素比例范圍內(nèi)，選定一組物質(zhì)組合，確定重量比，根據(jù)需要配制的合金總量，推算出所需的每種物料的重量；(2)往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱并在700℃以上保溫；(3)加入錳Mn、鎘Cd、銅Cu，鎢W攪拌，加入選定的路易斯酸堿對(duì)，或者加入選定的路易斯酸堿對(duì)組合，攪拌均勻；(4)然后對(duì)上述合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉；(5)精煉后除渣、靜置、取樣分析合金化學(xué)成分，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整化學(xué)成分至規(guī)定的偏差范圍內(nèi)；調(diào)溫至650℃以上，合金液出爐，在線除氣、除渣；(6)鑄造：采用重力鑄造澆注。所述重力鑄造，步驟如下：①熔體過濾后可澆注鑄造，鑄造溫度控制可在700～730℃；②鑄造前應(yīng)將模具預(yù)熱到450℃左右，安裝上砂芯，用壓縮空氣將模具型腔吹干凈，防止夾雜物進(jìn)入合金造成廢品；③在翻轉(zhuǎn)式重力鑄機(jī)上完成，可采取人工澆注或自動(dòng)化澆注，合上模具并使鑄機(jī)翻轉(zhuǎn)到一定角度，用澆包從爐內(nèi)舀取適量合金液倒入模具轉(zhuǎn)接包內(nèi)，使鑄機(jī)緩慢翻轉(zhuǎn)到水平位置，在翻轉(zhuǎn)過程中，合金液從轉(zhuǎn)接包通過內(nèi)澆道充滿型腔；自然冷卻或強(qiáng)冷；④開模取出產(chǎn)品，自然冷卻，清理砂芯、鋸切冒口、打磨飛邊；⑤外觀質(zhì)量檢測。毛坯鑄件在進(jìn)行外觀質(zhì)量檢驗(yàn)之前，應(yīng)清理干凈平整，非加工面的澆冒口應(yīng)清理到鑄件表面齊平；⑥內(nèi)部質(zhì)量檢測。剖面著色探傷檢測或者整體熒光或X光檢測；⑦固溶處理。將鑄件完成粗加工和內(nèi)外質(zhì)量檢測的毛坯送入固溶爐，進(jìn)行560℃以下的固溶處理，保溫后立刻淬火，水冷或油冷；⑧時(shí)效強(qiáng)化。將完成固溶處理的鑄件送入時(shí)效爐進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化處理，時(shí)效強(qiáng)化工藝150～240℃，保溫后，出爐自然冷卻；鑄件表面可進(jìn)行拋丸清理。⑨取樣分析測試驗(yàn)證。第二部分：具體實(shí)施例實(shí)施例11、一種替代QT500的鋁合金過濾器成分重量百分比為：鎢W：1.3%，銅Cu:6.3%，錳Mn:0.9%，鎘Cd:0.15%，Ce：0.02%，Sn：0.02%，Se：0.03%，[Ni(en)3]2+：0.03%，K4[Fe(CN)6]：0.05%，[Cu(CN)4]3－：0.05%；2、制備方法：熔煉→除氣→澆注→冷卻→開模取件→清理、鋸切→固溶→時(shí)效；3、熔體澆注溫度≥680℃；4、模具預(yù)熱溫度≥300℃；5、充型時(shí)間≥5s；6、冷卻時(shí)間：≥60s充壓時(shí)間；7、熱處理：T6—固溶加完全人工時(shí)效；8、鑄件微觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)：金相組織為等軸晶，平均晶粒度80~110μm，晶粒內(nèi)(T+θH)組合相數(shù)量2~3個(gè)/[μm]2；9、鑄件機(jī)械性能抗力強(qiáng)度Mpa屈服強(qiáng)度Mpa硬度HB斷后延伸率%5284871437.4實(shí)施例21、一種替代QT500的鋁合金過濾器成分重量百分比為：鎢W：1.6%，銅Cu:6.5%，錳Mn:1%，鎘Cd:0.1%，Ce：0.02%，Sn：0.02%，Se：0.03%，[Ni(en)3]2+：0.03%，K4[Fe(CN)6]：0.05%，[Cu(CN)4]3－：0.05%；2、具體制備方法與實(shí)施例1相同；3、鑄件微觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)：金相組織為等軸晶，平均晶粒度80~120μm，晶粒內(nèi)(T+θH)組合相數(shù)量2~4個(gè)/[μm]2；4、鑄件機(jī)械性能抗力強(qiáng)度Mpa屈服強(qiáng)度Mpa硬度HB斷后延伸率%5404901467.9實(shí)施例31、一種替代QT500的鋁合金過濾器成分重量百分比為：鎢W：1%，銅Cu:2.5%，錳Mn:1%，鎘Cd:0.1%，[Cu(CN)4]3－：0.05%；2、具體制備方法與實(shí)施例1相同；3、鑄件微觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)：金相組織為等軸晶，平均晶粒度80~120μm，晶粒內(nèi)(T+θH)組合相數(shù)量3~4個(gè)/[μm]2；4、鑄件機(jī)械性能抗力強(qiáng)度Mpa屈服強(qiáng)度Mpa硬度HB斷后延伸率%5554951497.9當(dāng)前第1頁1 2 3