一種鋁-硅-鎂-銅-鉭合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含有Ta元素的鋁-硅-鎂-銅-鉭合金，同時(shí)涉及其制備方法， 屬于金屬合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】 鋁-硅合金具有優(yōu)異的鑄造工藝性能、切削加工性能和高的比強(qiáng)度等特點(diǎn)，在航空航 天、汽車、機(jī)械等領(lǐng)域應(yīng)用較多，然而由于其強(qiáng)度和韌性稍遜，其應(yīng)用范圍又受到某些限制。 實(shí)際生產(chǎn)中，人們大量采取熱處理、對(duì)硅相進(jìn)行變質(zhì)處理等各種方法來(lái)進(jìn)一步提高其強(qiáng)度 等力學(xué)性能，而用合金化的方式提高其性能的研究相對(duì)較少。
[0003] 含硅量為6-10wt. %的亞共晶鋁硅合金中加入少量鎂和銅元素可提高合金的 強(qiáng)度，在目前生產(chǎn)中應(yīng)用較多。但這類鋁-硅-鎂-銅合金在經(jīng)熱處理后強(qiáng)度一般在 150-260MPa范圍，仍有繼續(xù)提高的應(yīng)用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)鋁-硅-鎂-銅合金用鉭元素進(jìn)行微合金 化，提供了一種鋁-硅-鎂-銅-鉭合金，同時(shí)還公開了該合金的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種鋁-硅-鎂-銅-鉭合金，由以下質(zhì)量百分比的組元組成：Ta 0.03-0.7%，Mg 0? 35-0. 7%，Cu 0? 3-2%，Si 6. 5-8. 5%，富鈰混合稀土 0? 0004-0. 0093%，其余為 A1 ; 所述的富鋪混合稀土的成分如下：Ce 60%、La 25%、Pr4%、Nd 10%，其余為雜質(zhì)。
[0006] 所述鋁-硅-鎂-銅-鉭合金采用如下步驟制備： (1)據(jù)所欲制備鋁-硅-鎂-銅-鉭合金的化學(xué)成分和質(zhì)量稱取以下質(zhì)量原料： 純鋁（純度9 9. 7wt.%或以上)，純硅（9 9. 9wt.%或以上)，Al-50wt.%Cu中間合金， Al-40wt. %Mg中間合金，Al-Ta (含有少量富鈰混合稀土）中間合金； (2 )將純鋁在坩堝內(nèi)熔化后加入純硅和Al-50wt. %Cu合金，以上原料全部熔化后調(diào)節(jié) 合金熔體溫度至690-740°C，然后加入Al-40wt. %Mg合金，攪拌后再加入精煉劑進(jìn)行精煉； 在以上過(guò)程的同時(shí)，將Al-Ta中間合金于100-200°C預(yù)熱60-200分鐘，備用； 所述精煉劑購(gòu)自徐州華中鋁業(yè)有限公司，型號(hào)為HZ-WYJ ; (3 )將預(yù)熱后的Al-Ta中間合金加入上述精煉后的鋁熔體中，保溫8-15分鐘后攪拌 熔體，再澆入模具中，冷卻后得到鑄態(tài)鋁-硅合金； (4 )將以上鑄態(tài)鋁-硅合金按以下步驟進(jìn)行熱處理：將鋁-硅合金在電爐內(nèi)于545°C 保溫8-12小時(shí)后取出并立刻放入水中進(jìn)行淬火；將淬火后的合金再放入電爐內(nèi)于180°C保 溫4-8小時(shí)，然后取出置于空氣中自然冷卻，得到熱處理態(tài)鋁-硅合金。
[0007] 所述的Al-Ta中間合金所含的成分為：Ta 15wt. %，富鋪混合稀土元素0. 2wt. %， 其余為A1及不可避免的雜質(zhì)元素。Ta元素主要以TaAl3化合物粒子的方式鑲嵌于鋁基體 中，TaAl 3化合物粒子為多面體或球狀，尺寸小于3微米。
[0008] 所述Al_15wt. %Ta中間合金按以下方法制備得到： (1) 按0. 8875: 0. 002:0. 32535的質(zhì)量比稱取原料純鋁、富鈰混合稀土和K2TaF7; (2) 將純鋁在熔化爐內(nèi)熔化至690-740°C范圍，加入富鈰混合稀土并待其熔化后攪拌 熔體使成分均勻； (3) 將K2 TaF7* 5批加入上述鋁熔體中進(jìn)行反應(yīng)，每批反應(yīng)5-15分鐘后再加入下一 批，反應(yīng)過(guò)程中用碳棒以100轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌熔體； (4) K 2 TaF7全部加入并反應(yīng)后，將合金熔體上層不同于金屬熔體的液體倒出，再將剩余 鋁合金熔體倒入冷卻模具中，冷卻后即得Al-15 wt Ta中間合金。
[0009] 所述Al_50wt. %Cu中間合金，Al_40wt. %Mg中間合金均可在市場(chǎng)購(gòu)買。
[0010] 本發(fā)明提供的鋁-硅-鎂-銅_鉭合金無(wú)論是鑄態(tài)還是熱處理態(tài)，鉭元素都能明 顯提高合金的強(qiáng)度性能。可根據(jù)實(shí)際使用中的強(qiáng)度要求，選擇鑄態(tài)或熱處理態(tài)的合金。
[0011] 本發(fā)明提供的鋁-硅-鎂-銅-鉭合金中的鉭元素以固溶于鋁晶粒中及形成 TaAl3粒子兩種方式存在，前一方式產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用使合金強(qiáng)度提高，后一方式一方面通 過(guò)TaAl 3粒子對(duì)鋁晶粒產(chǎn)生明顯的晶粒細(xì)化作用使合金強(qiáng)度提高，另一方面分散在基體中 的細(xì)小TaAl3粒子還會(huì)產(chǎn)生粒子彌散強(qiáng)化作用。此外，以上晶粒細(xì)化作用還使鎂、硅元素及 其化合物分布更均勻，減少微觀成分偏析，也會(huì)起到提高合金強(qiáng)度的作用。鉭元素以含有富 鋪稀土元素的Al-Ta中間合金的方式加入，稀土元素具有高的表面活性，使TaAlji子易于 在合金基體中分散均勻，且能提降低粒子的表面能，提高高粒子的形核能力。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述，需要說(shuō)明的是，下述實(shí)施例僅是 為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)行限定。
[0013] 實(shí)施例1 鋁-硅合金成分：Ta 0. 07%，Mg 0. 4%，Cu 0. 5%，Si 7%， 0. 0009%的富鈰稀土元素，其 余為A1及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0014] 上述鋁-硅合金的制備過(guò)程為： (1 )據(jù)所欲制備鋁-硅合金的化學(xué)成分和質(zhì)量稱取相應(yīng)質(zhì)量的以下原料：純鋁（純度 9 9?7 wt. % 或以上），純娃（9 9?9 wt. % 或以上），Al_50wt. %Cu 中間合金，Al_40wt. %Mg 中間合金，Al-15wt. %Ta (含有0. 2wt. %富鋪稀土中間合金）中間合金； (2 )將純鋁在坩堝內(nèi)熔化后加入純硅和Al-50wt. %Cu合金，以上原料全部熔化后調(diào)節(jié) 合金熔體溫度至690-740°C，然后加入Al-40wt. %Mg合金，攪拌后再加入精煉劑進(jìn)行精煉； 在以上過(guò)程的同時(shí)，將Al-15wt.%Ta中間合金于180°C預(yù)熱80分鐘，奮用； (3 )將預(yù)熱后的Al-15wt. %Ta中間合金加入上述精煉后的鋁熔體中，保溫8分鐘后攪 拌熔體，再澆入模具中，冷卻后得到鑄態(tài)鋁-硅合金。
[0015] ( 4)將以上鑄態(tài)鋁-硅合金按以下步驟進(jìn)行熱處理：將鋁-硅合金在電爐內(nèi)于 545°C保溫10小時(shí)后取出并立刻放入水中進(jìn)行淬火。將淬火后的合金再放入電爐內(nèi)于 180°C保溫6小時(shí)，然后取出置于空氣中自然冷卻，得到熱處理態(tài)鋁-硅合金。
[0016]實(shí)施例2 鋁-硅合金成分：Ta 0. 15%，Mg 0. 4%，Cu 0. 5%，Si 7%， 0. 002%的富鈰稀土元素，其 余為A1及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0017] 上述鋁-硅合金的制備過(guò)程為： (1 )據(jù)所欲制備鋁-硅合金的化學(xué)成分和質(zhì)量稱取相應(yīng)質(zhì)量的以下原料：純鋁（純度 9 9 ? 7 wt. % 或以上），純娃（9 9 ? 9 wt. % 或以上），Al_50wt. %Cu 中間合金，Al_40wt. %Mg 中間合金，Al-15wt. %Ta (含有0. 2wt. %富鋪稀土中間合金）中間合金； (2 )將純鋁在坩堝內(nèi)熔化后加入純硅和Al-50wt. %Cu合金，以上原料全部熔化后調(diào)節(jié) 合金熔體溫度至690-740°C，然后加入Al-40wt. %Mg合金，攪拌后再加入精煉劑進(jìn)行精煉； 在以上過(guò)程的同時(shí)，將Al-15wt.%Ta中間合金于150°C預(yù)熱100分鐘，奮用； (3 )將預(yù)熱后的Al-15wt. %Ta中間合金加入上述精煉后的鋁熔體中，保溫10分鐘后 攪拌熔體，再澆入模具中，冷卻后得到鑄態(tài)鋁-硅合金。
[0018] ( 4)將以上鑄態(tài)鋁-硅合金按以下步驟進(jìn)行熱處理：將鋁-硅合金在電爐內(nèi)于 545°C保溫11小時(shí)后取出并立刻放入水中進(jìn)行淬火。將淬火后的合金再放入電爐內(nèi)于 180°C保溫5小時(shí)，然后取出置于空氣中自然冷卻，得到熱處理態(tài)鋁-硅合金。
[0019] 實(shí)施例3 鋁-硅合金成分：Ta 0. 3%，Mg 0. 4%，Cu 0. 5%，Si 7%， 0. 004%的富鈰稀土元素，其余 為A1及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0020] 上述鋁_硅合金的制備過(guò)程為： (1 )據(jù)所欲制備鋁-硅合金的化學(xué)成分和質(zhì)量稱取相應(yīng)質(zhì)量的以下原料：純鋁（純度 9 9 ? 7 wt. % 或以上），純娃（9 9 ? 9 wt. % 或以上），Al_50wt. %Cu 中間合金，Al_40w