[發明專利]微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金

無效

• 申請號: 201210415814.2
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN102899538A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 賈志宏;陳志杰;劉慶
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C21/08;C22C21/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

?本發明涉及一種鋁合金材料，特別涉及一種微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金。

背景技術

傳統高Si含量的Al-Si-Mg系鋁合金由于結晶潛熱大，流動性好，易于鑄造像發動機缸蓋或缸體這樣的復雜鑄件，所以在汽車領域得到廣泛的應用。

該系列合金中析出相的析出順序分別為α(sss)?→GP?zones→?β”?→β’,U1,?U2,?B’?→β(Mg₂Si)，其中亞穩態的β”可以起到最佳的強化效果。但是這種納米尺寸的析出相其高溫穩定性很差，特別在高于185℃的服役溫度下，β”很容易轉化成穩定的β(Mg₂Si)相，跟基體失去共格或半共格關系，根據Orowan位錯繞過機制，從而削弱了對位錯運動的阻礙作用，最終大大降低了其強化效果。

因此，現有Al-Si-Mg系鋁合金這樣的工作溫度極限已不能滿足現代汽車的發展要求。現代汽車可操作性增加、小型化設計和大功率、環境因素考慮以及生產廠家增加發動機保質期到250000公里的意愿，都對汽車各零部件提出更高的要求，特別是發動機材料的耐高溫性能。開發能在250℃~350℃高溫下工作的鋁合金發動機材料已成為全球汽車發動機生產廠家的重要目標。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金，通過Al-Si-Mg系鋁合金的微合金化改變其析出相的析出序列及組成，增加析出相尺寸及高溫穩定性能，從而提高鋁合金的服役溫度。

本發明的微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金，Al-Si-Mg系鋁合金中按質量分數添加有0.3%~1.0%的Hf。

進一步，Al-Si-Mg系鋁合金中按質量分數添加有0.5%的Hf。

本發明的有益效果在于：本發明通過微合金化得到了含Hf元素的Al-Si-Mg系鋁合金，該鋁合金在低于500℃的熱處理條件下，析出相主要以Al₃Hf的各種板條狀等規則形狀存在，在高于500℃的熱處理條件下，析出相則主要以Si₂Hf的納米帶形式存在，長度甚至達到微米級別，如此大長寬比的納米帶在鋁合金中尚屬首次發現，這種大尺寸的析出相其高溫穩定性很強，從而可以提高鋁合金的服役溫度至200℃~300℃，使其可以作為高溫下工作的鋁合金發動機材料應用。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為實施例1的鋁合金400℃等溫熱處理條件下析出相形貌；

圖2為實施例1的鋁合金475℃等溫熱處理條件下析出相形貌；

圖3為實施例1的鋁合金520℃熱處理條件下析出相形貌；

圖4為實施例1的鋁合金560℃等溫熱處理條件下析出相形貌。

具體實施方式

以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。

實施例1為微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金，其中按質量分數添加有0.5%的Hf，其標定成分為Al-7wt%Si-0.3wt%Mg-0.5wt%Hf。

1）鑄造：通過普通重力鑄造法將實施例1的鋁合金鑄錠，鑄錠尺寸：200??mm×50?mm×25?mm；實際測得實施例1的鋁合金的主要合金元素含量為Si：7.07wt%，Mg：0.28wt%，Hf：0.42wt%，?Fe：0.02wt%。

2）熱處理：取實施例1的鋁合金鑄造樣品四個，按以下熱處理工藝處理：鑄造樣品Ⅰ在?400℃鹽浴環境下等溫熱處理20小時，鑄造樣品Ⅱ在?475℃鹽浴環境下等溫熱處理45小時，鑄造樣品Ⅲ以50℃/min?的升溫速率升溫至520℃保溫45小時，鑄造樣品Ⅳ在?560℃鹽浴環境下等溫熱處理20小時。

3）制透射樣品：

①機械減薄：首先從熱處理樣品上線切割下厚1mm左右的薄片，然后用水磨硅砂紙減薄至厚度約80μm?左右；

②沖樣：從80μm薄片上用特制的沖樣機沖直徑3mm樣品；

③離子減薄：參數設置：真空度：3×10-5Pa，轟擊電壓：6?keV，離子槍轉角：±5^o，樣品臺轉速：6?rpm?/min。

4）TEM觀察：透射樣品利用JEOL-2010TEM在200KV的高壓條件下進行觀察：

①?實施例1的鋁合金400℃等溫熱處理條件下析出相形貌（附圖1）；

②?實施例1的鋁合金475℃等溫熱處理條件下析出相形貌（附圖2）；