[發(fā)明專利]含釤和/或釓的耐熱鑄造鋁合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410616429.3
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104294109A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭江;江媛媛;朱琳;張進;劉如學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/03
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，具體涉及一種含釤和/或釓的耐熱鑄造鋁合金及其制備方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前輕量化逐漸成為現(xiàn)代汽車的發(fā)展方向，鋁合金作為應(yīng)用最多的輕合金在汽車工業(yè)中將得到更廣泛的應(yīng)用。目前汽車動力系統(tǒng)的鋁合金部件基本上都是鑄件。現(xiàn)有鑄造鋁合金中，以A319、A356等合金的應(yīng)用最為廣泛，這些鋁合金具有優(yōu)良的鑄造性能，尤其在225℃以下具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

隨著對汽車燃油經(jīng)濟性要求的提高，高功率密度汽車發(fā)動機必將成為未來汽車發(fā)動機的主流，但是該類發(fā)動機要在高于250℃的溫度工作，但溫度超過250℃時，存在的問題是合金的蠕變性能急劇下降，從而無法滿足動力需求。目前正在研究和開發(fā)的汽車用耐熱鋁合金主要有Al-Si和Al-Cu等合金系。A.R.Farkoosh等人于2013年在“Materials?Science?&?Engineering?A”期刊上發(fā)表的“The?effects?of?manganese?on?the?T-phase?and?creep?resistance?in?Al-Si-Cu-Mg-Ni?alloys”一文中通過向Al₇Si_0.5Cu_0.3Mg_(0.3-1)Ni合金中添加重量百分比為0.3％的錳，提高了T-Al₉FeNi相的塑性和熱穩(wěn)定性，使合金在300℃，20MPa條件下，經(jīng)300小時蠕變量降低至0.2％。但是，由于合金中的T-Al₉FeNi相較多，而該相在高溫應(yīng)力作用下容易斷裂，因此嚴重影響了合金的耐熱性能。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種含釤和/或釓的耐熱鑄造鋁合金，通過添加釤和/或釓增強了鋁合金的屈服強度，對合金起到固溶強化作用，有效提高了合金的高溫性能；本發(fā)明還提供了上述合金的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

含釤和/或釓的耐熱鑄造鋁合金，各組分按重量百分比為：Si?5.0～8.0％，Mg?0.20～0.50％，Gd和/或Sm?0.1～1.0％，Mn?0.10～0.50％，Cu?0.01～2％，Ti?0.01～0.2％，雜質(zhì)元素≤0.15％，余量為Al。

優(yōu)選的，各組分按重量百分比為：Si?6.2％，Mg?0.34％，Gd?0.7％，Sm?0.7％，Mn?0.33％，Cu?1.5％，Ti?0.12％，雜質(zhì)元素≤0.15％，余量為Al。

優(yōu)選的，各組分按重量百分比為：Si?7％，Mg?0.31％，Gd?0.5％，Mn?0.1％，Cu?0.1％，Ti?0.18％，雜質(zhì)元素≤0.15％，余量為Al。

優(yōu)選的，各組分按重量百分比為：Si?5.2％，Mg?0.45％，Gd?0.9％，Mn?0.2％，Cu?1.9％，Ti?0.1％，雜質(zhì)元素≤0.15％，余量為Al。

優(yōu)選的，各組分按重量百分比為：Si?5.8％，Mg?0.4％，Sm?0.9％，Mn?0.21％，Cu?0.02％，Ti?0.16％，雜質(zhì)元素≤0.15％，余量為Al。

優(yōu)選的，所述雜質(zhì)元素中每種元素重量百分比≤0.05％。

優(yōu)選的，雜質(zhì)元素包括Fe元素。

本發(fā)明還提供上述含釤和/或釓的耐熱鑄造鋁合金的制備方法，其特征在于，具體步驟為：將工業(yè)純鋁加熱至700～715℃，再加入Al-Si中間合金和Al-Mn中間合金，然后繼續(xù)加熱至750℃后加入Al-Gd和/或Al-Sm中間合金，以及Al-Cu中間合金和Al-Ti中間合金，然后保溫并攪拌，待合金完全溶解后混勻并精煉30分鐘，最后降溫至680-700℃后澆鑄即得。

本發(fā)明的有益效果在于：Gd或Sm元素的加入可細化晶粒，提高合金的屈服強度，同時在合金的晶界附近生成穩(wěn)定的粒狀A(yù)l₂Gd或Al₂Sm相，起到析出強化的作用，提高了合金的室溫拉伸性能和高溫抗蠕變性能。另外，加入Si可以提高合金的鑄造性能，Si與Fe結(jié)合還可提高合金的拉伸性能；Cu的添加能夠提高合金的室溫拉伸性能和高溫抗蠕變性能；Ti的添加則能夠細化晶粒，提高合金的室溫拉伸性能。本發(fā)明通過以上金屬有機組合，制備的合金晶粒可小于20μm，顯著改善了共晶Si的形貌和尺寸。

由于制備的合金鑄造性能好，并能在250～275℃，50MPa條件下穩(wěn)定工作，使該合金在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用成為可能。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖：