一種ahs鋁合金及其鋁合金擠壓棒的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種AHS鋁合金及其鋁合金擠壓棒。
【背景技術(shù)】
[0002] AHS合金是Al-Si系活塞合金的一種，其成分相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)牌號(hào)ZL108和美國(guó)牌號(hào) 的SAE328合金，此合金一般用于金屬型鑄造。AHS合金成分接近Al-Si合金共晶點(diǎn)，其流 動(dòng)性好，氣密性高，無(wú)熱裂性傾向，也無(wú)氣孔和縮松等現(xiàn)象，而且該合金強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù) 小，耐磨性能好，高溫性能也令人滿意。另外，AHS合金不同于ZL108和SAE328合會(huì)的是， 它是一種變形鋁合金，從而有著更好的力學(xué)性能和加工性能。因此，它比一般鑄造鋁硅合金 更適用于制造內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和起重滑輪等部件，從而有著廣闊的發(fā)展前景。
[0003] AHS鋁合金的擠壓棒材主要用于鍛造中、小缸徑的中、高速內(nèi)燃機(jī)活塞，AHS鋁合 金擠壓棒用錠坯采半連續(xù)熔鑄法生產(chǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用半連續(xù)熔鑄熱頂鑄造工藝生產(chǎn) 的〇250_鑄錠，熔鑄工藝控制不當(dāng)時(shí)，鑄錠低倍試片常出現(xiàn)粗大晶粒、不同程度的羽毛狀 晶、粗大針狀共晶硅、粗大塊狀初晶硅組織，擠壓制品低倍檢測(cè)存在花斑狀缺陷，該缺陷的 存在嚴(yán)重降低了制品機(jī)械性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種AHS鋁合金及其鋁合金擠壓棒，本發(fā)明提供的AHS鋁 合金具有較小的晶粒度。
[0005] 本發(fā)明提供一種AHS鋁合金，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：
[0006] 10. 0 ?11. 5% 的Si;2. 0 ?3. 0% 的Cu;0? 35 ?0? 45% 的Mg;0 ?0? 5% 的Fe; 0 ?0? 3% 的Zn;0 ?0? 1% 的Mn;0 ?0? 01% 的Ni;0? 02 ?0? 05% 的Sr;0? 01 ?0? 04% 的B;余量為A1。
[0007] 優(yōu)選的，所述Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10. 5?11. 0%。
[0008] 優(yōu)選的，所述Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 2?2. 8%。
[0009] 優(yōu)選的，所述Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 38?0. 42%。
[0010] 優(yōu)選的，所述Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10. 6?10. 9%。
[0011] 優(yōu)選的，所述Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 6?2. 7%。
[0012] 優(yōu)選的，所述Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3?0. 4%。
[0013] 優(yōu)選的，所述Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0?0. 3%;所述Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0?0. 1 %;所述 Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0?0. 05% ;所述Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0?0. 005% ;所述Sr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 02 ?0. 05%。
[0014] 優(yōu)選的，所述AHS鋁合金的晶粒度為1?3級(jí)。
[0015] 本發(fā)明還提供一種AHS鋁合金擠壓棒，由AHS鋁合金鑄錠經(jīng)擠壓得到，所述AHS鋁 合金鑄錠為上文所述的AHS鋁合金。
[0016] 本發(fā)明提供了一種AHS鋁合金，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：10?11. 5%的Si; 2. 0 ?3. 0 % 的Cu;0? 35 ?0? 45 % 的Mg;0 ?0? 5 % 的Fe;0 ?0? 3 % 的Zn;0 ?0? 1 % 的Mn;0?0. 01 %的Ni;0. 02?00. 05%的Sr;0. 01?0. 04%的B;余量為A1。本發(fā)明提供 的AHS鋁合金不含Ti元素，而是添加了B元素，B元素主要細(xì)化a-A1基體，同時(shí)對(duì)合金共 晶硅組織的長(zhǎng)大有抑制作用。采用Sr和B復(fù)合細(xì)化變質(zhì)，可獲得晶粒較小的AHS鋁合金鑄 棒，減少AHS鋁合金的缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量和整體性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的AHS 鋁合金晶粒度為1?3級(jí)。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0018] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的AHS鋁合金鑄錠的低倍檢測(cè)圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的AHS鋁合金鑄錠在500X下的高倍檢測(cè)圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1得到的AHS鋁合金擠壓棒的低倍檢測(cè)圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1得到的AHS鋁合金擠壓棒在500X下的高倍檢測(cè)圖；
[0022] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2得到的AHS鋁合金鑄錠的低倍檢測(cè)圖；
[0023] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例2得到的AHS鋁合金鑄錠在500X下的高倍檢測(cè)圖；
[0024] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例2得到的AHS鋁合金擠壓棒的低倍檢測(cè)圖；
[0025] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例2得到的AHS鋁合金擠壓棒在500X下的高倍檢測(cè)圖；
[0026] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例3得到的AHS鋁合金鑄錠的低倍檢測(cè)圖；
[0027] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例3得到的AHS鋁合金鑄錠在500X下的高倍檢測(cè)圖；
[0028] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例3得到的AHS鋁合金擠壓棒的低倍檢測(cè)圖；
[0029] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例3得到的AHS鋁合金擠壓棒在500X下的高倍檢測(cè)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 本發(fā)明提供了一種AHS鋁合金，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分：10?11. 5%的Si; 2. 0 ?3. 0 % 的Cu;0? 35 ?0? 45 % 的Mg;0 ?0? 5 % 的Fe;0 ?0? 3 % 的Zn;0 ?0? 1 % 的 Mn;0 ?0? 01% 的Ni;0? 02 ?0? 05% 的Sr;0? 01 ?0? 04% 的B;余量為A1。
[0031] 本發(fā)明提供的AHS鋁合金具有較小的晶粒度。
[0032] 在本發(fā)明中，所述Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為10?11. 5%，更優(yōu)選為10. 5?11%，最 優(yōu)選為10. 8% ;硅是合金中的主要元素，硅在固溶體中的溶解度隨溫度的升高而增大，在室 溫時(shí)為0.05%，在577°C時(shí)為1.65%。超過(guò)溶解度的硅以0相存在，0相中僅能溶解極 少量的鋁，可以看作是純硅。鋁硅合金在577°C時(shí)發(fā)生共品反應(yīng)生成共晶體（a+0)。隨著 硅含量的增加，組織中的硅相不斷增加，提高了合金的抗拉強(qiáng)度。共晶硅相在未變質(zhì)處理 前，在合金中一般都成片狀分布，嚴(yán)重割裂基體，由于應(yīng)力集中的結(jié)果，使延伸率顯著降低； 當(dāng)硅含量超過(guò)13?14%時(shí)，延伸率只有1%，抗拉強(qiáng)度也只有l(wèi)OOMPa左右，失去了使用價(jià) 值。經(jīng)過(guò)變質(zhì)或細(xì)化以后，抗拉強(qiáng)度可提高到160?190MPa，延伸率可達(dá)6?12%，解決了 Al-Si類合金優(yōu)良的鑄造性能與低劣的機(jī)械性能這對(duì)矛盾，使這類合金得到了推廣使用。硅 含量除對(duì)合金的力學(xué)性能產(chǎn)生影響外，對(duì)合金的流動(dòng)性、氣密性、熱膨脹系數(shù)、以及電阻系 數(shù)和密度都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。
[0033] 在本發(fā)明中，所述Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為2. 0?3. 0%，更優(yōu)選為2. 5% ;主要合金 元素Cu和Mg的作用是形成CuA12。和Mg2Si強(qiáng)化相，使合金顯著強(qiáng)化。合金中的銅含量增 加時(shí)，合金的強(qiáng)度顯著增加、伸長(zhǎng)率下降，熱強(qiáng)度不斷上升。這主要是因?yàn)殂~含量的增加，使 合金中的Mg2Si相逐步減少變?yōu)镼相和CuA12相。Q相、CuAl2相和Mg2Si相都是合金的強(qiáng) 化相，但Q相的耐熱性最好，它在a固溶體中的溶解度不大，以彌散的狀態(tài)分布于晶界，在 高溫下可阻止a固溶體變形，提高合金的耐熱性能。CuA12相的耐熱性次之，Mg2Si相的耐 熱性最差，因而對(duì)于用做活塞材料的AHS合金來(lái)說(shuō)可適當(dāng)增加銅的含量來(lái)提高合金的高溫 強(qiáng)度。
[0034] 在本發(fā)明中，所述Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0. 2?0. 5%，更優(yōu)選為0. 3?0. 4%，最 優(yōu)選為0. 35%;合金中的鎂含量增加時(shí)，合金的強(qiáng)度急劇上升而塑性急降。塑性的急降主要 與鎂在a固溶體中的溶解度較小有關(guān)。平衡條件下，在500?530°C時(shí)鎂在a固溶體中的 溶解度為〇. 5?0. 6%，而在實(shí)際生產(chǎn)的非平衡條件下，其溶解度更低，只有0. 3?0. 4%。 因此為保持一定的塑性，常將AHS合金中的鎂含量控制在0. 5%左右。
[0035] 在本發(fā)明中，所述Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0?0. 1%，更優(yōu)選為0?0.05% ;Mn是 一種用來(lái)消除鐵的有害作用的元素。它在Al-Si合金中形成Al1(lMn2Si和Al6Mn相。鐵可以 部分的溶解在其中使有害的0相減少，同時(shí)提高高溫強(qiáng)度。而含Mn相與a固溶體形成共 晶時(shí)，呈緊密排列，為桿條短小的骨骼狀，其危害性較小。當(dāng)鐵含量較高時(shí)，Mn的加入量一 般為鐵含量的1/2。此外，Mn本身還常被用來(lái)提高合金的耐熱性能。
[0036] 在本發(fā)明中，所述B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0. 02?0. 04%，更優(yōu)選為0. 035%;所述Fe 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為〇?〇. 5%，更優(yōu)選為0?0. 3%;所述Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0?0. 3%， 更優(yōu)選為〇?〇. 1 % ;所述Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0?0. 01 %，更優(yōu)選為0?0. 005% ;所述 Sr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0. 02?0. 05%，更優(yōu)選為0. 025?0. 03% ;所述A1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其 他組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%。
[0037] 在本發(fā)明中，所述AHS鋁合金優(yōu)選按照以下步驟制備得到：
[0038] A)將Al-Si中間合金、純Cu板和99. 7%A1錠，在熔煉加熱爐中進(jìn)行熔煉，得到鋁 合金熔體；
[0039] B)將變質(zhì)劑加入到所述步驟A)得到的熔體中，進(jìn)行變質(zhì)細(xì)化處理，得到細(xì)化的合 金熔體；所述變質(zhì)劑包括Sr類變質(zhì)劑和/或硼類變質(zhì)劑；
[0040] C)將所述步驟B)得到的細(xì)化的合金熔體進(jìn)行鑄造，得到AHS鋁合金。
[0041] 將Al-Si中間合金、純Cu板和99. 7 %A1錠，在熔煉加熱爐中進(jìn)行熔煉，得到鋁合 金熔體。待熔體完全融化后，在鋁熔體溫度為