[发明专利]一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法

说明书

本发明的一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法，包括步骤为：按铝合金成分配比取铝锭，熔化形成铝熔体，并先后加入Mn和Fe，使二者熔化到铝熔体，形成铝合金熔体；在上述步骤操作过程中加入铝合金熔体质量的0.1～1.0％的含Cr物质，搅拌均匀，使变质剂完全熔化至铝合金熔体后，浇注形成铝合金铸锭，完成铝合金金属间化合物相的细化。该细化方法利用元素Cr细化富Mn富Fe的金属间化合物相，减轻相应富Mn富Fe的金属间化合物相对合金力学性能的损害，可以进一步提高合金中Mn含量，充分发挥Mn固溶强化效果，进一步提高了合金的力学性能。

技术领域：

本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法。

背景技术：

金属元素Mn是铝合金的一个重要合金元素，特别是在3000系铝合金中，Mn是主要元素。Mn原子固溶到Al基体中，产生固溶强化效果，使合金强度得到提高。所以，增加合金中的Mn含量，有利于提高合金的强度。但是，随着Mn含量的增加，将会在合金中形成金属间化合物相Al₆Mn，而且Mn含量越高，金属间化合物相Al₆Mn越粗大。如果Mn含量超过了Al-Mn合金的共晶成分，Al₆Mn成为初生相，则更加粗大。如果合金中含有Fe元素，则Fe元素会结合到Al₆Mn相中，形成Al₆(FeMn)相，使金属间化合物相更加粗大。粗大的金属间化合物相对合金的力学性能有破坏作用。金属间化合物相越粗大，对力学性能的破坏作用越强烈。所以必须将Mn含量限制中一定范围，防止形成粗大的金属间化合物相。比如，3000系合金中，AA3003，AA3004和AA3005合金的Mn含量为1.0-1.5wt％。生产中往往控制在下限。其它合金中的Mn含量更低。

在大部分铝合金中，元素Fe被视作有害杂质元素。它在合金中形成金属间化合物相Al₆Fe。在有元素Si的情况下，会形成Al-Fe-Si相。这些相往往呈块状或板条状，对合金力学性能有严重损害。加入元素Mn可以使这种块状或板条状相转变成汉子状或花瓣状，大大减轻了它们对力学性能的损害。比如AA5082、AA5083等合金往往含有一定量的Mn。比较AA5082和AA5083合金的化学成分和力学性能，发现两个合金的化学成分基本相同，只是AA5083合金的Mn含量显著高于AA5082合金，AA5083合金的强度也著高于AA5082合金。说明增加Mn含量有利于提高合金强度。但是，有研究表明，进一步增加Mn含量将导致金属间化合物相Al₆(FeMn)过分粗大，参见论文“Effect of Mn and Fe on the Formation of Fe-andMn-Rich Intermetallics in Al-5Mg-Mn Alloys Solidified Under Near-RapidCooling，Materials，2016，9，88”。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提出一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法，可以将含Mn铝合金中粗大的金属间化合物相Al₆Mn、Al₆(FeMn)、Al₆Fe、Al₁₅(MnFe)₃Si₂等大为细化。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法，包括以下步骤：

(1)按铝合金成分配比，取铝锭，熔化形成铝熔体，并先后加入Mn和Fe，使二者熔化到铝熔体，形成铝合金熔体；

(2)在步骤(1)操作过程中加入变质剂，搅拌均匀，使变质剂完全熔化至铝合金熔体后，浇注形成铝合金铸锭，完成铝合金金属间化合物相的细化；其中，所述的变质剂为含Cr物质，所述的变质剂加入量按质量配比为铝合金熔体质量的0.1～1.0％。