一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法技术

本发明专利技术提供一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法，采用配料—熔炼—变质处理—除气拔渣—浇注—固溶时效的工艺流程，采用不同含量的Si元素，实现Al-Cu-Ni-Mg合金常温和高温性能的提高，尤其在添加Si元素的质量分数为12%时，效果显著，具有较好的综合性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，特别是涉及一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法。
技术介绍
Al-Cu-Ni-Mg合金具有密度和热膨胀系数小、尺寸稳定、耐磨性好等特点，因此被广泛应用于汽车、摩托车、航空航天以及家电等行业。目前国内外大部分轿车缸盖已采用高强度铝合金生产，铝合金缸盖正在迅速取代铸铁缸盖。在缸盖的材质选择上有AC4B、328、A-S5U3和ZL101、ZL104和ZL107合金等。上述均为亚共晶Al-Cu-Ni-Mg合金，它们的强度特别是高温强度较低，硬度相对不高，比强度较低，铸造性能及抗疲劳性能一般，对一些综合力学性能要求较高的缸盖，已不能满足需求，其常温和高温性能急需改善。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法，以解决Al-Cu-Ni-Mg合金室温及高温性能性能差的技术问题。1.本专利技术采用的技术方案是：一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）配料：在Al-Cu-Ni-Mg合金中添加质量分数为7％～12.8％的Si。（2）熔化：将配好的炉料置于石墨坩埚中，在井式坩埚炉中进行熔化，熔化温度为760℃，保温直至全部熔化。（3）将温度降为720℃，用钟罩将Mg压入搅拌后静置20min。（4）选用P+RE进行复合变质处理，加入质量分数含量为0.1%的赤磷盐和0.5％的RE进行复合变质后静置30min。（5）用0.4％的C２Cl６分3次进行除气，静置20min后扒渣。（6）将金属液浇入预热至200℃的金属型中。（7）固溶处理：（530±5）℃×5h和水冷，60～100℃→时效处理（200±5）℃×10h→空冷。上述步骤（1）Si含量为12%。本专利技术有益效果：与现有技术相比，有益效果如下：(1)随着Si含量的提高，发动机缸盖用铸造Al-Cu-Ni-Mg合金的常温、250℃高温抗拉强度先升高，后降低，在共晶点附近达到最大值。(2)在Si含量小于10％时，随着Si含量的提高，合金硬度有所上升；当Si含量处于伪共晶区和过共晶区时，会产生硬脆的初生Si，使合金的硬度显著提高。(3)Si含量为12%时，能获得较好的合金低温、高温综合性能。具体实施方式实施例：一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）配料：在Al-Cu-Ni-Mg合金中添加质量分数为7％～12.8％的Si。（2）熔化：将配好的炉料置于石墨坩埚中，在井式坩埚炉中进行熔化，熔化温度为760℃，保温直至全部熔化。（3）将温度降为720℃，用钟罩将Mg压入搅拌后静置20min。（4）选用P+RE进行复合变质处理，加入质量分数含量为0.1%的赤磷盐和0.5％的RE进行复合变质后静置30min。（5）用0.4％的C２Cl６分3次进行除气，静置20min后扒渣。（6）将金属液浇入预热至200℃的金属型中。（7）固溶处理：（530±5）℃×5h和水冷，60～100℃→时效处理（200±5）℃×10h→空冷。上述步骤（1）Si含量为12%。采用上述一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法可以得出Si含量对Al-Cu-Ni-Mg合金常温抗拉强度的影响，如表1可以看出，随着Si含量的增加，常温抗拉强度先增加后减小，在共晶点附近达到最大值。当Si含量在7.0％～12.8％范围内，Si含量的增加能增加低应变区的应变硬化速率，提高合金的抗拉强度；通过变质、T6热处理，合金中会生成Mg2Si、AL2CuMg、W相（AlｘMg5Si4Cu4）、Q相（Al5Mg8Cu2Si6）等弥散强化相。这些相多为硬脆的金属间化合物，在合金中同样起阻碍位错运动的作用，因而能产生过剩强化相。随着Si含量的增加，Al-Cu-Ni-Mg合金中的过剩相数量增多，合金强度提高。另一方面，在合金中，不可避免的会有少量的Fe进入熔液，会生成Al3Fe，Ni的加入会使Al3Fe熔解，同时生成细小的Al9FeNi相，从而提高合金的强度。当Si含量超过共晶点时，会产生粗大、硬脆的初生Si，即使变质，也只能改变其形貌和尺寸，而不能使其数量减少。随着Si含量的增加，结晶温度范围变大，合金的疏松倾向加大，气密性降低，同时氢在合金中的溶解度降低，由此导致合金强度降低。表1,Si含量对常温抗拉强度的影响含量479121518强度/MPa232240268293250221采用上述一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法可以得出Si含量对Al-Cu-Ni-Mg合金高温抗拉强度的影响，如表2为不同Si含量对Al-Cu-Ni-Mg合金高温抗拉强度的影响。可以看出，随着Si含量的增加，高温抗拉强度先增加然后减小，在共晶点附近达到最大值。对Al-Cu-Ni-Mg合金来说，其强化主要是过剩相（Si晶体）的强化。随着Si含量的增加，铝合金中所产生的过剩相数量就会增多，合金的高温强度也会相应的提高；另一方面，由于Ni的加入，在合金中会生成Al6Cu3Ni、Al（CuNi）2等强化相，相应提高其高温性能。当Si含量达到过共晶域时，产生的过剩相过多，合金的强度反而下降；同时在过共晶区域，产生粗大、硬脆的初晶Si，高温强度的下降。表2，Si含量对250℃高温抗拉强度的影响含量479121518强度/MPa103141144171137122采用上述一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法可以得出Si含量对Al-Cu-Ni-Mg合金伸长率的影响，如表3为不同Si含量对Al-Cu-Ni-Mg合金伸长率的影响。由表3可以看出，合金的伸长率在亚共晶区间时较高。因为当Si含量超过共晶点时，合金中会生成初生Si，初生Si是硬脆相，导致合金的塑形降低。从表3还可以看出，虽然Si含量的变化造成了合金伸长率的变化，但由于铸造Al-Cu-Ni-Mg合金本身的性能，使得合金具有较高的常温和高温伸长率。表3，Si含量对Al-Cu-Ni-Mg合金伸长率的影响含量479121518常温延伸率/%3.96.23.13.02.51.9高温延伸率/%12.117.614.114.011.27.7采用上述一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法可以得出Si含量对Al-Cu-Ni-Mg合金常温硬度的影响，表4是Si含量对合金硬度的影响。由于存在伪共晶区，所以在这个伪共晶区就会产生初生Si。由表4可以看出，在Si含量小于10％时，合金主成分为Al基体和共晶Si，共晶Si的增加和少量的强化相会使合金的硬度有所提升。当在伪共晶区和过共晶区时，会产生硬脆的初生Si，初生Si的存在会使合金的硬度显著提高。表4，Si含量对Al-Cu-Ni-Mg合金硬度的影响含量479121518硬度/HBS9295101121129143本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种添加Si元素的Al‑Cu‑Ni‑Mg合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）配料：在Al‑Cu‑Ni‑Mg合金中添加质量分数为7％～12.8％的Si；（2）熔化：将配好的炉料置于石墨坩埚中，在井式坩埚炉中进行熔化，熔化温度为760℃，保温直至全部熔化；（3）将温度降为720℃，用钟罩将Mg压入搅拌后静置20min；（4）选用P+RE进行复合变质处理，加入质量分数含量为0.1%的赤磷盐和0.5％的RE进行复合变质后静置30min；（5）用0.4％的C２Cl６分3次进行除气，静置20min后扒渣；（6）将金属液浇入预热至200℃的金属型中；（7）固溶时效处理：固溶处理（530±5）℃×5h和水冷，60～100℃→时效处理（200±5）℃×10h→空冷。

【技术特征摘要】
1.一种添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）配料：在Al-Cu-Ni-Mg合金中添加质量分数为7％～12.8％的Si；
（2）熔化：将配好的炉料置于石墨坩埚中，在井式坩埚炉中进行熔化，熔化温度为760℃，保温直至全部熔化；
（3）将温度降为720℃，用钟罩将Mg压入搅拌后静置20min；
（4）选用P+RE进行复合变质处理，加入质量分数含量为0.1%...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，
申请(专利权)人：李娜，
类型：发明
国别省市：贵州;52