[發明專利]通過Gd微合金化提高耐熱鋁合金室溫和高溫強度的方法

在審

• 申請號: 202110757988.6
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113528876A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 廖恒成;李廣敬;石宇陽
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/02;C22C21/14;C22F1/043;C22F1/057;C21D9/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 楊曉莉

本發明涉及金屬材料及制備的技術領域，公開了一種通過Gd微合金化細化時效析出耐熱相粒子和抑制耐熱相粒子高溫粗化來提高耐熱鋁合金室溫和高溫強度的方法。制備方法為：將上述中間合金錠按所需成分比例稱取，在電阻爐中熔化，靜置、精煉處理后澆注在金屬模具或砂型中進行成形。熔煉過程中為了減小燒損，確保合金成分的準確性，需按一定順序加入不同中間合金錠，最后加入Al?(2?10)wt.％Gd中間合金錠。將成形后的Gd微合金化耐熱鋁合金在熱處理爐中進行固溶+人工時效處理，即可獲得一種具有優異常溫和高溫力學性能的耐熱鋁合金。通過本發明方法所制備的高強耐熱鋁合金具有優異的室溫和高溫力學性能，制備工藝簡單。

技術領域

本申請屬于金屬材料及其制備技術，特別是涉及一種通過Gd微合金化提高耐熱鋁合金室溫和高溫強度的方法。

背景技術

鑄造鋁合金因具有優異的鑄造性能、耐腐蝕性能、高強度、低密度等優點而被廣泛運用于汽車等領域。但隨著溫度的提高鋁合金的力學性能顯著下降，限制了鋁合金在某些領域的運用，例如，鋁合金運用在汽車發動機缸蓋上需要承受300℃以上的高溫。所以為了進一步推廣鋁合金的運用，科研人員通過不同的方法來開發新型耐熱鋁合金，提高鋁合金在高溫條件下的力學性能。

Cu作為鋁合金中常見的強化元素，添加到鋁合金中并結合相應的熱處理工藝，即可獲得高強度。但這種高強度只能維持到225℃，因為當溫度超過225℃，含Cu鋁合金中的主要析出強化相θ″和θ′相會發生粗化或轉化成穩定的θ相，材料的強度迅速降低。目前科研人員主要通過添加副主族元素(如，Mn、Fe、Ni等)來形成尺寸較大的凝固結晶耐熱相或添加貴金屬元素(如，Sc、Zr等)來形成固溶沉淀耐熱相來提高鋁合金的耐熱性能，并取得一些成果。但，添加副主族元素形成的凝固結晶耐熱相，尺寸較大，對高溫強度的提升有限，同時還顯著降低合金的塑性以及室溫下的強度。而添加貴金屬元素雖能提高合金高溫性能，但成本較高，并且受固溶度的影響，析出相的數密度很難提高，相應的材料的力學性能提升幅度有限。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術中存在的技術問題，本申請提供了一種通過Gd微合金化提高耐熱鋁合金室溫和高溫強度的方法。

技術方案：本申請所述的一種通過Gd微合金化提高耐熱鋁合金室溫和高溫強度的方法，包括以下步驟：

(1)用商用中間合金錠為原料配制含Gd的耐熱鋁合金金屬塊體；

(2)將步驟(1)配制的商用中間合金錠放置于電阻爐內，加熱到620～680℃熔化，升溫至760～800℃靜置30～60min，降溫至715～725℃進行精煉處理，待溫度穩定在720℃后澆注；

(3)將步驟(2)中熔煉的合金鑄錠，在熱處理爐中進行固溶處理，然后取出水淬至常溫；

(4)將步驟(3)中固溶處理后的合金錠，在熱處理爐中進行人工時效處理，即制備出Gd微合金化的高強耐熱鋁合金。

本申請通過Gd微合金化細化Al-Si-Cu或Al-Cu耐熱鋁合金中的時效析出耐熱相粒子，并提高時效析出耐熱相粒子的高溫抗粗化能力，合金在時效過程中顯著降低析出相粒子尺寸，并提高析出相密度，從而同時提高Al-Si-Cu或Al-Cu耐熱鋁合金常溫和高溫力學性能。

優選的，步驟(1)中，配制所得耐熱鋁合金金屬塊體中成分Gd的質量百分含量為0.02-0.2％。

優選的，為了減少Gd的燒損量，步驟(2)中，先加入除含Gd的中間合金以外的商用中間合金錠熔化精煉，再加入含Gd的中間合金熔化精煉。

進一步的，步驟(1)中，所述商用中間合金錠包括Al-(10-20)wt.％Si、Al-(10-20)wt.％Cu、Al-(2-10)wt.％Gd、工業純鋁以及其他添加元素的中間合金錠。