[发明专利]一种高强高硬铝合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度铝合金，还涉及其制备方法。

背景技术

铸造铝合金中强化相和杂质相的大小和分布，对合金力学性能和强化效果有明显的影响。一般希望强化相呈细小分布均匀，通过热处理得到充分固溶和时效强化，而有害杂质则尽量减少和细化。粗大的脆性相存在是十分有害的。如铝合金中粗大的针片状相β(Al₉Si₂Fe₂)相，以及未变质的Al-Si-Cu系合金中的片状共晶硅等，在使用过程中应力作用发生变形时，容易使脆性相产生微裂纹。

粗大的沿晶强化相在热处理时未完全固溶而残留，也容易使零件在受力状态下产生开裂和脆断。如ZAlSi8Cu1Mg(ZL106)铝合金的金属型铸的阀体，在机械加工后的组装老路拧紧螺钉时发生零件开裂，其断口呈结晶状脆断形貌，未发现疏松和夹杂等铸造缺陷，但在显微组织中发现有沿晶分布和粗大Al₂Cu相，由于Al₂Cu相硬度较高(531HV)，脆性大，在阀体组装过程中受到螺钉拧紧扩张应力的作用，导致阀体的脆性开裂。所以，显微组织中存在粗大的或沿晶分布的脆性相是不允许的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高强度铝合金，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。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高强度铝合金，以质量百分比计，包括0.4～0.8％的Si，小于等于0.7％的Fe，0.15～0.4％的Cu，小于等于0.15％的Mn，0.04～0.35％的Cr，0.8～1.2％的Mg，小于等于0.25％的Zn，小于等于0.15％的Ti，0.9～1.5％的Co、0.55～0.92％的C，1.34～2.24％的Sr，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.15％。

本发明还提供所述高强度铝合金的制备方法，以复合处理方式加入CoC₃和SrH₂，包括以下步骤：

步骤一：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化；

步骤二：加入占总产品质量百分比0.4～0.8％的Si，小于等于0.7％的Fe，0.15～0.4％的Cu，小于等于0.15％的Mn，0.04～0.35％的Cr，0.8～1.2％的Mg，小于等于0.25％的Zn，小于等于0.15％的Ti，使之完全溶解和熔化；

步骤三：精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤四：使用氮气或惰性气体或氮气与惰性气体任意比例的混合气体对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比1.45～2.42％的CoC₃、1.37～2.29％的SrH₂粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使CoC₃和SrH₂在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，沿以下两种流程分别进行不同制品的铸造生产。

流程一：沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。

流程二：转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。

本发明的有益效果是：

本发明在变形铝合金中加入1.45～2.42％的CoC₃、1.37～2.29％的SrH₂粉末，可以在合金凝固过程中有效增加异质形核核心，从而达到晶粒细化的效果，增强合金强度；并且加入的元素可以促进形成间隙原子和间隙相，高温时在α(Al)固溶体中溶解度大，而在室温时很小，从而使合金具有较高的可热处理性质，热处理后，其强度和硬度都有很大程度的提高。

CoC₃和SrH₂在以流态化形式随保护性气体加入铝合金熔体过程中，具有比一般块状物质大得多的比表面积，能够实现快速的分散并与熔体充分接触，显著缩短了分散和均匀的时间。