[发明专利]通过Mn微合金化提高耐热铝合金高温强度的方法

说明书

本发明公开了一种通过Mn微合金化提高耐热铝合金高温强度的方法，将中间合金锭按所需成分比例称取，在电阻炉中熔化，静置、精炼处理后浇注在金属模具或砂型中进行成形。熔炼过程中为了减小烧损，确保合金成分的准确性，需按一定顺序加入不同中间合金锭。将成形后的Mn微合金化耐热铝合金在热处理炉中进行常规的固溶+人工时效处理，然后进行长时间的热暴露处理，即可获得一种具有优异高温力学性能的耐热铝合金。本发明的制备方法能显著提高析出强化相粒子的抗粗化能力并抑制高温过程中有害的相转变；所制备的通过Mn微合金化的耐热铝合金能显著提高合金的高温力学性能；制备的高强耐热铝合金显现出优异的高温力学性能，制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种Mn微合金化提高耐热铝合金高温强度的方法。

背景技术

铸造铝合金因具有优异的力学性能，铸造性能以及低密度，高的导热、导电率等而被广泛的运用于交通运输、航空航天等领域，尤其是在汽车工业中。随着环境问题的日益突出，能源利用率越来越受到重视，汽车轻量化是一种提高能源利用率的有效方法。在汽车工业中，以铝代钢逐渐成为一种趋势，结构件中铝合金的使用率已经极大提高，但部分零件在使用时需要承受一定的高温，如发动机缸体、缸盖和进气歧管等，这些高温环境限制了铝合金的推广运用。

Cu或Mg元素的加入并配合适当的热处理工艺，能够使铝合金基体中析出大量细小弥散的析出相使合金的力学性能显著提高。但随着使用温度的提高(一般当使用温度大于200℃时)，或者保温时间的延长，合金中的主要析出强化相(β″、β′、θ″或θ′相)会迅速粗化，或转化成强化效果较低的β和θ相致使合金力学性能迅速降低。所以，科研工作者尝试各种方法来提高合金的高温力学性能。目前的主要强化手段一是通过向合金中添加Er、Sc、Zr等，经过热处理后形成热稳定性优异的Al3Er、Al3Sc和 Al3Zr等纳米析出相来提高合金的高温力学性能，但这些合金元素在铝合金中的溶解度有限，导致析出相数密度不高，性能提升有限，且价格昂贵难以推广；二是向合金中添加大量过渡族金属元素，形成热稳定性较好的粗大的第二相组织，这些组织虽然能提高高温力学性能，但会在一定程度上损害合金的室温力学性能和塑性，并对合金的铸造性能也会造成一定的影响，导致合金的综合力学性能不太理想。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种能显著提高析出强化相粒子的抗粗化能力并抑制高温过程中有害的相转变的通过Mn微合金化提高耐热铝合金高温强度的方法。

技术方案：本发明的通过Mn微合金化提高耐热铝合金高温强度的方法，包括如下步骤：

(1)用商用中间合金锭为原料配制含Mn的耐热铝合金金属块体；

(2)将步骤(1)配制的商用中间合金锭放置于电阻炉内，加热熔化，升温后静置，然后降温进行精炼处理，温度稳定后浇注；

(3)将步骤(2)中熔炼的合金铸锭，在热处理炉中进行固溶处理，然后取出水淬至室温；

(4)将步骤(3)中固溶处理后的合金锭，在热处理炉中进行人工时效处理，然后取出空冷至室温；

(5)将步骤(4)中时效处理后的合金锭，在热处理炉中进行热暴露处理，然后取出空冷至室温即制备出Mn微合金化的高强耐热铝合金。

进一步地，步骤(1)中，所述商用中间合金锭包括Al-(10-20)wt.％Si、 Al-(10-20)wt.％Cu、Al-(10-20)wt.％Mn、工业纯铝以及其他添加元素的中间合金锭。

本申请通过Mn微合金化提高Al-Si-Cu或Al-Cu耐热铝合金中的时效析出耐热相粒子的高温抗粗化能力、抑制高温过程中的相转变；Mn的微合金化显著降低合金在热暴露过程中析出强化相粒子的粗化速率和抑制高温过程中的相转变，从而提高Al-Si-Cu 或Al-Cu耐热铝合金的高温力学性能。