重力鑄造與熱擠出組合工藝制備高強(qiáng)高塑高韌亞共晶鋁硅合金材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備鋁硅合金材料的方法，更特別地說(shuō)，是指一種采用重力鑄造與熱擠出組合工藝來(lái)制造具有高強(qiáng)、高塑、高韌的亞共晶鋁硅合金材料，以及其組合的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Al-Si鑄造合金，作為鑄造鋁合金中重要系列之一，具有低密度，低膨脹系數(shù)、高耐磨性、高抗腐蝕性、優(yōu)良的鑄造性能，無(wú)熱裂傾向，小的線收縮，好的氣密性，易氣焊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空工業(yè)和汽車工業(yè)等。能源、環(huán)保、安全是當(dāng)今世界工業(yè)面臨的三大課題。減輕產(chǎn)品自重，可以降低能耗，減少環(huán)境污染，節(jié)約有限的資源。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，新一代的航空工業(yè)和汽車工業(yè)對(duì)材料又提出了更輕、更強(qiáng)，塑性和韌性更高的要求。因此，在傳統(tǒng)合金材料的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)新材料、研究新工藝的需求已十分迫切。
[0003]重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱重力澆鑄。廣義的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造、消失模鑄造，泥模鑄造等;窄義的重力鑄造主要指金屬型澆鑄。
[0004]熱擠壓是對(duì)放在容器中的金屬坯料在高于室溫的條件下施加外力，使之從特定的?？罩袛D出，獲得所需要斷面形狀和尺寸的一種塑性加工方法。
[0005]然而，由于Al-Si鑄造合金在鑄造過(guò)程產(chǎn)生的鑄造缺陷、組織晶粒粗大等原因，限制了該合金力學(xué)性能，制約了該合金的應(yīng)用范圍。同時(shí)，對(duì)于變形鋁合金以及過(guò)共晶高硅(含量)，經(jīng)過(guò)熱處理后具有高強(qiáng)度。因此，將Al-Si鑄造合金采用合理的擠出工藝和熱處理工藝相結(jié)合的方式開(kāi)發(fā)新型高強(qiáng)高塑高韌亞共晶Al-Si合金具有一定的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是采用重力鑄造與熱擠出相結(jié)合的制備工藝，克服了傳統(tǒng)重力鑄造制備Al-Si合金材料的強(qiáng)度、塑性、韌性不高的缺點(diǎn)，同時(shí)也拓展了熱擠出工藝在亞共晶Al-Si合金材料制備中的應(yīng)用空間。該工藝將Al-Si合金中的共晶硅破碎、球化并均勻分散在合金基體中，同時(shí)增加了織構(gòu)組織和再結(jié)晶晶粒，優(yōu)化了合金組織，從而大幅度提高合金的強(qiáng)度、塑性、韌性。
[0007]本發(fā)明提出了一種重力鑄造與熱擠出組合工藝制備高強(qiáng)高塑高韌亞共晶鋁硅合金材料的方法，其特征在于包括有下列步驟:
[0008]步驟一，配目標(biāo)成分；
[0009]依據(jù)目標(biāo)成分選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.0 %?99.9 %的純招、質(zhì)量分?jǐn)?shù)98 %的金屬娃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.85%?99.95%的純鎂和/或質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.5%的純銅；
[0010]步驟二，采用重力鑄造工藝制合金錠；
[0011]步驟21，將步驟一中的原料加入石墨坩禍內(nèi)，使用高頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉;調(diào)節(jié)熔煉工藝參數(shù):熔煉溫度為720°C?800°C，保溫時(shí)間為10?30min后，得到Al-Si液態(tài)合金；
[0012]步驟22，采用CCl6除渣3?1min后，將Al-Si液態(tài)合金澆注到預(yù)熱到120°C的金屬模具中，冷卻，得到Al-Si合金錠；
[0013]步驟三，采用熱擠出工藝制擠出合金；
[0014]將步驟二制得的Al-Si合金錠加入真空熱壓機(jī)中，在真空度為1.0X 10—3MPa,擠出溫度為400°(3?500°(3，擠壓強(qiáng)度為200?35010^，擠出比為16:1?10:1的條件下，制得擠出
I=IO
[0015]步驟四，熱處理；
[0016]將步驟三制得的擠出合金經(jīng)過(guò)515°C，16小時(shí)的固溶處理，室溫冷水淬火，175°C，7小時(shí)時(shí)效處理，得到目標(biāo)亞共晶Al-Si合金。
[0017]經(jīng)本發(fā)明方法制得的亞共晶鋁硅合金具有抗拉強(qiáng)度為300MPa?470MPa，屈服強(qiáng)度在260MPa?390MPa，延伸率在16?22%，沖擊韌性在80J/cm2?120J/cm2的性能。
[0018]經(jīng)本發(fā)明方法制得的亞共晶鋁硅合金材料能夠用于加工卡車或者巴士的鋁合金輪轂中。
[0019]本發(fā)明采用重力鑄造與熱擠出相結(jié)合的制備工藝，其優(yōu)點(diǎn)在于:將重力鑄造和熱擠出應(yīng)用于亞共晶Al-Si合金當(dāng)中；顯著改善了合金組織形貌，促進(jìn)了共晶硅組織的均勻分布;力學(xué)性能顯著改善，尤其是塑性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1A是經(jīng)實(shí)施例1中經(jīng)重力鑄造后的Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金錠的晶相照片。
[0021]圖1B是經(jīng)實(shí)施例1中經(jīng)熱擠出后的Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金的晶相照片。
[0022]圖1C是經(jīng)實(shí)施例1中經(jīng)熱處理后的Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金的晶相照片。
[0023]圖1D是經(jīng)實(shí)施例1工藝制得的亞共晶Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金的拉伸性能曲線。
[0024]圖2A是經(jīng)實(shí)施例2中經(jīng)重力鑄造后的Al-7S1-0.4Mg合金錠的晶相照片。
[0025]圖2B是經(jīng)實(shí)施例2中經(jīng)熱擠出后的Al-7S1-0.4Mg合金的晶相照片。
[0026]圖2C是經(jīng)實(shí)施例2中經(jīng)熱處理后的Al-7S1-0.4Mg合金的晶相照片。
[0027]圖2D是經(jīng)實(shí)施例2工藝制得的亞共晶Al-7Si_0.4Mg合金的拉伸性能曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]本發(fā)明是一種重力鑄造與熱擠出組合工藝制備高強(qiáng)高塑高韌亞共晶鋁硅合金材料的方法，該方法包括有步驟:
[0030]步驟一，配目標(biāo)成分；
[0031 ] 依據(jù)目標(biāo)成分選取純鋁(Al，工業(yè)級(jí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.0 %?99.9%),金屬硅(Si，工業(yè)級(jí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)98 %左右)、純鎂(Mg，工業(yè)級(jí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.85 %?99.95%)和/或純銅(Cu，工業(yè)級(jí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.5%)o
[0032]步驟二，采用重力鑄造工藝制合金錠；
[0033]步驟21，將步驟一中的原料加入石墨坩禍內(nèi)，使用高頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉;調(diào)節(jié)熔煉工藝參數(shù):熔煉溫度為720°C?800°C，保溫時(shí)間為10?30min后，得到Al-Si液態(tài)合金；
[0034]步驟22，采用CCl6除渣3?1min后，將Al-Si液態(tài)合金澆注到預(yù)熱到120°C的金屬模具中，冷卻，得到Al-Si合金錠；
[0035]步驟三，采用熱擠出工藝制擠出合金；
[0036]將步驟二制得的Al-Si合金錠加入真空熱壓機(jī)中，在真空度為1.0X 10—3MPa,擠出溫度為400°(3?500°(3，擠壓強(qiáng)度為200?35010^，擠出比為16:1?10:1的條件下，制得擠出
I=IO
[0037]步驟四，熱處理；
[0038]將步驟三制得的擠出合金經(jīng)過(guò)515°C，16小時(shí)的固溶處理，室溫冷水淬火，175°C，7小時(shí)時(shí)效處理，得到目標(biāo)亞共晶Al-Si合金。
[0039]實(shí)施例1
[0040]制亞共晶厶1-751-0.51%-3(:11(￥1%)合金[0041 ]步驟一，配 Al-7S1-0.5Mg_3Cu 目標(biāo)成分；
[0042]依據(jù)目標(biāo)成分Al-7S1-0.5Mg_3Cu選取純鋁、金屬硅、純鎂和純銅。
[0043]步驟二，采用重力鑄造工藝制合金錠；
[0044]步驟21，將步驟一中的原料加入石墨坩禍內(nèi)，使用高頻感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉;調(diào)節(jié)熔煉工藝參數(shù):熔煉溫度為740°C，保溫時(shí)間為20min后，得到Al-7S1-0.5Mg-3Cu液態(tài)合金；
[0045]在本發(fā)明中，重力鑄造中的熔煉設(shè)備選用香港東達(dá)實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的DD-25型號(hào)高頻感應(yīng)爐。
[0046]步驟22，采用CCl6除渣1min后，將Al-7S1-0.5Mg-3Cu液態(tài)合金澆注到預(yù)熱到120°C的金屬模具中，冷卻，得到Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金錠；
[0047]制得的Al-7S1-0.5Mg_3Cu合金錠的晶相照片如圖1A所示，圖中，硅相呈片狀或長(zhǎng)針狀，彌散分布。采用電子探針進(jìn)行晶相分析
[0048]步驟三，采用熱擠出工藝制擠出合金；
[0049]將步驟二制得的41-751-0.51^-301合金錠加入真空熱壓機(jī)中，在真空度為1.0\10一310^，擠出溫度為450°(3，擠壓強(qiáng)度為30010^，擠出比為10:1的條件下，制得擠出六1-751-0.5Mg-3Cu 合金。
[0050]在本發(fā)明中，真空熱壓機(jī)選用沈陽(yáng)威泰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的WT1700真空熱壓機(jī)。
[0051 ] 制得的擠出Al -7 S 1-0.5Mg-3Cu合金的晶相照片如圖1B所示，圖中，硅相晶粒細(xì)小，沿?cái)D出方向均勻分布。富銅相(白色顆粒)沿?cái)D出方向均勻分布。
[0052]步驟四，熱處理；
[0053]將步驟三制得的擠出Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金經(jīng)過(guò)515°C，16小時(shí)的固溶處理，室溫冷水淬火，175°C，7小時(shí)時(shí)效處理，得到亞共晶Al-7S1-0.5Mg_3Cu合金。
[0054]制得的亞共晶A1-7S1-0.5Mg_3Cu合金的晶相照片如圖1C所示，圖中，硅相晶粒更加細(xì)小，分布更加均勻。富銅相(白色顆粒)經(jīng)熱處理后變成為納米級(jí)析出相，均勻分布在基體中。圖1C與圖1A相比，可知硅相被破碎為細(xì)小顆粒，且沿?cái)D出方向均勻分布；同時(shí)富銅相變成為納米級(jí)析出相，均勾分布在基體中。
[0055]對(duì)實(shí)施I制得的亞共晶Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金進(jìn)行性能分析；
[0056]采用Instron8801，50KN液壓伺服疲勞試樣機(jī)設(shè)備分析經(jīng)實(shí)施例1制得的亞共晶Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金的拉伸性能:從圖1D中能夠看出抗拉強(qiáng)度為470MPa，屈服強(qiáng)度在39010^，延伸率在16%。
[0057]采用SANS(ZBC 2302-B)沖擊試驗(yàn)機(jī)分析制得的亞共晶Al_7Si_0.5Mg_3Cu合金的沖擊性能:其沖擊韌性在70J/cm2 ο
[0058]經(jīng)實(shí)施例1制得的亞共晶Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金能夠用于加工卡車或者巴士的鋁合金輪轂中。
[0059]采用實(shí)施例1相同的合金成分，不同擠出溫度，不同擠壓強(qiáng)度，不同擠出比的條件下，將合金材料擠出成型。
[0060]在擠出溫度400°C，擠壓強(qiáng)度300MPa，擠出比10:1的條件下，將合金材料擠出成型。其抗