铝合金余温淬火添加剂及用该添加剂生产铝合金产品的方法

摘要

一种利用产品出型余温对铝合金进行淬火的添加剂，及用该添加剂生产铝合金产品的方法；添加剂的主要成份包括：Mg、Li元素的一种或几种。在添加剂中，还包括Cu、Ti、Mn、Zr、Co、B、Ni、Cd、Si、Zn、V、Sb、Sr、Te、Fe、Cr、RE的一种或几种。添加剂可选择单质、中间合金、盐类或其他化合物形式加入。一种用添加剂生产铝合金产品的方法，铝合金熔炼时，加入0.1～10％的添加剂，添加剂加入可用压勺压入合金液中充分吸收，余温淬火－合金凝固产品出型后，立即淬火。转移时间＜10S，出型温度控制在350℃以上。

说明书

技术领域：

本发明涉及铝合金产品热处理加工技术领域，特别涉及一种铝合金余温淬火添加剂及用该添加剂生产铝合金产品的方法。

背景技术：

传统铝合金热处理，一般是由淬火+人工时效(自然时效)组成。所谓淬火：就是将产品经淬火炉加温到合金某一特定温度(通常为液固两相线附近)并进行适时保温后，然后再以足够大的冷却速度进行冷却(一般采取水淬)，从而得到合金相应的室温组织，这种处理方法称之为淬火。显然这种淬火需有投资不菲的淬火炉及与之相配套的设施，更需要消耗大量的能源，所以生产成本也就相对较高。

发明内容：

为克服传统淬火工艺投资大、费用高，生产成本居高不下的弊端，本发明提供了一种利用产品出型余温对铝合金进行淬火的添加剂；及用该添加剂生产铝合金产品的方法。

添加剂的主要成份包括：Mg、Li元素的一种或几种。

在添加剂中，还包括Cu、Ti、Mn、Zr、Co、B、Ni、Cd、Si、Zn、V、Sb、Sr、Te、Fe、Cr、RE的一种或几种。

添加剂可选择单质、中间合金、盐类或其他化合物形式加入。

在Al-Si合金中，添加剂的最佳取值范围(加入量％)是：Mg：0.2-1.5；Cu：1.0～5.0；Ti：0.10～0.30；RE：1～1.5；Mn：约为含铁量的1/2；Zr：0.10～0.40；Co：0.5～1.0；B：0.01～0.10；Ni：0.5～1.5；Cd：0.15～1.0；Sr：0.02～0.06；Sb：0.3～0.5；Te：0.05～0.10。

在Al-Cu合金中，添加剂的最佳取值范围(加入量％)是：Mn：0.15～0.30；Ti：0.3～1.0；RE：4～5；Sr：0.02～0.06；Sb：0.3～0.5；Te：0.05～0.10。

在Al-Mg合金中，添加剂的最佳取值范围(加入量％)是：Si：0.6～1.3；Zn：1～1.5；Te：0.1～0.3；Ti：0.1～0.25；Zr：0.1～0.3；Sr：0.02～0.06；Sb：0.3～0.5。

在Al-Zn-Mg合金中，添加剂的最佳取值范围(加入量％)是：Fe：1.0～1.7；Cu：0.3～1.5；Mn：0.3～1.5；Cr：0.1～0.5；Ti：0.10～0.30；Zr：0.10～0.30；Sr：0.02～0.06；Sb：0.3～0.5；Te：0.05～0.10。

一种用添加剂生产铝合金产品的方法，铝合金熔炼时，加入0.1～10％的添加剂，添加剂加入可用压勺压入合金液中充分吸收，也可以利用浇口杯喂加；余温淬火--合金凝固产品出型后，立即淬火。转移时间＜10S，出型温度控制在350℃以上。

机理：在铝合金中，选择适当的合金无素，如Li、Cd、Mn、Mg、Ti、B、V、Zr、RE等来改善和提高冶金质量，控制机械性能。在生产工艺上采用冷却速度快，结晶细的生产方法，如金属型铸造、低压铸造、压铸、差压铸造、连续或半连续铸造、锻压、轧制等。因为在高速冷却结晶时，可形成过渡族元素，在铝中的异常过饱和固溶体，使其溶解度大大超过平衡结晶时的饱合溶解度，而不产生化合物初晶。

在低于结晶终了温度高于时效温度的区间内利用余温淬火工艺方法增加形成具有中间尺寸(0.01～0.5um)的沉淀易溶相固溶体如：Al₂CuMg、Al₃Li、Al₃CuLi、Al₂MgLi、Mg₂Si……等。

如：(1)固溶体→中间相δ′(Al₃Li)→平衡相δ(Al₃Li)

δ′相呈球状，与母相完全共格---起强化作用。

合金中含有Mg时，Mg不溶入δ′相中，使Li溶解度下降，随着δ′相的析出基体产生固溶液强化---强度上升。

                →δ′→δ

(3)固溶体→GP(1)→θ″→θ′→θ

                →T₁(Al₂CuLi)当含铜量高的合金时，(一般为2.2～5％)Al-Li沉淀与Al-Cu沉淀同时发生。

此时若添加微量Cd，由于Cd存在于θ′相与母相的界面上使界面能下降，θ′相的形核临界尺寸减少容易沉淀，从而提高合金的时效强化效果。(淬火温度区间要求相对降低，一般350℃上)

当合金含硅量较高时(Si＞0.6Mg，Mg：0.1～0.8％)，合金组织主要取决于镁的含量。镁和硅优先形成强化相Mg₂Si，而铜的作用是参与形成θ、S和W相，起补充强化作用。

本发明优点在于：在铝合金中加入添加剂，产品综合机械性能匀能达到要求且易于控制；看实施例机械性能。省略了传统淬火热处理中的淬火炉及能源，可降低生产成本50～80％。投资少，使用本发明方案基本上不用另行投资。可免去淬火炉的投资，以及相关配套的输配电设施的大额投入。本发明生产铝合金的方法操作简单，劳动强度低且环保无公害。

以下为各合金元素在不同铝合金中的作用

           合金元素在Al-Si合金中的作用(选择附加)

 合金元素   加入量(％)  在Al-Si合金  中形成的化合  物  对合金性能的影响Mg 一般为0.2～ 0.6，个别情况 下可到1.5 Mg₂Si，Al₃Mg₂使合金可通过热处理强化Cu 1.0～5.0 CuAl₂强化合金使合金不变质即有较高的强度，多用于压铸合金Ti 0.10～0.30 Al₃Ti细化晶粒，改善力学性能RE 1～1.5细化晶粒，改善热强变Mn 约为含铁量的 1/2 Al₁₀Mn₂Si减轻Fe的有害作用Zr 0.10～0.40 Al₃Zr细化晶粒Co 0.5～1.0 Al₉Co₂减轻Fe的有害作用，改善耐热性V Al₇V细化晶粒B 0.01～0.10细化晶粒Ni 0.5～1.5改善高温性能Cd 0.15～1.0增益时效强化的效果

               合金元素在Al-Cu合金中的作用(选择附加)

 合金元素    加入量     (％)    在Al-Cu合金中    形成的化合物对合金性能的影响Mn 0.3～1.0 Cu₂Mn₃Al₂₀， Al₁₀Mn₂Si改善铸造性能和力学性能Ti 0.15～0.30 Al₃Ti细化晶粒RE 4～5 Al₄Ce，Al₉Cu₄Ce改善高温性能

               合金元素在Al-Mg合金中的作用(选择附加)

 合金元素  加入量   (％)    在Al-Mg合金中    形成的化合物    对合金性能的影响Si 0.6～1.3Mg₂SiMg₂Si不溶于固溶体，不能使合金通过热处理强化，且会使力学性能降低在铸造性能不佳的含Mg4％～6％的合金中，加入0.6％～1.3％的Si，可改善铸造性能Zn 1～1.5[Mg₃₂(Al，Zn)₄₉]合金含Zn量低于1％时，抗拉强度随含Zn量增加而提高，同时塑性下降，含Zn量＞1.7％，塑性下降明显Zn可改善合金抗应力腐蚀能力Te 0.1～0.3显著提高合金的综合力学性能Ti 0.1～0.25Al₃Ti细化晶粒，提高力学性能Zr 0.1～0.3Al₃Zr细化晶粒，提高力学性能

            合金元素在Al-Zn-Mg合金中的作用(选择附加)

 合金元素    加入量     (％)  在Al-Zn-Mg合金  中形成的化合物    对合金性能的影响    Fe   1.0～1.7 FeAl₃ Fe对大多数铝合金都是有害元素，但在Zn+Mg总量高的Al-Zn-Mg合金中能使晶粒和晶界上的共晶体细化，改善合金的力学性能和铸造性能，对于冷却较快的金属型铸造和压铸，效果尤为明显Fe量超过1.7％，则析出粗针状FeAl₃，恶化力学性能    Cu   0.3～1.5 CuAl₂，Al₂MgCu增加强化效果，提高抗蚀性能    Mn   0.3～1.5改善组织，提高强度，提高抗应力腐蚀能力    Cr   0.1～0.5与Mn同    Ti   0.10～0.30 Al₃Ti细化晶粒    Zr   0.10～0.30 Al₃Zr细化晶粒

           合金元素在铝合金中的变质作用(选择附加)

 变质合金元素   加入量(％)              作    用Sr  0.02～0.06变质效果保持8h或更大，重熔5～6次仍能保持变质效果，潜伏期40min，有增加吸气倾向。Te  0.05～0.10Sb  0.3～0.5长效变质，能保持100h。与钠有干扰，需借助快速冷却实现。

各合金元素(选择附加)：根据铝合金化学成份条件，加工工艺条件等，酌情酌量选择使用，用量范围根据上表。

具体实施方式：

1、以下为各实施例的配方：

①Mg：100％

②Li：100％

③Mg：1％；余量为Al

④Li：0.1％；余量为Al

⑤Ti：15％；B： 5％；RE：30％；余量为Mg

⑥Mn：20％；Ti：20％；Cd：20％；Zr：10％；余量为Li

⑦Mg：50％；Li：0.2％；Ti：10％；Zr：10％；Cd：10％；余量为Al

操作方法：

铝合金熔炼时，加入0.1～10％的添加剂来控制合金机械性能和冶金质量。

添加剂加入：利用压勺压入合金液中充分吸收，也可以利用浇口杯喂加等。

余温淬火：合金凝固产品出型后，立即淬火(转移时间＜10S)，一般为水淬，出型温度控制在350℃以上。

时效处理，与常规淬火相同。

以下为应用各配方添加剂的使用效果图表

 铝合金材料            余温淬火后机械性能 配方号   剂量    (％) б_b(Mpa)  δ(％)     硬度(HB) AlSi7Cu3.6    280    3    105～111  ①  0.25 AlSi8Cu2.5    260    2.6    109～116  ⑤  0.60 AlSi8    246    2.5    85～88  ③  10 AlSi8Cu4    275    2.3    125～140  ⑦  0.8 AlCu4.1MgMn    412    7  ④  10 AlZn12Cu3    480    12  ②  0.10 AlCu4.2Mg0.6Mn0.5    419    9  ⑥  0.40