專利名稱：微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金材料，特別涉及一種微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)高Si含量的Al-Si-Mg系鋁合金由于結(jié)晶潛熱大，流動(dòng)性好，易于鑄造像發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋或缸體這樣的復(fù)雜鑄件，所以在汽車(chē)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。該系列合金中析出相的析出順序分別為a (sss) -* GP zones— β” 一 β’，υ ,U2, B’ 一 β (Mg2Si),其中亞穩(wěn)態(tài)的β”可以起到最佳的強(qiáng)化效果。但是這種納米尺寸的析出相其高溫穩(wěn)定性很差，特別在高于185°C的服役溫度下，β ”很容易轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的β (Mg2Si)相,跟基體失去共格或半共格關(guān)系,根據(jù)Orowan位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制,從而削弱了對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，最終大大降低了其強(qiáng)化效果。 因此，現(xiàn)有Al-Si-Mg系鋁合金這樣的工作溫度極限已不能滿足現(xiàn)代汽車(chē)的發(fā)展要求。現(xiàn)代汽車(chē)可操作性增加、小型化設(shè)計(jì)和大功率、環(huán)境因素考慮以及生產(chǎn)廠家增加發(fā)動(dòng)機(jī)保質(zhì)期到250000公里的意愿，都對(duì)汽車(chē)各零部件提出更高的要求，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)材料的耐高溫性能。開(kāi)發(fā)能在250°C 350°C高溫下工作的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)材料已成為全球汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家的重要目標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金，通過(guò)Al-Si-Mg系鋁合金的微合金化改變其析出相的析出序列及組成，增加析出相尺寸及高溫穩(wěn)定性能，從而提高鋁合金的服役溫度。本發(fā)明的微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金，Al-Si-Mg系鋁合金中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加有 O. 3% 1· 0% 的 Hf。進(jìn)一步，Al-Si-Mg系鋁合金中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加有O. 5%的Hf。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明通過(guò)微合金化得到了含Hf元素的Al-Si-Mg系鋁合金，該鋁合金在低于500°C的熱處理?xiàng)l件下，析出相主要以Al3Hf的各種板條狀等規(guī)則形狀存在，在高于500°C的熱處理?xiàng)l件下，析出相則主要以Si2Hf的納米帶形式存在，長(zhǎng)度甚至達(dá)到微米級(jí)別，如此大長(zhǎng)寬比的納米帶在鋁合金中尚屬首次發(fā)現(xiàn)，這種大尺寸的析出相其高溫穩(wěn)定性很強(qiáng)，從而可以提高鋁合金的服役溫度至200°C 30(TC，使其可以作為高溫下工作的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)材料應(yīng)用。
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中
圖I為實(shí)施例I的鋁合金400°c等溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下析出相形貌；
圖2為實(shí)施例I的鋁合金475°C等溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下析出相形貌；圖3為實(shí)施例I的鋁合金520°C熱處理?xiàng)l件下析出相形貌；
圖4為實(shí)施例I的鋁合金560°C等溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下析出相形貌。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例I為微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金，其中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加有O. 5%的Hf，其標(biāo)定成分為 Al-7wt%Si-0. 3wt%Mg-0. 5wt%Hf。I)鑄造通過(guò)普通重力鑄造法將實(shí)施例I的鋁合金鑄錠，鑄錠尺寸200 mmX50mmX25 mm ;實(shí)際測(cè)得實(shí)施例I的鋁合金的主要合金元素含量為Si 7. 07wt%, Mg :0. 28wt%,Hf :0. 42wt%，F(xiàn)e :0. 02wt%o2)熱處理取實(shí)施例I的鋁合金鑄造樣品四個(gè)，按以下熱處理工藝處理鑄造樣品I在400°C鹽浴環(huán)境下等溫?zé)崽幚?0小時(shí)，鑄造樣品II在475°C鹽浴環(huán)境下等溫?zé)崽幚?5小時(shí)，鑄造樣品III以50°C /min的升溫速率升溫至520°C保溫45小時(shí)，鑄造樣品IV在560°C鹽浴環(huán)境下等溫?zé)崽幚?0小時(shí)。3)制透射樣品
①機(jī)械減薄首先從熱處理樣品上線切割下厚Imm左右的薄片，然后用水磨硅砂紙減薄至厚度約80 μ m左右；
②沖樣從80μ m薄片上用特制的沖樣機(jī)沖直徑3mm樣品；
③離子減薄參數(shù)設(shè)置真空度3X10-5Pa，轟擊電壓6keV，離子槍轉(zhuǎn)角±5°，樣品臺(tái)轉(zhuǎn)速6 rpm /min。 4) TEM觀察透射樣品利用JE0L-2010TEM在200KV的高壓條件下進(jìn)行觀察
①實(shí)施例I的鋁合金400°C等溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下析出相形貌(附圖I)；
②實(shí)施例I的鋁合金475°C等溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下析出相形貌(附圖2)；
③實(shí)施例I的鋁合金520°C熱處理?xiàng)l件下析出相形貌(附圖3)；
④實(shí)施例I的鋁合金560°C等溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下析出相形貌(附圖4)。實(shí)施例I的招合金為含Hf元素的Al-Si-Mg系招合金,通過(guò)TEM觀察可以看出，該鋁合金在低于500°C的熱處理?xiàng)l件下，析出相主要以Al3Hf的各種板條狀等規(guī)則形狀存在，在高于500°C的熱處理?xiàng)l件下，析出相則主要以Si2Hf的納米帶形式存在，長(zhǎng)度甚至達(dá)到微米級(jí)別，如此大長(zhǎng)寬比的納米帶在鋁合金中尚屬首次發(fā)現(xiàn)，這種大尺寸的析出相其高溫穩(wěn)定性很強(qiáng)，從而可以提高鋁合金的服役溫度至200°C 30(TC。而傳統(tǒng)的非含Hf 元素的 Al-Si-Mg 系招合金(S. J. Andersen, C. D. Marioara,R. Vissersj A. Frosethj H. W. Zandbergenj The structural relation betweenprecipitates in Al-Mg-Si alloys, the Al-matrix and diamond silicon withenphasis on the trigonal phase Ul-MgAl2Si2, Mater. Sci. Eng.， 2007，444A，157-169.)，其析出相的析出順序分別為 a (sss) — GP zones— β ” 一 β ’，U1，U2，B’—β (Mg2Si),其中亞穩(wěn)態(tài)的β”可以起到最佳的強(qiáng)化效果，但是這種納米尺寸的析出相其高溫穩(wěn)定性很差，特別在高于185°C的服役溫度下，β ”很容易轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的β (Mg2Si)相，跟基體失去共格或半共格關(guān)系，根據(jù)Orowan位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制，從而削弱了對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，最終大大降低了其強(qiáng)化效果。
本發(fā)明的微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金中，Hf元素的添加量可以為O. 3 wt °/Γ . Owt %，均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)參照本發(fā)明的優(yōu) 選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金，其特征在于A1-Si-Mg系鋁合金中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加有O. 3% I. 0%的Hf。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金，其特征在于=Al-Si-Mg系鋁合金中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加有O. 5%的Hf。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微合金化的Al-Si-Mg系鋁合金，Al-Si-Mg系鋁合金中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加有0.3%~1.0%的Hf。本發(fā)明通過(guò)微合金化得到了含Hf元素的Al-Si-Mg系鋁合金，該鋁合金在低于500℃的熱處理?xiàng)l件下，析出相主要以Al3Hf的各種板條狀等規(guī)則形狀存在，在高于500℃的熱處理?xiàng)l件下，析出相則主要以Si2Hf的納米帶形式存在，長(zhǎng)度甚至達(dá)到微米級(jí)別，如此大長(zhǎng)寬比的納米帶在鋁合金中尚屬首次發(fā)現(xiàn)，這種大尺寸的析出相其高溫穩(wěn)定性很強(qiáng)，從而可以提高鋁合金的服役溫度至200℃~300℃，使其可以作為高溫下工作的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)材料應(yīng)用。
文檔編號(hào)C22C21/02GK102899538SQ20121041581
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者賈志宏, 陳志杰, 劉慶 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)