一種添加稀土元素的高性能鋁合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種添加稀土元素的高性能鋁合金，其特征在于，由下列各成分按質(zhì)量百分比組成：硅6.5-7、鎂0.2-0.25、鐵0.25-0.3、硼0.01-0.012、鈰0.3-0.4、鋅0.1-0.2、廢鋁中間合金粉45-50、余量為鋁；本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化合金成分，添加稀土元素鈰，可以提高合金的抗拉強(qiáng)度，采用科學(xué)合理的熱處理工藝，不僅能提高合金的力學(xué)性能，尤其是高溫力學(xué)性能；而且能夠提高強(qiáng)化相的穩(wěn)定性，阻止強(qiáng)化相的析出和長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，防止裂紋出現(xiàn)，內(nèi)部不出現(xiàn)氣孔，提高產(chǎn)品成型性以及成品率；本發(fā)明制得的鋁合金具有高性能，可焊接性和成形性好等特點(diǎn)，可用于制作發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋。
【專利說(shuō)明】
一種添加稀土元素的高性能鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及鋁合金領(lǐng)域，特別是一種添加稀土元素的高性能鋁合金及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑄造鋁合金具有比容小、強(qiáng)度高、鑄造成形性好和加工性能優(yōu)良、膨脹系數(shù)小和流 動(dòng)性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空、航天以及家電等行業(yè)中。目前國(guó)內(nèi)外大部 分轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋已基本采用高強(qiáng)度鋁合金生產(chǎn)，全鋁合金的材質(zhì)，減輕了車(chē)身重量 同時(shí)，還增強(qiáng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率，而且壽命也更長(zhǎng)。從節(jié)油的角 度看，鑄鋁發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)油方面的優(yōu)勢(shì)頗受人們關(guān)注。因?yàn)槠?chē)的重量每降低，其耗油量能夠 降低0.6%_1%。為了降低燃料消耗，同時(shí)也為了減少汽車(chē)尾氣排放對(duì)大氣環(huán)境的污染，減 輕汽車(chē)自重是一個(gè)重要的措施。因此，汽車(chē)鑄件不斷被輕質(zhì)鋁鑄件取代已成為發(fā)展趨勢(shì)。被 用作轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的材料主要有國(guó)內(nèi)的ZL101、ZL104、ZL702A合金及美國(guó)的328.0， 法國(guó)的A-S5U3,日本的A4CB鋁合金等。雖然傳統(tǒng)牌號(hào)的鋁硅合金在普通使用性能上已經(jīng)能 滿足使用要求，但是當(dāng)零件處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，例如在高溫下，材料的晶粒組織粗大， 成分偏析，使得鋁合金氣缸蓋性能不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生熱疲勞，出現(xiàn)開(kāi)裂等問(wèn)題，不滿足增壓 發(fā)動(dòng)機(jī)的需要。如ZL101雖然合金成分簡(jiǎn)單，但其力學(xué)性能不高，只能用于強(qiáng)度要求不高的 零件;ZL104的耐熱性比較差等，因此對(duì)鑄造鋁合金的研究和開(kāi)發(fā)具有重要的應(yīng)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種添加稀土元素的高性能鋁合金及其制備方法。通過(guò)研 究制備出一種成分配比科學(xué)合理的鋁合金配方，充分利用廢鋁肩，制造成本低，產(chǎn)品性能 高，質(zhì)量輕的鋁合金材料。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過(guò)以下方案實(shí)施：
[0005] -種添加稀土元素的高性能鋁合金，由下列各成分按質(zhì)量百分比組成:硅6.5-7、 鎂0.2-0.25、鐵0.25-0.3、硼0.01-0.012、鈰 0.3-0.4、鋅 0.1-0.2、廢鋁中間合金粉45-50、余 量為鋁；
[0006] 所述廢鋁中間合金粉由下列重量份的原料制成:廢鋁肩60-65、錳15-18、銅10-12、 絡(luò)6_8、錯(cuò)7_9、石墨粉2_3、氣化納1.5_2、冰晶石粉1_1.5;制備方法為：（1)將廢錯(cuò)肩先用永 久磁鐵吸出其中的鐵制品，然后用鐵網(wǎng)篩篩掉其中的塵土和砂子，再用清潔劑除去表面的 油漬，最后放入烘箱烘干水分待用；（2)將表面處理后的廢鋁加入坩堝電阻爐中，升溫至850 °C直至全部熔化，然后降溫至760°C-770°C時(shí)用鐘罩壓入銅、錳，保溫30分鐘，繼續(xù)調(diào)節(jié)爐溫 至740°C-750°C，壓入鉻、鋯，攪拌均勻后保溫靜置20分鐘；（3)當(dāng)爐溫達(dá)到730°C時(shí)，將石墨 粉、氯化鈉、冰晶石粉加入到金屬液中，攪拌均勻后靜置，保溫靜置40分鐘；（4)扒去浮渣后 將金屬液澆入氣體霧化制粉設(shè)備中，制備成粒徑在100μπι以下的粉末即得。
[0007] 本發(fā)明所述一種添加稀土元素的高性能鋁合金，由以下具體步驟制備而成：
[0008] (1)將除廢鋁中間合金粉之外的所有成分各自制成細(xì)粉備用，將所有工具和模具 在250°C條件下進(jìn)行與熱處理，備用；
[0009] (2)將鋁粉加入坩堝電阻爐中，升溫至鋁粉完全熔化后迅速升溫至820°C，然后用 鐘罩將硅粉分兩次壓入鋁液并且輕輕攪拌，直至全部熔化后迅速降低爐溫，在760°C-780°C 時(shí)壓入廢鋁中間合金粉，保溫40-60分鐘，繼續(xù)調(diào)節(jié)爐溫至730°C-740°C，壓入其余剩余成 分，攪拌均勻后保溫靜置30分鐘；
[0010] (3)將占金屬液質(zhì)量2-3%的精煉劑用鐘罩壓入金屬液中間高度處，緩慢作圓周并 成傾斜運(yùn)動(dòng)，使金屬液均勻翻滾，作用時(shí)間約8-9分鐘，靜止4分鐘后，再通過(guò)氬氣進(jìn)行精煉 6-8分鐘，靜置20分鐘，再進(jìn)行扒渣，扒渣后取樣分析；
[0011] (4)將成分合格的合金液靜置10-20分鐘后，將合金液澆入已預(yù)熱的模具中，冷卻 后取出，采用T6熱處理工藝（工藝條件為：固溶處理為500°C，5.5小時(shí)，時(shí)效處理為180°C，5 小時(shí))進(jìn)行熱處理，最后得到本發(fā)明產(chǎn)品。
[0012] 本發(fā)明所述的一種添加稀土元素的高性能鋁合金的制備方法，所述精煉劑由下列 重量份的原料制成:氟化鈉13-16、硝酸鈉18-22、碳粉9-11、三氧化二硼9-10、氟鈦酸鉀15-18、碳酸氫鈉10-13、六氟鋁酸鈉2-4、氯化鈉8-10、輕質(zhì)耐火磚6-8;制備方法為：（1)將氟化 鈉、硝酸鈉、氯化鈉、氟鈦酸鉀混合均勻后放入高溫電爐中熔化，然后冷卻凝固，再破碎成 200目混合粉末A; (2)將輕質(zhì)耐火磚破碎后與除碳酸氫鈉之外的其余剩余成分共同放入粉 碎機(jī)中粉碎成200目混合粉末B待用；（3)將混合粉末A與混合粉末B混合，加入碳酸氫鈉后放 入擠出造粒機(jī)中造粒；（4)將顆粒在烘箱中干燥120-150分鐘，溫度控制在230-240°C，冷卻 后取出即得。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用廢鋁肩與錳、銅、鉻等元素熔煉制成廢鋁中間合 金粉，替代部分新鋁作為主要元素，可以提高合金的強(qiáng)度以及耐磨性，而且使用廢鋁肩成 分，降低生產(chǎn)成本;在熱處理過(guò)程中添加本發(fā)明自制的精煉劑，多孔材質(zhì)利于形成負(fù)壓，能 夠充分的與金屬液中氣體進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到脫氣的效果，同時(shí)能夠分離金屬渣中材質(zhì)，并 分解渣中雜質(zhì)，使金屬渣干性且松散，易扒除渣，防止金屬液二次吸氣及氧化。
[0014] 本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化合金成分，添加稀土元素鈰，可以提高合金的抗拉強(qiáng)度，采用科學(xué) 合理的熱處理工藝，不僅能提高合金的力學(xué)性能，尤其是高溫力學(xué)性能;而且能夠提高強(qiáng)化 相的穩(wěn)定性，阻止強(qiáng)化相的析出和長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，防止裂紋出現(xiàn)，內(nèi)部不出現(xiàn)氣孔，提高產(chǎn) 品成型性以及成品率;本發(fā)明制得的鋁合金具有高性能，可焊接性和成形性好等特點(diǎn)，可用 于制作發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面通過(guò)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0016] 一種添加稀土元素的高性能鋁合金，由下列各成分按質(zhì)量百分比組成:硅6.5、鎂 0.2、鐵0.25、硼0.01、鈰0.3、鋅0.1、廢鋁中間合金粉45、余量為鋁；
[0017] 所述廢鋁中間合金粉由下列重量份(公斤）的原料制成:廢鋁肩60、錳15、銅10、鉻 6、鋯7、石墨粉2、氯化鈉1.5、冰晶石粉1;制備方法為：（1)將廢鋁肩先用永久磁鐵吸出其中 的鐵制品，然后用鐵網(wǎng)篩篩掉其中的塵土和砂子，再用清潔劑除去表面的油漬，最后放入烘 箱烘干水分待用；（2)將表面處理后的廢鋁加入坩堝電阻爐中，升溫至850°C直至全部熔化， 然后降溫至760°C-770°C時(shí)用鐘罩壓入銅、錳，保溫30分鐘，繼續(xù)調(diào)節(jié)爐溫至740°C-750°C， 壓入鉻、鋯，攪拌均勻后保溫靜置20分鐘；（3)當(dāng)爐溫達(dá)到730°C時(shí)，將石墨粉、氯化鈉、冰晶 石粉加入到金屬液中，攪拌均勻后靜置，保溫靜置40分鐘；（4)扒去浮渣后將金屬液澆入氣 體霧化制粉設(shè)備中，制備成粒徑在100μπι以下的粉末即得。
[0018] 本發(fā)明所述一種添加稀土元素的高性能鋁合金，由以下具體步驟制備而成：
[0019] (1)將除廢鋁中間合金粉之外的所有成分各自制成細(xì)粉備用，將所有工具和模具 在250°C條件下進(jìn)行與熱處理，備用；
[0020] (2)將鋁粉加入坩堝電阻爐中，升溫至鋁粉完全熔化后迅速升溫至820°C，然后用 鐘罩將硅粉分兩次壓入鋁液并且輕輕攪拌，直至全部熔化后迅速降低爐溫，在760°C-780°C 時(shí)壓入廢鋁中間合金粉，保溫40分鐘，繼續(xù)調(diào)節(jié)爐溫至730°C_740°C，壓入其余剩余成分，攪 拌均勻后保溫靜置30分鐘；
[0021] (3)將占金屬液質(zhì)量3%的精煉劑用鐘罩壓入金屬液中間高度處，緩慢作圓周并成 傾斜運(yùn)動(dòng)，使金屬液均勻翻滾，作用時(shí)間約8分鐘，靜止4分鐘后，再通過(guò)氬氣進(jìn)行精煉6分 鐘，靜置20分鐘，再進(jìn)行扒渣，扒渣后取樣分析；
[0022] (4)將成分合格的合金液靜置10分鐘后，將合金液澆入已預(yù)熱的模具中，冷卻后取 出，采用T6熱處理工藝(工藝條件為：固溶處理為500°C，5.5小時(shí)，時(shí)效處理為180°C，5小時(shí)） 進(jìn)行熱處理，最后得到本發(fā)明產(chǎn)品。
[0023]本發(fā)明所述的一種添加稀土元素的高性能鋁合金的制備方法，所述精煉劑由下列 重量份(公斤）的原料制成:氟化鈉13、硝酸鈉18、碳粉9、三氧化二硼9、氟鈦酸鉀15、碳酸氫 鈉10、六氟鋁酸鈉2、氯化鈉8、輕質(zhì)耐火磚6;制備方法為：（1)將氟化鈉、硝酸鈉、氯化鈉、氟 鈦酸鉀混合均勻后放入高溫電爐中熔化，然后冷卻凝固，再破碎成200目混合粉末A; (2)將 輕質(zhì)耐火磚破碎后與除碳酸氫鈉之外的其余剩余成分共同放入粉碎機(jī)中粉碎成200目混合 粉末B待用；（3)將混合粉末A與混合粉末B混合，加入碳酸氫鈉后放入擠出造粒機(jī)中造粒； (4)將顆粒在烘箱中干燥120分鐘，溫度控制在230-240°C，冷卻后取出即得。
[0024]將本發(fā)明產(chǎn)品加工成直徑為6mm的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，與ZL702A型鋁合金進(jìn)行比較，根 據(jù)GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》和GB/T4338-2006《金屬材料高溫拉伸試驗(yàn) 方法》測(cè)試室溫性能和250°C下的高溫性能，高溫性能測(cè)試20分鐘，結(jié)果如下表：
[0025]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種添加稀土元素的高性能鋁合金，其特征在于，由下列各成分按質(zhì)量百分比組成： 硅6.5-7、鎂0.2-0.25、鐵0.25-0.3、硼0.01-0.012、鈰 0.3-0.4、鋅 0.1-0.2、廢鋁中間合金粉 45-50、余量為鋁； 所述廢鋁中間合金粉由下列重量份的原料制成:廢鋁肩60-65、錳15-18、銅10-12、鉻6- 8、錯(cuò)7_9、石墨粉2_3、氣化納1.5_2、冰晶石粉1_1.5;制備方法為：（1)將廢錯(cuò)肩先用永久磁 鐵吸出其中的鐵制品，然后用鐵網(wǎng)篩篩掉其中的塵土和砂子，再用清潔劑除去表面的油漬， 最后放入烘箱烘干水分待用；（2)將表面處理后的廢鋁加入坩堝電阻爐中，升溫至850Γ直 至全部熔化，然后降溫至760°C-770°C時(shí)用鐘罩壓入銅、錳，保溫30分鐘，繼續(xù)調(diào)節(jié)爐溫至 740 °C -750 °C，壓入鉻、鋯，攪拌均勻后保溫靜置20分鐘；（3)當(dāng)爐溫達(dá)到730 °C時(shí)，將石墨粉、 氯化鈉、冰晶石粉加入到金屬液中，攪拌均勻后靜置，保溫靜置40分鐘；（4)扒去浮渣后將金 屬液澆入氣體霧化制粉設(shè)備中，制備成粒徑在100μπι以下的粉末即得。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種添加稀土元素的高性能鋁合金，其特征在于，由以下具體步 驟制備而成： (1) 將除廢鋁中間合金粉之外的所有成分各自制成細(xì)粉備用，將所有工具和模具在250 °C條件下進(jìn)行與熱處理，備用； (2) 將鋁粉加入坩堝電阻爐中，升溫至鋁粉完全熔化后迅速升溫至820°C，然后用鐘罩 將硅粉分兩次壓入鋁液并且輕輕攪拌，直至全部熔化后迅速降低爐溫，在760°C-78(TC時(shí) 壓入廢鋁中間合金粉，保溫40-60分鐘，繼續(xù)調(diào)節(jié)爐溫至730°C-740°C，壓入其余剩余成分， 攪拌均勻后保溫靜置30分鐘； (3) 將占金屬液質(zhì)量2-3%的精煉劑用鐘罩壓入金屬液中間高度處，緩慢作圓周并成傾 斜運(yùn)動(dòng)，使金屬液均勻翻滾，作用時(shí)間約8-9分鐘，靜止4分鐘后，再通過(guò)氬氣進(jìn)行精煉6-8分 鐘，靜置20分鐘，再進(jìn)行扒渣，扒渣后取樣分析； (4) 將成分合格的合金液靜置10-20分鐘后，將合金液澆入已預(yù)熱的模具中，冷卻后取 出，采用T6熱處理工藝（工藝條件為：固溶處理為500°C，5.5小時(shí)，時(shí)效處理為180°C，5小 時(shí))進(jìn)行熱處理，最后得到本發(fā)明產(chǎn)品。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種添加稀土元素的高性能鋁合金的制備方法，其特征在于， 所述精煉劑由下列重量份的原料制成:氟化鈉13-16、硝酸鈉18-22、碳粉9-11、三氧化二硼 9-10、氟鈦酸鉀15-18、碳酸氫鈉10-13、六氟鋁酸鈉2-4、氯化鈉8-10、輕質(zhì)耐火磚6-8;制備 方法為：（1)將氟化鈉、硝酸鈉、氯化鈉、氟鈦酸鉀混合均勻后放入高溫電爐中熔化，然后冷 卻凝固，再破碎成200目混合粉末A; (2)將輕質(zhì)耐火磚破碎后與除碳酸氫鈉之外的其余剩余 成分共同放入粉碎機(jī)中粉碎成200目混合粉末B待用；（3)將混合粉末A與混合粉末B混合， 加入碳酸氫鈉后放入擠出造粒機(jī)中造粒；（4)將顆粒在烘箱中干燥120-150分鐘，溫度控制 在230-240°C，冷卻后取出即得。
【文檔編號(hào)】C22C21/00GK105986136SQ201610077443
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年2月1日
【發(fā)明人】張新南
【申請(qǐng)人】安徽乾通教育制造有限公司