一种高强耐热铝硅系铸造铝合金及制备法的制作方法

专利2025-05-13  41


本发明属于铸造铝合金领域,特别适合采用铸造方式生产大尺寸、薄壁、结构复杂、带有孤立热节的高强耐热铝合金航空机匣。涉及一种高强耐热铝硅系铸造铝合金及制备法。


背景技术:

1、现有铝硅系铸造合金的结晶温度范围小,疏松和热裂倾向较低,具有良好的铸造性能和补焊性能,适用于各种铸造方法,可用来生产各种形状复杂、薄壁、耐蚀、气密性要求高的产品,主要用于承受中等载荷的结构零件和形状复杂的壳体类零件。但铸造铝合金的强度不足(单铸试棒抗拉强度不超过350mpa),另外当服役温度超高200℃时,强化相易发生粗化,导致材料丧失强化效果,并快速软化失效,致使其无法承担关键性传力部件,这极大限制了其进一步应用。

2、查询到已授权的专利《一种高强高韧的亚共晶铝硅铸造合金及其制备方法》(cn108193096b),本发明的比该专利增加了mn、ag、b、ca元素,另外cu、mg、be元素含量和比例完全不同,其熔炼和热处理工艺完全不同。


技术实现思路

1、发明目的

2、本发明要解决的技术问题是提高铝硅系铸造铝合金室温和200℃下的强度。

3、本发明开发出一种高强耐热铝硅系铸造铝合金及制备法,具有突出的室温强度和良好耐热性的同时仍保留铝硅系铸造铝合金良好的铸造工艺性和补焊工艺性。

4、技术方案

5、本发明采用如下技术方案:

6、一种高强耐热铝硅系铸造铝合金,按重量分数计,包括如下组分:si:7.5~8.5%,cu:1.8~2.2%,mg:0.30~0.50%,la:0.25~0.35%,mn:0.7~0.9%,ti:0.08~0.12%,b:0.01~0.02%,sr:0.04~0.07%,be:0.001~0.005%,余量为al。

7、一种高强耐热铝硅系铸造铝合金的制备法,包括如下步骤:

8、1,先将精铝锭、alsi12中间合金、almn10中间合金、alti10中间合金、albe5中间合金、放入坩埚内,当熔体温度达到第一温度时搅拌熔体、打渣。

9、2,用漏勺加入纯镁、纯镧(la)、阴极铜,待其全部溶解后搅拌均匀,加入alb3中间合金细化剂,完全溶解后搅拌均匀,静置5min。

10、3,将温度调整到第二温度时,加入alsr5中间合金,静置5min,然后采用氩气进行除气精炼,采用减压凝固法即在浇注的试样40mbar的环境下凝固,测试试样密度,密度达到2.67g/cm3以上,方可进行浇铸。

11、4,浇注。可以采用重力和反重力的铸造方法浇铸金属型、砂型、熔模铸型5,热处理。包含二级固溶,淬火,时效处理。

12、进一步的,铸造铝合金的熔炼cu元素,以al-cu中间合金的形式加入。

13、进一步的,采用厚度1cm左右的高纯度阴极铜板,将其裁剪成小片,能够大幅加快cu的分解。

14、进一步的,采用打渣勺将切割好的铜片放入合金液面以下,避免cu元素的氧化,纯镧、纯mg和银颗粒也是放到合金液面以下,待其完全溶解后搅拌均匀。

15、进一步的,第一温度为760℃。

16、进一步的,第二温度为740℃。

17、进一步的,采用丝状alb3中间合金。

18、进一步的,加入丝状alsr5中间合金,使其快速溶解到合金液中,对于金属型等冷却速度较快的铸造方法将熔体中的sr含量控制在(80~100)ppm之间,对于砂型凝固相对较慢的将熔体中的sr含量控制在(200~400)ppm之间。

19、本申请的有益效果在于:通过合金化和熔体处理方法同时结合热处理工艺,协同调控优化铝合金的微观组织结构使其具有优异的室温强度和良好的热稳定性。

20、用高强耐热铝硅系铸造铝合金浇注φ12mm熔模单铸试棒,经热处理后室温拉伸性能见表1,抗拉强度在388~401mpa之间,平均值393mpa,屈服强度在325~336mpa之间,平均值330mpa,延伸率在3.5~5.5%之间,平均值4.6%。



技术特征:

1.一种高强耐热铝硅系铸造铝合金,其特征在于,按重量分数计,包括如下组分:si:7.5~8.5%,cu:1.8~2.2%,mg:0.30~0.50%,la:0.25~0.35%,mn:0.7~0.9%,ti:0.08~0.12%,b:0.01~0.02%,sr:0.04~0.07%,be:0.001~0.005%,余量为al。

2.如权利要求1所述铝合金的制备法,其特征在于,包括如下步骤:

3.如权利要求2所述制备法,其特征在于,铸造铝合金的熔炼cu元素,以al-cu中间合金的形式加入。

4.如权利要求3所述制备法,其特征在于,采用厚度1cm左右的高纯度阴极铜板,将其裁剪成小片,能够大幅加快cu的分解。

5.如权利要求4所述制备法,其特征在于,采用打渣勺将切割好的铜片放入合金液面以下,避免cu元素的氧化,纯镧、纯mg和银颗粒也是放到合金液面以下,待其完全溶解后搅拌均匀。

6.如权利要求5所述制备法,其特征在于,第一温度为760℃。

7.如权利要求6所述制备法,其特征在于,第二温度为740℃。

8.如权利要求7所述制备法,其特征在于,采用丝状alb3中间合金。

9.如权利要求8所述制备法,其特征在于,加入丝状alsr5中间合金,使其快速溶解到合金液中,对于金属型冷却速度较快的铸造方法将熔体中的sr含量控制在ppm80~100ppm之间,对于砂型凝固相对较慢的将熔体中的sr含量控制在200ppm~400ppm之间。


技术总结
本发明属于铸造铝合金领域,涉及一种高强耐热铝硅系铸造铝合金及制备法。通过合金化和熔体处理方法同时结合热处理工艺,协同调控优化铝合金的微观组织结构使其具有优异的室温强度和良好的热稳定性。能够显著提高铝硅系铸造铝合金室温和200℃下的强度。

技术研发人员:刘传宝,郑海鹏,张永,于忠军,黄哲
受保护的技术使用者:中国航发哈尔滨东安发动机有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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