一种通过镍微合金化提高铝硅镁系合金高温强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过镍微合金化提高铝硅镁系合金高温强度的方法，包括以下步骤：(1)在铝硅镁系合金原料的熔炼过程中加入Ni，浇入铸型形成铸件/铸锭；(2)将步骤(1)获得的铸件/铸锭进行固溶处理和时效处理，在基体中析出一定量的、细小的、弥散分布的Al

【技术实现步骤摘要】
一种通过镍微合金化提高铝硅镁系合金高温强度的方法


[0001]本专利技术涉及一种提高铝系合金高温强度的方法，尤其涉及一种通过镍微合金化提高铝硅镁系合金高温强度的方法。

技术介绍

[0002]铝和铝合金作为一种传统的金属材料，其生产量和消费量仅次于钢铁。近年来随着经济的飞速发展，铝合金在汽车制造业、航天航空业得到了广泛的应用，众多大型薄壁耐热铸件(飞行器壳体、导弹舱段等)铝质化、坦克、装甲车用和汽车用高功率密度柴油发动机铝质化都使人们对铝合金的要求不断提高，众多研究者也在不断尝试通过不同的处理方法对铝合金的显微组织和力学性能进行优化。
[0003]Al
‑
Si
‑
Mg系合金作为一种可热处理强化铝合金，其中的Mg元素与Si元素在时效处理时会在基体中均匀析出Mg
‑
Si强化相(β
″
和β
′
相)，对位错的运动造成阻碍，产生强烈的析出硬化作用，是应用最广泛的铸造铝合金。A356和A357合金是Al
‑
Si
‑
Mg系合金的典型代表，其平衡组织为初生α
‑
Al、共晶Si和Mg2Si相，它们具有优异的可铸造性、耐磨性、导电性/导热性、低热膨胀系数等性能特点，是制造汽车轮毂、齿轮泵体、汽油发动机中缸体、缸盖、进气岐管的最重要材料。但是，它们的高温强度低，主要是因为其强化相(β
″
和β
′
相粒子)在高温下会快速粗化，从而丧失强化作用。随着新能源汽车的快速发展，Al
‑
Si
‑
Mg系合金在汽车构件中应用更加广泛，对合金的力学性能提出更高的要求，不仅要求室温强度高，而且一些部件还要求在高温下长期工作，因而对高温强度提出了新的要求。
[0004]因此，开发出高温强度优异的Al
‑
Si
‑
Mg系合金是非常重要的，也是非常紧迫的。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种工艺简单的通过镍微合金化提高铝硅镁系合金高温强度的方法。
[0006]技术方案：本专利技术所述的通过镍微合金化提高铝硅镁系合金高温强度的方法，包括以下步骤：
[0007](1)在铝硅镁系合金原料的熔炼过程中加入Ni，浇入铸型形成铸件/铸锭；
[0008](2)将步骤(1)获得的铸件/铸锭进行固溶处理和时效处理，在基体中析出Ni微合金化合物粒子，制得。
[0009]其中，步骤(1)中，加入质量分数为0.2
‑
0.4％的Ni进行Ni的微合金化。
[0010]其中，步骤(1)中，所述铝硅系合金为铝硅镁系合金；Al
‑
Si
‑
Mg系合金在铸造铝合金领域中占比80％
‑
90％，应用范围非常广泛。
[0011]其中，步骤(2)中，所述Ni微合金化合物为Al
‑
Si
‑
Ni金化合物。
[0012]其中，步骤(2)中，所述固溶处理的温度为535
‑
540℃；时间为9
‑
10h，更优选为10h。
[0013]其中，步骤(2)中，所述时效处理的温度为160
‑
175℃；时间为5
‑
6h，更优选为6h。
[0014]其中，所述Ni微合金化合物粒子在基体中弥散分布。
[0015]其中，上述方法具体包括以下步骤：
[0016](1)将铝合金的原料升温至720
‑
750℃融化，熔清后保温；
[0017](2)将步骤(1)中得到的合金熔体在炉内冷却至720
‑
730℃，进行除气去渣净化处理；
[0018](3)将步骤(2)中得到的合金熔体在720
‑
730℃继续保温，然后加入Mg并轻微搅拌，Mg的加入量为铝液中Mg烧损量；
[0019](4)将步骤(3)中得到的合金熔体在720
‑
730℃继续保温；
[0020](5)将步骤(4)中得到的合金熔体浇入模具中，待自然冷却后取出合金试样；
[0021](6)将步骤(5)中得到的合金试样进行固溶处理和时效处理，制得铝硅系合金。
[0022]其中，步骤(1)、(2)、(4)中，优选保温的时间分别为20
‑
30min。
[0023]专利技术原理：通过在铝硅系合金中添加少量Ni元素，并进行固溶和时效处理，在基体中形成一定量的、细小的、弥散分布的Al
‑
Si
‑
Ni化合物粒子，产生析出强化效果，从而提升铝硅系合金的常温和高温强度。合金在250℃和300℃温度下的高温强度得到明显的提高。
[0024]有益效果：本专利技术与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)仅需向传统铝硅镁系合金中添加质量分数为0.2
‑
0.4％Ni，即可显著提高合金的常温强度和高温强度；在A357合金中加入质量分数为0.2
‑
0.4％Ni，通过固溶处理和时效处理，使合金常温下抗拉强度从256Ma提高到328MPa、屈服强度从193MPa提高到287MPa，250℃高温下屈服强度从181MPa提高到246MPa，300℃高温下屈服强度从152MPa提高到166MPa；(2)通过Ni的微合金化，在铝硅镁系合金基体中析出一定量的、细小的、弥散分布的Al
‑
Si
‑
Ni化合物粒子，从而提高了合金的常温和高温强度；(3)过渡族金属Ni在Al合金中的溶解度很低，仅为0.01％
‑
0.03％，因此可以形成金属间化合物，提升合金的机械性能；(4)本专利技术材料的制备方法为电阻炉熔炼，热处理工艺为常规的固溶处理和时效处理，制备过程简单；(5)本专利技术与现有生产工艺相比，常温强度和高温强度都有显著提高。且生产工艺简单，适合于工业化生产应用。
附图说明
[0025]图1为实施例1中合金进行固溶处理和时效处理后基体显微组织的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
[0026]下面对本专利技术作进一步详细描述。
[0027]实施例1
[0028]1.合金成分设计及制备
[0029](1)所有与熔体接触的材料、模具均需预热30分钟以上，预热温度为250℃。将A357铝合金原料放至电阻坩埚炉中升温至600℃；
[0030](2)将步骤(1)中得到的原料升温至750℃融化，熔清后保温30min；
[0031](3)将步骤(2)中得到的合金熔体在炉内冷却至720℃，进行除气去渣净化处理；
[0032](4)将步骤(3)中得到的合金熔体在720℃继续保温30min后，依次加入Mg锭、Al
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10Ni中间合金并轻微搅拌，Mg的加入量为铝液中Mg烧损量，Ni的加入量为0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过镍微合金化提高铝硅镁系合金高温强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在铝硅镁系合金原料的熔炼过程中加入Ni，浇入铸型形成铸件/铸锭；(2)将步骤(1)获得的铸件/铸锭进行固溶处理和时效处理，在基体中析出Ni微合金化合物粒子，制得。2.根据权利要求1所述的通过镍微合金化提高铝硅系合金高温强度的方法，其特征在于，步骤(1)中，加入质量分数为0.2
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0.4％的Ni进行Ni的微合金化。3.根据权利要求1所述的通过镍微合金化提高铝硅系合金高温强度的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Ni微合金化合物为Al
‑
Si
‑
Ni金化合物。4.根据权利要求1所述的通过镍微合金化提高铝硅系合金高温强度的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固溶处理的温度为535
‑
540℃，时间为9
‑
10h。5.根据权利要求1所述的通过镍微合金化提高铝硅系合金高温强度的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述时效处理的温度为160
‑
175℃，时间为5
‑
6h。6.根据权利要求1所述的通过镍微合金化提高铝硅系合金高温强度的方法，其特征在于，所述Ni微合金化合物粒子在基体中弥散分布。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖恒成，陆丽珍，李广敬，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：