本發(fā)明屬于鋁合金制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種廢鋁再生耐熱鋁合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
耐熱鋁合金是指能在較高溫度下使用而不發(fā)生軟化的鋁合金。耐熱鋁合金廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞、變速箱殼體、渦輪壓縮機(jī)葉片、運(yùn)輸工具連接件、石油鉆桿、航空器隔框、翼梁、鉚釘、導(dǎo)彈殼體等。隨著汽車、軌道交通、海工裝備、航空航天、武器裝備的迅速發(fā)展，對(duì)耐熱鋁合金的需求越來(lái)越多。
文獻(xiàn)資料檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)主要以原生鋁為原材料，在熔煉鑄造過(guò)程中再加入銅、鎂、錳、鋯等合金元素來(lái)制備耐熱鋁合金。眾所周知，原生鋁由氧化鋁電解制得，而鋁電解為高能耗產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)1噸電解鋁的總能耗相當(dāng)于9000公斤的標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)還會(huì)排放大量的二氧化碳、粉塵和固體廢棄物，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。由于現(xiàn)有技術(shù)主要以原生鋁為原材料，通過(guò)添加大量合金元素來(lái)制備耐熱鋁合金，導(dǎo)致耐熱鋁合金的生產(chǎn)成本較高，推廣應(yīng)用十分困難。
我國(guó)是鋁材生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，每年源源不斷地產(chǎn)生大量的廢鋁。利用廢鋁再生鋁合金，可以顯著降低鋁合金的生產(chǎn)成本，并大大減少能源的消耗以及二氧化碳、粉塵和固體廢棄物的排放。但我國(guó)大部分的廢鋁目前主要用于再生低附加值的鑄造鋁合金，廢鋁中含有的銅、鎂、錳、鋯等大量合金元素并沒(méi)有得到有效利用，造成資源的巨大浪費(fèi)。因此，充分利用廢鋁中含有的大量合金元素直接再生高附加值的耐熱鋁合金，對(duì)于提高廢鋁的使用價(jià)值、降低耐熱鋁合金的生產(chǎn)成本具有十分重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題與不足，提供一種廢鋁再生耐熱鋁合金及其制備方法，以廢鋁為主要原材料直接再生耐熱鋁合金，提高廢鋁的使用價(jià)值，降低耐熱鋁合金的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
本發(fā)明耐熱鋁合金的原材料組成按質(zhì)量百分比為：60.5~63.0%的廢舊鋁型材，10.5~11.0%的廢舊鋁鑄件，7.0~7.5%的廢舊鋁板，15.0~16.0%的廢舊鋁線，4.5~5.5%的廢舊銅線。
廢鋁再生耐熱鋁合金的制備方法由以下步驟組成：
（1）將廢舊鋁型材、廢舊鋁鑄件、廢舊鋁板、廢舊鋁線和廢舊銅線在700~760℃加熱熔化成鋁合金液；
（2）用六氯乙烷對(duì)步驟（1）的鋁合金液進(jìn)行精煉除氣除渣處理；
（3）將步驟（2）的鋁合金液在680~740℃鑄造或鑄軋或連鑄連軋成鋁合金；
（4）將步驟（3）的鋁合金在505~535℃固溶2~8小時(shí)，水淬后在175~210℃時(shí)效12~48小時(shí)，隨爐冷卻后得到所述耐熱鋁合金。
上述廢舊鋁型材的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Mg 0.3~1.2%，Si 0.3~1.2%，F(xiàn)e ≤0.8%，Cu ≤0.9%，Mn ≤0.55%，Zn ≤0.3%，余量為Al。
上述廢舊鋁鑄件的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Si 3.5~5.5%，Mn 1.5~3.5%，Cu 0.1~0.4%，F(xiàn)e ≤0.9%，Cr ≤0.45%，Zn ≤0.3%，余量為Al。
上述廢舊鋁板的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Mg 4.5~7.5%，Mn 0.4~1.2%，Cr 0.05~0.45%，Si ≤0.4%，F(xiàn)e ≤0.6%，Cu ≤0.5%，余量為Al。
上述廢舊鋁線的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Zr 0.5~2.5%，F(xiàn)e 0.2~0.8%，Mg ≤0.7%，Si ≤0.55%，Ti ≤0.015%，B ≤0.006%，余量為Al。
上述廢舊銅線的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Bi ≤0.03%，Sb ≤0.04%，F(xiàn)e ≤0.05%，Ni ≤0.04%，Pb ≤0.02%，Sn ≤0.01%，余量為Cu。
所述六氯乙烷的用量為原材料總質(zhì)量的0.3~0.5%。
本發(fā)明以廢舊鋁型材、廢舊鋁鑄件、廢舊鋁板、廢舊鋁線和廢舊銅線為原材料直接再生耐熱鋁合金，通過(guò)優(yōu)化廢鋁原材料的組成，獲得含有Cu、Mg、Si、Mn、Cr、Zr、Fe等元素多元復(fù)合微合金化的耐熱鋁合金，其中Cu、Mg、Si、Mn、Fe元素可以固溶在鋁基體中起到固溶強(qiáng)化作用，可以增大原子間的結(jié)合力，減慢原子的擴(kuò)散過(guò)程和固溶體的分解速度，提高鋁合金在高溫下的熱穩(wěn)定性。Cu、Mg、Si、Mn、Fe還能與Al形成Al2CuMg、Al2FeSi、Al6Mn、Al3Fe等硬而脆的金屬間化合物，這些金屬間化合物具有熔點(diǎn)高、數(shù)量多和尺寸細(xì)小的特點(diǎn)，在鋁合金中可以阻礙晶界的滑移和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高鋁合金的高溫強(qiáng)度。Cr、Zr元素在鋁合金中可以細(xì)化晶粒，還可以形成彌散的Al3Cr和Al3Zr強(qiáng)化相，這些強(qiáng)化相的高溫性能穩(wěn)定，與鋁基體錯(cuò)配度低，與鋁基體形成共格關(guān)系，能有效釘扎位錯(cuò)，阻礙晶界滑移，抑制鋁基體再結(jié)晶，提高鋁基體的再結(jié)晶溫度和鋁合金的高溫強(qiáng)度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：
（1）本發(fā)明耐熱鋁合金是以廢舊鋁型材、廢舊鋁鑄件、廢舊鋁板、廢舊鋁線和廢舊銅線為原材料直接再生得到，不需要使用原生鋁和添加Cu、Mg、Mn、Cr、Zr等合金元素，因此具有較低的生產(chǎn)成本，比現(xiàn)有同類耐熱鋁合金的生產(chǎn)成本低40%以上。
（2）本發(fā)明耐熱鋁合金具有優(yōu)異的室溫和高溫強(qiáng)度，其中25℃室溫抗拉強(qiáng)度大于500MPa，伸長(zhǎng)率大于8%，250℃高溫抗拉強(qiáng)度大于400MPa，伸長(zhǎng)率大于11%，可用于汽車、軌道交通、海工裝備、航空航天等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1
耐熱鋁合金的原材料組成按質(zhì)量百分比為：60.5%的廢舊鋁型材（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Mg 1.2%，Si 0.8%，F(xiàn)e 0.5%，Cu 0.6%，Mn 0.4%，Zn 0.3%，余量為Al），10.5%的廢舊鋁鑄件（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Si 3.5%，Mn 1.5%，Cu 0.2%，F(xiàn)e 0.9%，Cr 0.45%，Zn 0.3%，余量為Al），7.5%的廢舊鋁板（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Mg 7.5%，Mn 0.7%，Cr 0.05%，Si 0.4%，F(xiàn)e 0.6%，Cu 0.2%，余量為Al），16.0%的廢舊鋁線（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Zr 1.5%，F(xiàn)e 0.3%，Mg 0.4%，Si 0.25%，Ti 0.015%，B 0.006%，余量為Al）和5.5%的廢舊銅線（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Bi 0.009%，Sb 0.007%，F(xiàn)e 0.01%，Ni 0.04%，Pb 0.002%，Sn 0.001%，余量為Cu）。耐熱鋁合金的制備步驟如下：
（1）將廢舊鋁型材、廢舊鋁鑄件、廢舊鋁板、廢舊鋁線和廢舊銅線在760℃加熱熔化成鋁合金液；
（2）用原材料總質(zhì)量百分比為0.4%的六氯乙烷對(duì)步驟（1）的鋁合金液進(jìn)行精煉除氣除渣處理；
（3）將步驟（2）的鋁合金液在740℃鑄造成鋁合金；
（4）將步驟（3）的鋁合金在535℃固溶2小時(shí)，水淬后在210℃時(shí)效12小時(shí)，隨爐冷卻后得到所述耐熱鋁合金。
實(shí)施例2
耐熱鋁合金的原材料組成按質(zhì)量百分比為：63.0%的廢舊鋁型材（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Mg 0.9%，Si 0.6%，F(xiàn)e 0.7%，Cu 0.2%，Mn 0.5%，Zn 0.1%，余量為Al），10.5%的廢舊鋁鑄件（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Si 4.0%，Mn 1.9%，Cu 0.3%，F(xiàn)e 0.5%，Cr 0.4%，Zn 0.2%，余量為Al），7.0%的廢舊鋁板（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Mg 6.5%，Mn 0.7%，Cr 0.45%，Si 0.34%，F(xiàn)e 0.6%，Cu 0.2%，余量為Al），15.0%的廢舊鋁線（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Zr 0.5%，F(xiàn)e 0.2%，Mg 0.2%，Si 0.5%，Ti 0.01%，B 0.005%，余量為Al）和4.5%的廢舊銅線（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Bi 0.001%，Sb 0.009%，F(xiàn)e 0.01%，Ni 0.02%，Pb 0.02%，Sn 0.01%，余量為Cu）。耐熱鋁合金的制備步驟如下：
（1）將廢舊鋁型材、廢舊鋁鑄件、廢舊鋁板、廢舊鋁線和廢舊銅線在730℃加熱熔化成鋁合金液；
（2）用原材料總質(zhì)量百分比為0.3%的六氯乙烷對(duì)步驟（1）的鋁合金液進(jìn)行精煉除氣除渣處理；
（3）將步驟（2）的鋁合金液在710℃鑄軋成鋁合金；
（4）將步驟（3）的鋁合金在505℃固溶8小時(shí)，水淬后在175℃時(shí)效48小時(shí)，隨爐冷卻后得到所述耐熱鋁合金。
實(shí)施例3
耐熱鋁合金的原材料組成按質(zhì)量百分比為：61.5%的廢舊鋁型材（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Mg 0.3%，Si 0.3%，F(xiàn)e 0.2%，Cu 0.8%，Mn 0.55%，Zn 0.2%，余量為Al）、11.0%的廢舊鋁鑄件（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Si 5.5%，Mn 3.5%，Cu 0.1%，F(xiàn)e 0.1%，Cr 0.4%，Zn 0.3%，余量為Al）、7.5%的廢舊鋁板（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Mg 4.5%，Mn 0.4%，Cr 0.45%，Si 0.4%，F(xiàn)e 0.2%，Cu 0.4%，余量為Al）、15.0%的廢舊鋁線（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Zr 0.5%，F(xiàn)e 0.2%，Mg 0.7%，Si 0.15%，Ti 0.005%，B 0.001%，余量為Al）和5.0%的廢舊銅線（化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為：Bi 0.03%，Sb 0.01%，F(xiàn)e 0.04%，Ni 0.04%，Pb 0.01%，Sn 0.001%，余量為Cu）。耐熱鋁合金的制備步驟如下：
（1）將上述廢舊鋁型材、廢舊鋁鑄件、廢舊鋁板、廢舊鋁線和廢舊銅線在700℃加熱熔化成鋁合金液；
（2）用原材料總質(zhì)量百分比為0.5%的六氯乙烷對(duì)步驟（1）的鋁合金液進(jìn)行精煉除氣除渣處理；
（3）將步驟（2）的鋁合金液在680℃連鑄連軋成鋁合金；
（4）將步驟（3）的鋁合金在515℃固溶6小時(shí)，水淬后在190℃時(shí)效24小時(shí)，隨爐冷卻后得到所述耐熱鋁合金。
按GB228-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，將實(shí)施例1-3耐熱鋁合金加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在DNS200型萬(wàn)能電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上，分別在25℃和250℃進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，檢測(cè)耐熱鋁合金的室溫和高溫拉伸力學(xué)性能，結(jié)果如表1所示。
表1 實(shí)施例1-3耐熱鋁合金的室溫和高溫拉伸力學(xué)性能
從表1可看到，25℃室溫抗拉強(qiáng)度大于500MPa，伸長(zhǎng)率大于8%，250℃高溫抗拉強(qiáng)度大于400MPa，伸長(zhǎng)率大于11%，耐熱鋁合金具有優(yōu)異的室溫和高溫強(qiáng)度。本發(fā)明耐熱鋁合金全部采用廢舊鋁型材、廢舊鋁鑄件、廢舊鋁板、廢舊鋁線和廢舊銅線為原材料直接再生得到，未使用原生鋁和添加Cu、Mg、Mn、Cr、Zr等合金元素，因此本發(fā)明耐熱鋁合金具有較低的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明是通過(guò)實(shí)施例來(lái)描述的，但并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實(shí)施例的其他變化，如對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。