[发明专利]掺杂NaH的高强度铝合金及其熔炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度铝合金，还涉及其熔炼方法和铸造方法。

背景技术

深加工用的铝合金往往需要首先铸造成大型的锭坯，如扁锭、圆棒等，再通过轧制、挤压、锻造等手段，加工成各种成品，这些过程基本上都要和热处理相结合，如果到可以直接使用的最终产品，则还要经过分割、表面加工、钝化处理等作业。这些加工手段，需要铝合金材料本身具备良好的深加工性能，包括铸造性能、压力加工变形性能、热处理强化性能、抗腐蚀性能、抗疲劳破坏性能、表面加工和涂覆性能等。其中，熔铸性能是铝合金深加工性能的基础。大型锭坯，尤其是厚度500mm以上的扁锭、厚板和直径500mm以上的圆棒，是大型高效深加工的代表性基材，而能否预制成大型锭坯，也是考验铝合金材料本身是否适合进行深加工的第一道技术关口。

由于合金成分或化合物中密度大的成分会沉淀于铸件下部，密度小的成分上浮于上部。例如为了细化晶粒而添加Ti这种难熔金属与Al形成高熔点的片状化合物Al₃Ti会较早的从合金液中结晶出来，当长成较大时就容易下沉产生局部规程的密度偏析，偏析较严重时可在铸件断口上看到表面平整的白亮灰的化合物，过共晶的Al-Si铝合金中粗大的初生硅由于密度较小也容易形成偏析。

另外当这种合金液在浇注前由于搅拌不均匀而引起共晶偏析，在共晶硅集中处，硬度高脆性大，加工刀具磨损大；共晶硅少的部位形成α(Al)固溶体软点，强度低，加工时不仅粘刀，恶化加工性能，在切削力的作用下会使α(Al)固溶体变形导致加工面出现白斑。当ZL108(ZAlSi12Cu2Mg1)铝合金中含镁量小于0.6％(质量分数)时，加工表面也容易出现白斑。

再有Al-Si-Cu铝合金中Cu元素的偏析引起局部区域出现粗大的Al₂Cu相并沿晶呈网状分布，就算采用热处理不能将其完全溶解于α(Al)固溶体而保留于晶间，从而使得该种合金脆性增加。

同时，在采用这种铝合金进行铸造时，铸造完成的铸件中常出现各种夹杂，主要有氧化物夹杂、造型材料和熔剂夹渣等。其中，以铝氧化物夹杂最为普遍。尤其在含Mg的铝合金中，多数夹杂为氧化铝和氧化镁的混合物，所以在铝合金熔炼过程中，氧化物夹杂的含量是反映铝液冶金质量的重要标质之一。

由此可见：目前的铝合金材料除了熔铸大型锭坯时的成形性能较差外，大型锭坯在热处理过程的淬透性不高、耐回火性较差和不能满足更高的力学性能要求或某些特殊性能(如耐热、耐蚀)等，也是重大缺陷。这些缺陷使其在工程技术领域替代钢制品等重强材料和结构的进程中形成了难以跨越的技术断点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种掺杂NaH的高强度铝合金及其熔炼方法，以及铸造方法，能够克服现有铝合金性能的不足，提高其强韧性、成形性和淬透性，为高效深加工提供高端基材。

一种掺杂NaH的高强度铝合金，其特征在于以质量百分比计，包括括0.3～0.6％的Si，0.1～0.3％的Fe，小于等于0.1％的Cu，小于等于0.1％的Mn，小于等于0.05％的Cr，0.35～0.6％的Mg，小于等于0.15％的Zn，小于等于0.1％的Ti，1.0～2.1％的Na，余量为Al和不可避免的杂质；所述单一杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％；杂质总含量不超过总质量百分比的0.15％。

一种上述掺杂NaH的高强度铝合金的熔炼方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将铝锭加入熔炼炉中加热使之完全熔化，然后按配方加入总产品质量百分比0.3～0.6％的Si，0.1～0.3％的Fe，小于等于0.1％的Cu，小于等于0.1％的Mn，小于等于0.05％的Cr，0.35～0.6％的Mg，小于等于0.15％的Zn和小于等于0.1％的Ti，完全溶解和熔化；所述熔化过程在封闭环境内完成；

步骤2：在700～1000℃下保温，得到合金熔体；

步骤3：采用混合气体对铝合金熔体进行除气净化作业，并将占总产品质量百分比1.04～2.19％的NaH粉末以流态化方式随上述气体加入到铝合金熔体中进行混合，使NaH在铝合金熔体中分布均匀，并持续通气直至反应完毕；所述混合气体为：氮气或惰性气体或氮气与惰性气体按照任意比例混合得到；

步骤4：反应结束后调温至680～730℃，得到熔炼完成的铝合金熔体。

步骤1中的铝锭以熔融铝液替换。