本發(fā)明涉及一種鋁鍶系列合金棒材及其制備工藝，尤其是涉及一種鋁合金變質(zhì)劑用鋁鍶系列合金棒材及其制備工藝。
背景技術(shù)：
鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀(jì)初才開始工業(yè)應(yīng)用。而耐熱鋁合金則是冷戰(zhàn)期間發(fā)展起來的。耐熱高強(qiáng)鋁合金適用于在400℃以下的熱環(huán)境中長(zhǎng)期承受較大的工作載荷，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。除了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與高溫燃?xì)饨佑|的部件之外，其余高溫高壓強(qiáng)動(dòng)力部件，例如汽車輪轂、航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，均可采用耐熱高強(qiáng)鋁合金鑄造。
鋁合金在鑄造過程中存在增鐵、氧化和吸氣三大問題，使得鋁合金出現(xiàn)變質(zhì)問題，例如鑄造性能、力學(xué)性能，尤其耐熱耐高溫性能明顯惡化；其高溫強(qiáng)度較低(250℃以上瞬時(shí)抗拉強(qiáng)度小于200Mpa，持續(xù)強(qiáng)度小于100Mpa)、配方成本高、鑄造性能差、鑄件合格率低、廢品料及渣料回用性差等缺陷，造成鑄件質(zhì)量差、成本高、渣料處理流程長(zhǎng)等問題。此外，近年來申報(bào)的多數(shù)耐熱鋁合金專利新配方中也都含有貴重元素如鉑、釩、鈷等，而且鑄造性能差，并且制造成本高，質(zhì)量無法滿足航空技術(shù)進(jìn)步的要求，不適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。鋁合金熔煉的核心環(huán)節(jié)是熔體的高質(zhì)化處理，它也是獲得優(yōu)質(zhì)鋁合金材料的基礎(chǔ)和前提。高質(zhì)化處理包括兩個(gè)方面：一是純凈化，二是結(jié)構(gòu)單元細(xì)化及均勻化。前提主要是采取把雜志固體化濾除和“以氣除氣”的方法降低熔體雜質(zhì)和氫含量，工藝過程會(huì)產(chǎn)生廢渣和廢氣；后者通常稱為變質(zhì)處理，是通過添加劑來采取機(jī)械、物理方法使構(gòu)成鋁合金熔體及固溶體的基本單元—結(jié)晶體—的尺寸變得盡可能的小、分布盡可能均勻，因添加劑進(jìn)入合金熔體，成為合金的有效成分，因而整個(gè)過程中不產(chǎn)生廢渣和廢氣。變質(zhì)處理特別是使用高效變質(zhì)劑是調(diào)整鋁合金鑄態(tài)組織的根本手段。
根據(jù)熔體結(jié)晶理論，作為變質(zhì)劑加入的添加劑應(yīng)該滿足以下要求：
(1)在高溫下化學(xué)成分不變，在鋁熔體中有足夠的穩(wěn)定性；
(2)添加劑的熔點(diǎn)應(yīng)比鋁高；
(3)添加劑和鋁的晶格在結(jié)構(gòu)尺寸上應(yīng)相適應(yīng)；
(4)與被處理的熔體原子形成強(qiáng)而有力的吸附鍵。
實(shí)踐證明，采用適當(dāng)?shù)淖冑|(zhì)劑對(duì)變形鋁合金材料的性能具有良好的改善作用。
鍶對(duì)鋁合金的變質(zhì)作用可持續(xù)數(shù)小時(shí)不衰退，有效時(shí)間長(zhǎng)，經(jīng)多次重熔后仍具有變質(zhì)效果，無過變質(zhì)行為，對(duì)坩堝和工具無腐蝕作用，所以鋁鍶合金已成為工業(yè)應(yīng)用的最佳變質(zhì)劑。采用鋁鍶合金進(jìn)行變質(zhì)處理可用錠塊和棒(線)材兩種形狀，兩者相比，棒材具有組織細(xì)小致密，成分均勻，容易熔化，操作工藝簡(jiǎn)單，便于連續(xù)生產(chǎn)，變質(zhì)效果好等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)和國(guó)外的大型鋁輪轂廠都使用鋁鍶合金棒(線)材進(jìn)行變質(zhì)處理。工業(yè)上一般采用AlSr10(含Sr9～11％)合金作為變質(zhì)劑，根據(jù)Al-Sr二元合金相圖，AlSr10合金的熔點(diǎn)在750～830℃，顯微組織是Al4Sr+(Al+Al4Sr)共晶體，由于Al4Sr為金屬化合物，性脆，在合金中呈條塊狀分布，所以該合金性脆、塑性差，變形抗力較大，變形加工困難，不能采用熱軋工藝加工成線材；亦很難采取常規(guī)的擠壓工藝生產(chǎn)出質(zhì)量良好的棒材，易產(chǎn)生竹節(jié)、橫向裂紋、表面粗糙、起皮、灰黑等缺陷，當(dāng)合金中增加Sr含量或添加其他合金元素(如Ti、B、C、RE等)時(shí)，由于增多了Al4Sr、TiB2、TiC、Al4Ce等脆性金屬化合物，變形性能更差，則無法生產(chǎn)質(zhì)量合格的棒材。
因此，如何對(duì)現(xiàn)有的鋁輪轂廠的鋁合金變質(zhì)劑的含量問題進(jìn)行改進(jìn)，例如選擇合適的元素配方比，進(jìn)而提高整個(gè)鋁鍶合金棒(線)的強(qiáng)度和耐熱性，是目前本技術(shù)領(lǐng)域人員亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前耐高溫鋁合金領(lǐng)域存在的高溫強(qiáng)度低、耐久性不足、散熱性低等技術(shù)難題，通過優(yōu)選合金主元素與變質(zhì)劑鍶的配方比，提供一種鋁鍶系列合金棒材及其制備工藝，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，成材率高，降低了制造成本，大大提高了鋁合金材料的耐高溫特性、熱疲勞強(qiáng)度、散熱性好。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種鋁鍶系列合金棒材及其制備工藝，該合金棒材包括鋁和鍶，其重量百分比為(91.4～81.6):(8.6～18.4)，耐熱溫度為680℃，拉伸強(qiáng)度265MPa；鋁鍶系列合金棒材由鋁鍶合金棒體和含鋁包裹層組成，含鋁包裹層包裹于鋁鍶合金棒體上，鋁鍶合金棒體包括鋁和鍶，含鋁包裹層包括鋁，鋁鍶合金棒體中的鋁、鋁鍶合金棒體中的鍶及含鋁包裹層中的鋁的重量百分比為(53～86.23)：(21～7.64)：(26～6.13)。
本發(fā)明所述鋁鍶系列合金棒材的工藝是：
第一步：按照上述鋁鍶系列合金棒材的配方，將鋁鍶合金棒體部分的鋁加熱至790℃～1200℃，精煉除氣后采取密封法加入鋁鍶合金棒體部分的鍶，攪拌均勻、除渣、澆入鐵模，鑄成得到鋁鍶合金棒體擠壓坯；
第二步：按照上述鋁鍶系列合金棒材的配方，將含鋁包裹層部分的鋁加熱至790℃～860℃，精煉除氣后采取密封法加入含鋁包裹層部分的鍶，攪拌均勻、除渣、澆入鐵模，鑄成與錠坯形狀、尺寸配套的含鋁包裹層，再將含鋁包裹層套在鋁鍶合金棒體；
第三步：將套有含鋁包裹層的鋁鍶合金棒體坯加熱至320℃～580℃，以5～20m/min的擠壓速度，將其復(fù)合擠壓成棒材。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明鋁鍶系列合金棒材變質(zhì)細(xì)化元素含量高(13～22wt％)，其變質(zhì)效果好，加入量少，變質(zhì)處理成本低；它們適用范圍廣，可用于多種鑄造鋁合金；Al-Sr系列棒材適用于鋁硅合金的變質(zhì)，Al-Sr-RE系列棒材在變質(zhì)過程中RE可減輕Sr的吸氫危害，有復(fù)合變質(zhì)作用，Al-Sr-Ti-B系列棒材適用于不含Zr、Cr、Mn等對(duì)B有“毒化”作用元素的亞共晶類鋁硅合金的變質(zhì)和鋁基體細(xì)化處理。
本發(fā)明利用包裹在擠壓錠坯外部諸如鋁或鍶系列合金中的同類合金等良好塑性材料(含量小于5％重量百分比合金化元素)與鋁鍶系列合金一起進(jìn)行復(fù)合擠壓，改善了擠壓工藝性能，彌補(bǔ)了單純的高含量鋁鍶系列合金難以擠壓成型的缺陷。此外，本發(fā)明不僅適合擠壓成型工藝，而且也滿足了變質(zhì)劑用棒材對(duì)成分要求準(zhǔn)確、對(duì)雜質(zhì)要求少、對(duì)表面要求光滑、對(duì)組織要求細(xì)密，而對(duì)力學(xué)性能則無過高要求等特點(diǎn)。
本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，成材率高，降低了制造成本，大大提高了鋁合金材料的耐高溫特性、熱疲勞強(qiáng)度、散熱性好。同時(shí)上述配方組成科學(xué)合理，配方簡(jiǎn)單，容易實(shí)施；用此材料制成的輪轂，大大提高了產(chǎn)品的使用壽命，產(chǎn)品極具特色，市場(chǎng)前景廣闊。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種涉及鋁合金變質(zhì)劑用鋁鍶系列合金棒材，包括鋁和鍶，鋁和鍶的重量百分比為(91.4～81.6):(8.6～18.4)，鋁鍶系列合金棒材由鋁鍶合金棒體和含鋁包裹層組成，含鋁包裹層包裹于鋁鍶合金棒體上，鋁鍶合金棒體包括鋁和鍶，含鋁包裹層包括鋁，鋁鍶合金棒體中的鋁、鋁鍶合金棒體中的鍶及含鋁包裹層中的鋁的重量百分比為(53～86.23)：(21～7.64)：(26～6.13)。
其制備工藝是：
第一步：按照上述鋁鍶系列合金棒材的配方，將鋁鍶合金棒體部分的鋁加熱至790℃～1200℃，精煉除氣后采取密封法加入鋁鍶合金棒體部分的鍶，攪拌均勻、除渣、澆入鐵模，鑄成得到鋁鍶合金棒體擠壓坯；
第二步：按照上述鋁鍶系列合金棒材的配方，將含鋁包裹層部分的鋁加熱至790℃～860℃，精煉除氣后攪拌均勻、除渣、澆入鐵模，鑄成與錠坯形狀、尺寸配套的含鋁包裹層，再將含鋁包裹層套在鋁鍶合金棒體；
第三步：將套有含鋁包裹層的鋁鍶合金棒體坯加熱至320℃～580℃，以5～20m/min的擠壓速度，將其復(fù)合擠壓成棒材。
實(shí)施例2
一種涉及鋁合金變質(zhì)劑用鋁鍶系列合金棒材，包括鋁和鍶，鋁和鍶的重量百分比為(91.4～81.6):(8.6～18.4)，在本次實(shí)施例中，鋁鍶合金棒材由鋁、鍶及稀土組成，含鋁包裹層由鋁和稀土組成，鋁鍶合金棒體中的鋁、鋁鍶合金棒體中的鍶、鋁鍶合金棒體中的稀土、含鋁包裹層中的鋁及含鋁包裹層中的稀土的重量百分比為(52～81.75)：(17～8.36)：(8～3.65)：(23～3.55)：(0～2.69)。
其制備工藝是：
第一步：按照上述鋁鍶系列合金棒材的配方，將鋁鍶合金棒體部分的鋁加熱至790℃～1200℃，精煉除氣后采取密封法加入鋁鍶合金棒體部分的鍶，然后，加入鋁鍶合金棒體部分的稀土，攪拌均勻、除渣、澆入鐵模，得到鋁鍶合金擠壓坯；
第二步：按照上述鋁鍶系列合金棒材的配方，將含鋁包裹層部分的鋁加熱至790℃～860℃，精煉除氣后加入含鋁包裹部分的稀土，攪拌均勻、除渣、澆入鐵模、鑄成與棒體坯形狀、尺寸配套的含鋁包裹層，再將含鋁包裹層套在鋁鍶合金棒體擠壓坯外部；
第三步：將套有含鋁包裹層的鋁鍶合金棒體坯加熱至320℃～580℃，以5～20m/min的擠壓速度，將其復(fù)合擠壓成棒材。
實(shí)施例3
一種涉及鋁合金變質(zhì)劑用鋁鍶系列合金棒材，包括鋁和鍶，鋁和鍶的重量百分比為(91.4～81.6):(8.6～18.4)，在本次實(shí)施例中，鋁鍶合金棒材由鋁、鍶、鈦及硼組成，含鋁包裹層由鋁組成，鋁鍶合金棒體中的鋁、鋁鍶合金棒體中的鍶、鋁鍶合金棒體中的鈦、鋁鍶合金棒體中的硼、含鋁包裹層中的鋁的重量百分比為(50～83.25)：(23～7.16)：(0～4)：(0.4～1)：(26.6～4.59)。
其制備工藝是：
第一步：按照上述鋁鍶系列合金棒材的配方，將鋁鍶合金棒體中的鋁、鋁鍶合金棒體中的鈦及鋁鍶合金棒體中的硼加熱至900℃～1100℃，精煉除氣后采取密封法加入鋁鍶合金棒體部分的鍶，攪拌均勻、除渣、澆入鐵模，鑄成鋁鍶合金棒體擠壓坯；
第二步：按照上述鋁鍶系列合金棒材的配方，將含鋁包裹層中的鋁加熱至790℃～860℃，精煉除氣后攪拌均勻、除渣、澆入鐵模，鑄成與棒體坯形狀、尺寸配套的含鋁包裹層，再將含鋁包裹層套在鋁鍶合金棒體擠壓坯外部；
第三步：將套有含鋁包裹層的鋁鍶合金棒體坯加熱至320℃～580℃，以5～20m/min的擠壓速度，將其復(fù)合擠壓成棒材。