本發(fā)明涉及金屬材料，尤其是涉及一種基于微合金化與超聲處理的高強(qiáng)韌鋁硅鎂合金及制備方法。
背景技術(shù)：
1、鋁硅合金因其輕便、低熱膨脹、優(yōu)異的耐磨性、高比強(qiáng)度和優(yōu)異的可澆鑄性等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車和電子等各個(gè)領(lǐng)域。然而，未經(jīng)改性的鋁硅合金含有針狀共晶硅，在外部負(fù)載下會引起應(yīng)力集中和微裂紋，從而降低其強(qiáng)度和塑性。此外，al-7si合金的粗α-al枝晶容易鑄造收縮孔隙率和成分偏析等缺陷，對其性能產(chǎn)生不利影響。通過精煉α-al和修飾共晶硅，可以提高亞共晶硅的力學(xué)性能。
2、添加銅可以顯著提高al-si-mg合金的強(qiáng)度，因?yàn)樵跁r(shí)效處理后會形成二次納米級al2cu分散體，而這些分散體是鋁合金的主要硬化成分。但添加銅后鋁硅鎂合金強(qiáng)度的提高通常是犧牲其延展性實(shí)現(xiàn)的。此外，添加銅還會顯著降低鋁硅鎂合金的熔點(diǎn)和共晶溫度，從而導(dǎo)致了合金的凝固范圍的增加以及孔隙度的形成條件。
3、zr元素在鋁熔體中形成高熔點(diǎn)al3zr相，該相可作為α-al的異質(zhì)形核基底，顯著提升鋁合金的晶粒細(xì)化效果。同時(shí)，zr在鋁基體中具有高固溶度及低擴(kuò)散系數(shù)，在后續(xù)熱處理過程中可析出納米級al3zr彌散相。此類析出相通過抑制鋁合金的回復(fù)與再結(jié)晶行為，并阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而有效增強(qiáng)合金的高溫力學(xué)性能。對于硅含量高于5％的亞共晶al-si-mg合金，共晶硅相呈針狀形貌，導(dǎo)致基體割裂嚴(yán)重，需通過變質(zhì)處理改善。
4、al-re基合金高強(qiáng)度是不同類型納米沉淀物的細(xì)晶粒和有效硬化共同作用的結(jié)果。cu元素與sc、sr、zr等稀土元素復(fù)合添加，形成al2cu、al3zr等初生相提供形核質(zhì)點(diǎn)細(xì)化晶粒，可以將粗片狀共晶硅調(diào)整成纖維狀的結(jié)構(gòu)以此改善合金的綜合性能，因此少量添加稀土元素可以有效提高鑄造合金的強(qiáng)度，且這種合金添加并不會會顯著增加合金成本和合金密度。
5、綜上所述，雖然al-si系合金應(yīng)用較廣，優(yōu)勢較為明顯，但由于晶粒尺寸大和缺乏有效的沉淀強(qiáng)化，故其強(qiáng)塑性較差，未能在高強(qiáng)結(jié)構(gòu)件上得到廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的目的在于改善al-si系合金的強(qiáng)塑性，使其能作為主承力結(jié)構(gòu)件得到更廣泛的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于微合金化與超聲處理的高強(qiáng)韌鋁硅鎂合金及制備方法，通過在al-si-mg合金基礎(chǔ)上加入銅(cu)、鈣(ca)、鋯(zr)元素，能夠有效提高鋁合金的強(qiáng)度和塑性，并能夠通過傳統(tǒng)的重力鑄造工藝制造出具有優(yōu)異性能的鋁合金產(chǎn)品。該合金具有優(yōu)異的強(qiáng)度和塑性，能夠用于制造主承力結(jié)構(gòu)件，特別適用于需要高強(qiáng)度和高塑性的鋁合金鑄件。
2、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)目的，本發(fā)明提供一種基于微合金化與超聲處理的高強(qiáng)韌鋁硅鎂合金，包括以下成分：
3、si?6.0-7.0wt％、mg?0.3-0.5wt％、cu?1.2wt％、ca?0.5±0.05wt％、zr0.2wt％，余量為al。
4、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)目的，本發(fā)明提供上述基于微合金化與超聲處理的高強(qiáng)韌鋁硅鎂合金的制備方法，包括如下步驟：
5、配料：將al-si-mg-cu-ca-zr的合金成分進(jìn)行稱量、表面處理；
6、熔煉：在電阻爐中將合金成分熔化，并保溫至720～750℃；
7、精煉：加入精煉劑、攪拌并通入氬氣進(jìn)行除氣處理；
8、超聲處理：在合金熔體中插入鈦合金棒進(jìn)行超聲處理；
9、澆鑄：將合金熔體澆注至預(yù)熱模具中進(jìn)行鑄造。
10、進(jìn)一步地，超聲處理時(shí)間為5分鐘。
11、進(jìn)一步地，當(dāng)熔體溫度降到710℃時(shí)，進(jìn)行超聲處理，將預(yù)熱到400℃的鈦合金桿插入熔體中深度30mm。
12、進(jìn)一步地，合金澆鑄后進(jìn)行空冷至室溫。
13、進(jìn)一步地，制備的鋁合金樣品的抗拉強(qiáng)度為262mpa，延伸率為4.8％。
14、有益效果
15、本發(fā)明技術(shù)方案通過微量添加銅(cu)和鈣(ca)元素，提高了鋁合金的強(qiáng)度，特別是中溫性能和室溫強(qiáng)度。鋯(zr)元素的添加顯著細(xì)化了合金的晶粒，改善了合金的塑性和抗疲勞性能。合金的鑄造性能穩(wěn)定，適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造。采用超聲熔體處理工藝后，合金的晶粒更加細(xì)化，能有效提高合金的高溫力學(xué)性能，適合用于承力結(jié)構(gòu)件。
1.基于微合金化與超聲處理的高強(qiáng)韌鋁硅鎂合金，其特征在于，包括以下成分：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微合金化與超聲處理的高強(qiáng)韌鋁硅鎂合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微合金化與超聲處理的高強(qiáng)韌鋁硅鎂合金的制備方法，其特征在于，超聲處理時(shí)間為5分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微合金化與超聲處理的高強(qiáng)韌鋁硅鎂合金的制備方法，其特征在于，當(dāng)熔體溫度降到710℃時(shí)，進(jìn)行超聲處理，將預(yù)熱到400℃的鈦合金桿插入熔體中深度30mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微合金化與超聲處理的高強(qiáng)韌鋁硅鎂合金的制備方法，其特征在于，合金澆鑄后進(jìn)行空冷至室溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微合金化與超聲處理的高強(qiáng)韌鋁硅鎂合金的制備方法，其特征在于，制備的鋁合金樣品的抗拉強(qiáng)度為262mpa，延伸率為4.8％。