[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)抗疲勞原位納米強(qiáng)化鋁合金及其壓鑄方法

有效

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• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107267817B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙玉濤;怯喜周;陳剛;殷來大;劉海;陳飛;吳斌
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué);丹陽榮嘉精密機(jī)械有限公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C32/00;C22C1/10;B22D17/00
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1.一種高強(qiáng)抗疲勞原位納米強(qiáng)化鋁合金，其特征在于：通過合金成分調(diào)控和原位納米強(qiáng)化，并結(jié)合優(yōu)化的非線性高壓壓鑄獲得晶內(nèi)和晶界包含大量且分散均勻的納米ZrB₂陶瓷增強(qiáng)體，晶內(nèi)包含納米Al₃Er析出相，以及包括共晶Si相，Mg2Si相，Al2Cu相和含F(xiàn)e相在內(nèi)的合金析出相細(xì)小、圓頓的壓鑄件；其具體化學(xué)成分的元素質(zhì)量百分比為：Si 8.0～11.0，Cu2.0～3.5，Zr 3.0-5.0，B 0.5-1.0，Zn 1.5～2.5，Mg 0.5～1.0，F(xiàn)e 1.0～1.5，Mn 0.5～1.0，Ni 0.5～1.0，Er 0.1-0.15，余量為Al；借助納米增強(qiáng)體和納米析出相的彌散強(qiáng)化、界面阻尼效應(yīng)以及低固溶度的Er元素在合金熔體產(chǎn)生的Al₃Er相晶粒細(xì)化作用，顯著提高合金構(gòu)件的強(qiáng)塑性、抗疲勞和阻尼性能；與此同時，Mg、Zn和Fe元素含量的提高，以及Mn和Ni元素引入，在保障良好壓鑄性能、提高合金強(qiáng)化相含量的同時，使Al-Fe等合金強(qiáng)化相有效細(xì)化和圓頓化；從而，協(xié)同提高強(qiáng)塑性、抗疲勞性和阻尼性能。

2.如權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)抗疲勞原位納米強(qiáng)化鋁合金的壓鑄方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)合金熔煉：將AlSi9Cu3合金熔化至750-780℃并保溫；所述的AlSi9Cu3合金為商用合金，其具體化學(xué)成分的元素質(zhì)量百分比為：Si 8.0～11.0，Cu 2.0～3.5，Zn 1.0～1.5，Mg0.3～0.5，F(xiàn)e≤0.8，Mn 0.1～0.5，余量為Al；

(2)原位合成納米ZrB₂納米陶瓷增強(qiáng)體：將Al-Zr和Al-B中間合金加入步驟(1)熔煉并保溫的熔體中并迅速升溫至840-860℃，同時采用石墨攪拌轉(zhuǎn)子攪動熔體以促進(jìn)合金的充分混合，保溫時間為10-15min，使合金中的Zr和B元素在自由能降低的驅(qū)動力下原位反應(yīng)合成納米ZrB₂陶瓷增強(qiáng)體，然后降溫至730-750℃并保溫，使得步驟(2)合金中鋯硼元素的質(zhì)量百分比達(dá)到Zr：3.0-5.0，B：0.5-1.0；

(3)引入Er和Ni元素，調(diào)整合金中Fe和Mn元素的含量并精煉除氣：將Al-Er、Al-Fe和Al-Mn中間合金以及純Ni加入步驟(2)所獲得的復(fù)合熔體中，并采用石墨攪拌轉(zhuǎn)子攪動以促進(jìn)合金的充分混合，保溫攪拌時間為10-15min；然后將粒度小于500μm的粉末狀復(fù)合精煉劑用惰性氣體通過石墨轉(zhuǎn)子的中空通道吹入熔體中，對熔體進(jìn)行精煉除氣，以去除合金高溫熔煉和反應(yīng)過程中產(chǎn)生的夾渣和熔體中溶入的氫，精煉溫度為730-750℃，精煉保溫時間為25-30min，最終使步驟(3)合金中鉺鎳鐵元素含量達(dá)到Er：0.1-0.15，F(xiàn)e：1.0～1.5，Mn：0.5～1.0，Ni 0.5～1.0；

(4)調(diào)整Mg，Zn元素的含量：將步驟(3)獲得的熔體降溫至660-700℃并保溫，然后將純Mg和純Zn采用鐘罩壓入精煉除氣后的熔體中，啟動石墨攪拌轉(zhuǎn)子，并慢速攪拌，保溫攪拌時間>15min，以使Mg，Zn溶入合金并避免熔體吸氣，且使步驟(4)合金中鎂鋅元素含量達(dá)到Mg：0.5～1.0，Zn：1.5～2.5；

(5)非線性高壓壓鑄：將步驟(4)獲得的復(fù)合熔體置入壓鑄機(jī)的保溫包中，采用優(yōu)化的非線性壓鑄工藝進(jìn)行壓鑄獲得納米復(fù)合強(qiáng)化壓鑄件，其中壓射速度為從小到大的拋物線式壓射；所述的非線性高壓壓鑄工藝，是指采用壓鑄缸體速度可編程控制的壓鑄機(jī)，并優(yōu)化其獲得的非線性高壓壓鑄工藝，以從避免熔體充型過程中的紊流和卷氣、利于型腔中氣體的排出并在充滿型腔的瞬時高速高壓下促進(jìn)納米增強(qiáng)體的浸潤和分散，以獲得組織缺陷少、性能優(yōu)良的壓鑄產(chǎn)品；所述壓射速度為從小到大的拋物線式壓射、以實現(xiàn)前期緩慢充型2.5-3m/s，終了瞬間高速充型的非線性充型，最大壓射速度達(dá)到40-50m/s，壓鑄壓力達(dá)到100-150MPa；

(6)時效處理：將步驟(5)獲得的壓鑄件進(jìn)行時效處理，以獲得高強(qiáng)抗疲勞且阻尼性能好的原位納米強(qiáng)化鋁合金壓鑄件。

3.如權(quán)利要求2所述的一種高強(qiáng)抗疲勞原位納米強(qiáng)化鋁合金的壓鑄方法，其特征在于，所述的Al-Zr、Al-B、Al-Er、Al-Fe和Al-Mn中間合金，選擇合金化元素含量高的中間合金，具體為Al-10Zr、Al-10B、Al-20Er、Al-20Fe和Al-10Mn。