一种铝‑锰合金熔体复合处理的方法技术

本发明专利技术涉及了一种对铝‑锰系变形合金中有害铁相的变质及晶粒细化的方法。适用的合金成分（wt.%）为：Mn 0.5~1.6，Fe含量低于3，Mg、Cu含量低于0.5，Si含量低于1.0，其余为铝，采用了变质与热速处理复合的熔体处理工艺。方法为：将铝‑锰合金总质量的60%~80%过热到830℃~990℃，保温10~20min后，将剩余的常温合金料加入到高温合金液中，迅速搅拌冷料直至熔化，合金熔体快速冷却至740℃~780℃后加入占合金总质量0.1%~3%的Al‑5Ti‑1B细化剂，搅拌均匀，静置10‑20分钟后浇入铸模即得。本发明专利技术的熔体复合处理工艺可使铝‑锰合金的铁相由粗大针状细化成小颗粒状，从而使力学性能得到提高。该方法生产成本较低，易于操作，与普通铸造方法相比，对铝‑锰合金的强化效果明显。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料类及冶金领域，具体涉及到一种铝-锰合金熔体复合处理方法。
技术介绍
近几年，3XXX系变形Al-Mn合金在建筑装饰材料方面的使用越来越多。金属吊顶以及金属幕墙已经应用于众多公共及办公场所，并开始向家用方向发展。金属吊顶要求能够防火、隔音等，而金属幕墙还要求能够承重，并且作为建筑材料，还要求质量轻、柔韧性好，强度硬度高等。目前我国所采用的Al-Mn合金为3003、3004 Al-Mn合金，其存在的问题是强度较低，使用投资较大。如果制备出高强度的Al-Mn合金材料，可使其在满足使用条件下铝板的厚度减小，节省材料及费用，节约能源，具有较大的经济价值和现实意义。通用的3003、3004等一系列铝-锰系合金在普通熔炼浇注条件下，得到的合金晶粒粗大，分布不均匀，且铁含量较高时，组织中存在针状或片状Al3Fe相，割裂基体，合金中Fe相集中区成为铸件的应力集中源，明显降低合金的力学性能。而且，粗大的初生针片状铁相在凝固过程的早期形成，阻碍了液体金属在补缩通道的流动，造成铸造缺陷，一般的铸造方法难以去除。工厂生产中，熔炼过程以及低价原材料的选择会导致最终铸件杂质Fe含量的上升，危害较大。所以，如果能通过改进熔体熔炼工艺，细化合金晶粒，改变铁相在基体中的存在形态，清除其有害作用，能够为改善该合金的性能提供新的技术途径。合金熔体通过液-固转变由液态转化为固态，因此，铸造合金材料未凝固前的液态结构状态对晶粒的形核生长过程以及最终的凝固组织性能有直接的影响。所以，可以通过熔体熔炼工艺技术控制合金熔体凝固时的结构状态来改善合金组织，提高性能。在熔体热处理方面，人们通过对过共晶铝-硅合金进行热速处理证实，通过适当的高温熔体激冷处理能有效地细化铝硅合金中的初晶硅，并改变初晶硅形貌，并对共晶硅的细化效果突出，使其更加均匀地分布在基体当中，合金的拉伸强度和伸长率也得到了大幅的提升。此外，熔体热处理对Zn-Al系及ZAS35合金组织与性能有明显的影响，结果表明，Zn-Al系合金经过熔体热处理后室温组织细化、均匀，富锌β相增多，锌合金中的枝晶被钝化，合金的力学性能也得到很大的提高。其组织及力学性能发生了的明显变化；日本学者Ohmi曾就熔体过热处理对细化铝硅合金初晶硅的作用进行过研究，研究结果证实通过适当的方法可以有效细化初晶硅；M.M.Haque等发现，通过高温过热处理的铝硅合金可以使增强相更均匀的分布在基体当中，增强合金的力学性能。在细晶强化方面，目前，在铝合金的晶粒细化中，Al-5Ti-1B是最常用的一类细化剂。Al-5Ti-1B细化剂属于ω(Ti) /ω(B)＞2.2的一类Al-Ti-B型细化剂，此类细化剂适用于工业纯铝以及含低量其他合金元素的铝合金。对于亚共晶Al-Si合金的晶粒细化，ω(Ti) /ω(B)＜2.2的一类Al-Ti-B型细化剂的细化效果更优异，如Al-3Ti-3B、Al-3Ti-4B等。研究发现，ω(Ti) /ω(B) = 1的Al-3Ti-3B细化剂是对铝合金最为有效的一种细化剂。如果将熔体熔炼工艺与细化处理相结合有可能使铝合金的组织得到进一步的改善，特别是改变铁相的形态和尺寸，力学等性能也将进一步提高。目前，未见对铝-锰合金体系采用热速处理与晶粒细化处理相结合的复合处理方法的报道。
技术实现思路
为了解决铝-锰合金中晶粒粗大，针状铁相等因素导致的力学性能下降等问题，本专利技术提供了一种改善合金组织结构，提高力学性能的熔体复合处理方法。熔体复合处理方法为热速处理与细化变质处理剂相复合的方法。熔体热速处理是指将适当高温熔体激冷降温至低温浇注温度的熔炼工艺，该工艺可以改善多种合金的铸态组织及结构，提高合金的力学性能。本专利技术所适用的铝-锰合金成分（wt.%）组成为：Mn 0.5~2.0，Fe含量低于3，Mg、Cu含量低于0.5，Si含量低于1.0，其余为铝。具体工艺操作规程如下：（1）将铝-锰合金总质量的60%~80%熔化过热到830℃~990℃，保温10~20min；（2）将预热至50℃~200℃的剩余同成分合金料加入到上述预定温度的合金液中，熔体在该冷料的作用下快速冷却，温度速降至730℃~780℃；（3）加入占合金总质量2%的Al-5Ti-1B，搅拌均匀，精炼处理，静置3-15分钟后扒渣、浇入铸模即得。所述的铝-锰合金熔体复合处理方法中，将Mn与Al制成8 wt.%~15 wt.%铝-锰中间合金后再使用。本专利技术以铝-锰合金为对象，采用了以上熔体复合处理方法。通过选取适当的熔体过热温度、保温时间、激冷方式等工艺参数，利用与Al-5Ti-1B细化剂的复合作用，专利技术了一种新的复合处理工艺方法，改善了铝-锰合金的组织和力学性能。图1所示为常规熔炼工艺铸件背散射扫描图，图2为熔体复合处理工艺。可以看出采用本专利技术的复合熔体处理工艺可使铝-锰合金中的初生α-Al相由120~270μm减小到10~30μm，含铁合金相由150~250μm的针状转变为10~20μm的花朵状和球状，颗粒棱角明显钝化，分布均匀。处理的铸件其拉伸强度、屈服强度、硬度和伸长率均得到较大提高。四、具体实施方式对比例1以常规熔炼工艺的3003铝-锰合金作为对比例，将Mn、Fe、Cu、Si含量分别为1.2wt.%、0.7wt.%、0.2wt.%、0.6wt.%的合金在电阻炉中加热至730℃至熔化，保温20min，精炼处理后浇注金属型成形。采用该常规熔炼工艺得到的3003合金拉伸强度为123MPa，屈服强度为52MPa，硬度为46HB。伸长率为14.5%。对比例2为考察Fe杂质增多时的合金性能，将含Mn、 Cu、Si含量分别为1.2wt.%、0.2wt.%、0.6wt.%、Fe量为2wt.%的铝-锰合金采用常规熔炼工艺，在电阻炉中加热730℃至熔化，保温20min后，浇注金属型成形。性能测试结果为：与含0.7%Fe的合金相比，合金的拉伸强度由123MPa至97MPa，屈服强度由52MPa降至45MPa，硬度由46HB升至62HB。伸长率由14.5%降至5.2%，Fe的危害明显。实施例1将含Mn、Fe、Cu、Si含量分别为1.2wt.%、0.7wt.%、0.2wt.%、0.6wt.%，剩余为Al的合金总量的60%在电阻炉中过热至930℃，保温20min后，向熔体中加入预热至100℃左右的剩余合金料，迅速搅拌均匀，使熔体温度降至730℃左右，精炼处理，静置保温10min，浇注金属型成形。经过该熔炼处理后，该合金铸件与对比例1相比，其拉伸强度由123MPa提高到152MPa，屈服强度由52MPa提高到62MPa，硬度由46HB提高到54HB，伸长率由14.5%提高到16.0%。实施例2为考察Fe增多时的热速处理效果，将Fe量为2 wt.%的含Mn 1.2wt.%、Cu、Si含量分别为0.2wt.%、0.6wt.%的合金总量的60%在电阻炉中加热至930℃，保温20min后，向熔体中加入预热至100℃左右的剩余合金料，迅速搅拌均匀，使熔体温度降至730℃左右，静置保温20min，浇注金属型成形。经过热速处理后，该合金的拉伸强度与对比例2相比，由97MPa提高到137MPa，屈服强度由45MPa提高到57MPa，硬度由62HB提高到65HB，伸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝‑锰合金熔体复合处理方法，其特征是包括以下步骤：（1）将铝‑锰合金总质量的60%~80%首先过热到830℃~990℃，保温10~20min；（2）将预热至50℃~200℃的剩余铝‑锰合金加入到已过热的合金液中，并伴随均匀搅拌，使熔体温度速降至730℃~780℃；（3）加入占合金总质量2%的细化剂，搅拌均匀，静置20分钟后浇入铸模即得。

【技术特征摘要】
1.一种铝-锰合金熔体复合处理方法，其特征是包括以下步骤：（1）将铝-锰合金总质量的60%~80%首先过热到830℃~990℃，保温10~20min；（2）将预热至50℃~200℃的剩余铝-锰合金加入到已过热的合金液中，并伴随均匀搅拌，使熔体温度速降至730℃~780℃；（3）加入占合金总质量2%的细化剂，搅拌均匀，静置20...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓飞，耿浩然，张莹莹，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37