[發(fā)明專利]一種熵工程共晶型鋁稀土鑄造合金及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202210651389.0 | 申請日： | 2022-06-09 |
| 公開（公告）號： | CN114959369B | 公開（公告）日： | 2023-05-12 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 孟慶占;陸韜;潘冶;姜廣杰;周張松 | 申請（專利權(quán)）人： | 江蘇宏德特種部件股份有限公司;東南大學(xué) |
| 主分類號： | C22C21/00 | 分類號： | C22C21/00;C22C1/03 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 226000 江蘇*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 工程 共晶型鋁 稀土 鑄造 合金 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種熵工程共晶型鋁稀土鑄造合金及其制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域，主要合金元素成分為稀土元素La、Ce、Pr和Nd，基體為Al。其中，合金元素添加的種類為四種元素中的三種或四種，其摩爾比例相等，稀土元素總質(zhì)量占比為11.0％?17.0％，余量為鋁，其余雜質(zhì)含量不超過合金總質(zhì)量的0.5％。本發(fā)明合金，在凝固過程中形成具有Alsubgt;11/subgt;Lasubgt;3/subgt;結(jié)構(gòu)的高熵化合物相，通過提高化合物的配置熵，該化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐溫性能高；同時，形成的鋁與高熵化合物共晶相，具有層片狀組織特征，具有很高的硬度和高溫力學(xué)性能，滿足活塞合金的應(yīng)用要求。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種熵工程共晶型鋁稀土鑄造合金及其制備方法。
背景技術(shù)
活塞用鋁硅合金是汽車發(fā)動機零部件的重要材料。活塞長期工作在高溫高壓的惡劣環(huán)境中，極易產(chǎn)生疲勞失效現(xiàn)象。特別是作為主要耐磨相的初生硅及共晶硅相，其凝固組織分別為粗大的板條狀和顆粒狀形態(tài)，容易誘發(fā)應(yīng)力集中，同時在工作溫度較高的情況下，其組織形態(tài)易發(fā)生球化與長大，不利于工作性能的穩(wěn)定保持。為了提高活塞用鋁硅合金的性能，目前常用的技術(shù)手段包括晶粒細化，硅相變質(zhì)處理以及熱處理組織調(diào)控等，但無法從根本上解決鋁硅合金自身固有的組織缺陷，僅能改善組織形態(tài)以滿足一定的服役要求。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題：本發(fā)明通過熵工程材料設(shè)計，提出一種采用多種La系稀土元素作為主要合金元素，在凝固過程中形成具有Al11La3結(jié)構(gòu)的高熵化合物，鋁與該高熵化合物具有典型的層片狀共晶凝固組織，利用高熵化合物具有的高熔點、高硬度及高溫穩(wěn)定性，突破活塞用鋁硅合金性能，應(yīng)用于高功率發(fā)動機活塞制造。
技術(shù)方案：一種熵工程共晶型鋁稀土鑄造合金及其制備方法，其技術(shù)方案如下：
一種熵工程共晶型鋁稀土鑄造合金材料，所述合金中，主要合金元素成分為稀土元素La、Ce、Pr和Nd，基體為Al；其中，合金元素添加的種類為四種元素中的三種或四種，其摩爾比例相等，稀土元素總質(zhì)量占比為11.0％-17.0％，余量為鋁，其余雜質(zhì)含量不超過合金總質(zhì)量的0.5％。
一種熵工程共晶型鋁稀土鑄造合金材料的制備方法，包括如下步驟：
步驟1：以工業(yè)純鋁、Al-20La、Al-20Ce、Al-20Pr和Al-20Nd中間合金為原料，根據(jù)所設(shè)計的合金成分配比進行稱量配料，所有稱量配料置于烘箱中于250℃烘干備料；
步驟2：將所稱量的原料放入坩堝中，通過感應(yīng)加熱在800℃-850℃下快速熔化后，將坩堝轉(zhuǎn)移至電阻爐保溫，保溫溫度為745℃-755℃，保溫15-30分鐘，保溫過程中，采用氮氣保護，氮氣壓力保持在0.4MPa；
步驟3：保溫結(jié)束后，電阻爐溫度降至720℃，加入合金總質(zhì)量0.6％的復(fù)合精煉劑，并采用超聲攪拌，超聲頻率為18kHz，功率為90W，攪拌時間30秒，隨后在720℃靜置15-30分鐘；
步驟4：靜置結(jié)束后，將電阻爐溫度升至750℃，保溫10分鐘，撇去表層浮渣，將鋁水澆入預(yù)先預(yù)熱的金屬鑄型中，即獲得該合金材料。
有益效果：本發(fā)明的具體優(yōu)勢如下：
(1)本發(fā)明通過熵工程設(shè)計，采用多種La系稀土作為合金元素，在凝固過程中形成具有Al11La3結(jié)構(gòu)的高熵化合物相，通過提高化合物的配置熵，該化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐溫性能高，顯著提高了鋁合金的高溫力學(xué)性能。
(2)本發(fā)明涉及的合金組織中，共晶相為層片狀共晶組織，其熔點高于鋁硅合金，且無明顯的角塊狀組織，緩解了應(yīng)力集中，共晶相硬度高，合金硬度達到90-100HB。
(3)本發(fā)明涉及的合金在300℃熱暴露5個小時下，無明顯的組織改變，具有顯著的高溫組織穩(wěn)定性。
附圖說明
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于江蘇宏德特種部件股份有限公司;東南大學(xué)，未經(jīng)江蘇宏德特種部件股份有限公司;東南大學(xué)許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/202210651389.0/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
