一种含过共晶硅超硬铝合金材料及其处理工艺

摘要

本发明公开了一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：硅：18.6-18.8%，硼：0.75-0.85%，镁：0.32-0.34%，钙：0.51-0.53%，钛：0.29-0.31%，钒：0.08-0.10%，铬：3.73-3.75%，钴：0.065-0.085%，镍：4.04-4.08%，铜：6.27-6.29%，锆：0.43-0.47%，铌：0.77-0.79%，钼：0.12-0.14%，银：0.83-0.85%，锡：2.21-2.23%，复合稀土：0.92-0.94%，其余为铝及不可避免杂质；本发明还公开了一种含过共晶硅超硬铝合金材料的处理工艺；本发明产品硬度高，强度大，耐磨损，耐腐蚀，抗裂性能佳，可在极端环境中使用，不易老化变形，使用寿命长。

说明书

技术领域

本发明属于金属冶炼技术领域，涉及一种含过共晶硅超硬铝合金材料及其处理工艺。

背景技术

铝合金是以铝为基体元素的合金组成，主要包括的合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，还包括镍、铁、钛、铬、锂等合金元素。铝合金的密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，是在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中应用最广泛的一类有色金属材料，其使用量仅次于钢。

通常，屈服强度在500MPa 以上的铝合金被称为超高强度铝合金，它们是以AL-Zn-Mg-Cu系和Al-Zn-Mg 系为主的可热处理强化的铝合金。自上世纪中叶以来，为了提高Al-Zn-Mg 系铝合金的力学性能，并解决高锌、高镁铝合金中严重存在的应力腐蚀问题，国外在该类铝合金中添加Cu、Cr、Mn 等元素，由此产生了一系列的新型AL-Zn-Mg-Cu 超硬铝合金。它由于具有高的比强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、高断裂韧度，以及高抗应力腐蚀能力等优点而广泛应用于航空航天领域，并成为这个领域中重要的材料之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料及其处理工艺，本发明产品硬度高，强度大，耐磨损，耐腐蚀，抗裂性能佳，可在极端环境中使用，不易老化变形，使用寿命长。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硅：18.6-18.8%，硼：0.75-0.85%，镁：0.32-0.34%，钙：0.51-0.53%，钛：0.29-0.31%，钒：0.08-0.10%，铬：3.73-3.75%，钴：0.065-0.085%，镍：4.04-4.08%，铜：6.27-6.29%，锆：0.43-0.47%，铌：0.77-0.79%，钼：0.12-0.14%，银：0.83-0.85%，锡：2.21-2.23%，复合稀土：0.92-0.94%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：15-17%，铈：8-10%，钕：6-8%，钐：3-5%，其余为钆。

本发明进一步限定的技术方案是：

本发明提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硅：18.6%，硼：0.75%，镁：0.32%，钙：0.51%，钛：0.29%，钒：0.08%，铬：3.73%，钴：0.065%，镍：4.04%，铜：6.27%，锆：0.43%，铌：0.77%，钼：0.12%，银：0.83%，锡：2.21%，复合稀土：0.92%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：15%，铈：8%，钕：6%，钐：3%，其余为钆。

本发明提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硅：18.8%，硼：0.85%，镁：0.34%，钙：0.53%，钛：0.31%，钒：0.10%，铬：3.75%，钴：0.085%，镍：4.08%，铜：6.29%，锆：0.47%，铌：0.79%，钼：0.14%，银：0.85%，锡：2.23%，复合稀土：0.94%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：17%，铈：10%，钕：8%，钐：5%，其余为钆。

本发明提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硅：18.7%，硼：0.80%，镁：0.33%，钙：0.52%，钛：0.30%，钒：0.09%，铬：3.74%，钴：0.075%，镍：4.06%，铜：6.28%，锆：0.45%，铌：0.78%，钼：0.13%，银：0.84%，锡：2.22%，复合稀土：0.93%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：16%，铈：9%，钕：7%，钐：4%，其余为钆。

本发明硅元素达到18.7%时，可作为还原剂和脱氧剂，能显著提高金属的弹性极限，屈服点和抗拉强度，和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，尤其是对于强酸强碱有较强的防御作用，从而减缓合金的老化速度，延长其使用寿命。

进一步的，

还提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：

步骤（1）：将纯铝锭置入工频熔炼保温炉中进行熔炼，熔炼温度为731-733℃，熔炼时间为20-22分钟，然后降温至568-570℃，温度保温15-19分钟，得到铝液；

步骤（2）：按上述配比加入硼、镁、钙、镍、铜、银、锡元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到705-707℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合8-10分钟，再加入复合稀土，并将工频熔炼保温炉的温度降到693-695℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合14-16分钟，按上述配比加入钛、钒、铬、钴、锆、铌、钼元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到722-724℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合16-20分钟；

步骤（3）：将硅添加到步骤（2）的合金液中，将工频熔炼保温炉的温度控制在718-720℃，时间保持在28-30min，全程吹氩气，控制氩气流量为14-16L/min，氩气压力为0.44-0.46MPa，得到精炼合金液；

步骤（4）：在585-595℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在203-205℃，保温时间为16-18h，然后用水冷以3-5℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。本发明的有益效果是：

本发明铝合金中添加了：硅，作为还原剂和脱氧剂，能显著提高金属的弹性极限，屈服点和抗拉强度，和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用；铬，能显著提高强度、硬度和耐磨性，同时又能提高金属的抗氧化性和耐腐蚀性；镍，能提高金属的强度，而又保持良好的塑性和韧性，对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；钼，能使金属的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高机械性能；钛，是强脱氧剂，能使金属的内部组织致密，细化晶粒力，降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能；钒，是优良脱氧剂，可细化组织晶粒，提高强度和韧性，与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力；铌，能细化晶粒和降低金属的过热敏感性及回火脆性，提高强度，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，改善焊接性能，可防止晶间腐蚀现象；铜，能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能；硼，可改善金属的致密性和热轧性能，提高强度；稀土，可以改变金属中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了金属的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能，提高耐磨性；钙，可以提高金属的强度及切削性能，冶炼过程中净化氧、硫、磷等；锆，冶炼过程中的除氧、硫、磷剂，Zr、Hf能提高金属的强度与硬度。

本发明产品硬度高，强度大，耐磨损，耐腐蚀，抗裂性能佳，可在极端环境中使用，不易老化变形，使用寿命长。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硅：18.6%，硼：0.75%，镁：0.32%，钙：0.51%，钛：0.29%，钒：0.08%，铬：3.73%，钴：0.065%，镍：4.04%，铜：6.27%，锆：0.43%，铌：0.77%，钼：0.12%，银：0.83%，锡：2.21%，复合稀土：0.92%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：15%，铈：8%，钕：6%，钐：3%，其余为钆。

本实施例还提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：

步骤（1）：将纯铝锭置入工频熔炼保温炉中进行熔炼，熔炼温度为731℃，熔炼时间为22分钟，然后降温至568℃，温度保温19分钟，得到铝液；

步骤（2）：按上述配比加入硼、镁、钙、镍、铜、银、锡元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到705℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合10分钟，再加入复合稀土，并将工频熔炼保温炉的温度降到693℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合16分钟，按上述配比加入钛、钒、铬、钴、锆、铌、钼元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到722℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合20分钟；

步骤（3）：将硅添加到步骤（2）的合金液中，将工频熔炼保温炉的温度控制在718℃，时间保持在30min，全程吹氩气，控制氩气流量为14L/min，氩气压力为0.44MPa，得到精炼合金液；

步骤（4）：在585℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在203℃，保温时间为18h，然后用水冷以3℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。

实施例2

本实施例提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硅：18.8%，硼：0.85%，镁：0.34%，钙：0.53%，钛：0.31%，钒：0.10%，铬：3.75%，钴：0.085%，镍：4.08%，铜：6.29%，锆：0.47%，铌：0.79%，钼：0.14%，银：0.85%，锡：2.23%，复合稀土：0.94%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：17%，铈：10%，钕：8%，钐：5%，其余为钆。

本实施例还提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：

步骤（1）：将纯铝锭置入工频熔炼保温炉中进行熔炼，熔炼温度为733℃，熔炼时间为20分钟，然后降温至570℃，温度保温15分钟，得到铝液；

步骤（2）：按上述配比加入硼、镁、钙、镍、铜、银、锡元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到707℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合8分钟，再加入复合稀土，并将工频熔炼保温炉的温度降到695℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合14分钟，按上述配比加入钛、钒、铬、钴、锆、铌、钼元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到724℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合16分钟；

步骤（3）：将硅添加到步骤（2）的合金液中，将工频熔炼保温炉的温度控制在720℃，时间保持在28min，全程吹氩气，控制氩气流量为16L/min，氩气压力为0.46MPa，得到精炼合金液；

步骤（4）：在595℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在205℃，保温时间为16h，然后用水冷以5℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。

实施例3

本实施例提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为：

硅：18.7%，硼：0.80%，镁：0.33%，钙：0.52%，钛：0.30%，钒：0.09%，铬：3.74%，钴：0.075%，镍：4.06%，铜：6.28%，锆：0.45%，铌：0.78%，钼：0.13%，银：0.84%，锡：2.22%，复合稀土：0.93%，其余为铝及不可避免杂质；

复合稀土的化学成分的质量百分比为：镧：16%，铈：9%，钕：7%，钐：4%，其余为钆。

本实施例还提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤：

步骤（1）：将纯铝锭置入工频熔炼保温炉中进行熔炼，熔炼温度为732℃，熔炼时间为21分钟，然后降温至569℃，温度保温17分钟，得到铝液；

步骤（2）：按上述配比加入硼、镁、钙、镍、铜、银、锡元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到706℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合9分钟，再加入复合稀土，并将工频熔炼保温炉的温度降到694℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合15分钟，按上述配比加入钛、钒、铬、钴、锆、铌、钼元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到723℃，开启电炉振动装置使合金液体充分混合18分钟；

步骤（3）：将硅添加到步骤（2）的合金液中，将工频熔炼保温炉的温度控制在719℃，时间保持在29min，全程吹氩气，控制氩气流量为15L/min，氩气压力为0.45MPa，得到精炼合金液；

步骤（4）：在590℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在204℃，保温时间为17h，然后用水冷以4℃/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。