[发明专利]一种高强韧耐磨Al-Mg-Si系铸造铝合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强韧耐磨Al‑Mg‑Si系铸造铝合金及其制备方法，属于有色金属技术领域。所述铝合金中的主要的化学成分按质量百分数计为：7.8‑8.8%的Si、小于0.15%的Fe、小于0.05%的Zn、小于0.05%的Mn、小于0.01%的Cu、0.4‑0.5%的Mg、余量为Al。本发明的铝合金制备过程为熔炼、精炼、铸造、短时热处理。本发明的主要优点有：采用原位化学反应技术、颗粒增强体强化、多种稀有金属复合变质细化、微波加热技术、短时热处理节约能耗等。制造出的铝合金具有强韧性高、耐磨性好等特点。

技术领域

本发明属于铝合金材料领域，特别涉及到一种高强韧耐磨Al-Mg-Si系铸造铝合金及其制备方法。

背景技术

铸造铝合金具有良好的铸造性能，可以制成形状复杂的零件；不需要庞大的附加设备；具有节约金属、降低成本、减少工时等优点，在航空工业和民用工业得到广泛应用。用于制造梁、燃汽轮叶片、泵体、挂架、轮毂、进气唇口和发动机的机匣等。铸造铝合金在实际生产中具有以下优点：产品质量好，铸件尺寸精度高；强度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高25~30%，但延伸率降低约70%；尺寸稳定，互换性好；可压铸铝薄壁复杂的铸件；生产效率高，机器生产率高；经济效果优良，由于压铸铝件尺寸精确，表面光洁等优点，一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时；铸造出的铸件价格便宜等。

相比于变形铝合金，铸造铝合金又有许多的缺点，铸造铝合金产品的力学性能普遍不高，抗腐蚀性和耐磨性较低等，所以本发明采用原位化学反应技术、颗粒增强体强化机理、多种稀有金属复合变质机理、微波短时热处理工艺等，使Al-Mg-Si系铸造铝合金的综合性能显著提高，大大促进了国内铸造铝合金的研究进展。

微波加热是材料本身内部吸收的微波能转化为热能，由于微波源本身并不产生热辐射，因而热损失量很少，微波能转化为热能的效率高达80%左右，另外，微波加热具有低温快烧的特点，在微波场作用下，材料内能增加，有效加快致密化进程。与此同时，材料扩散系数的提高，也使晶界扩散能力得到很大增强。此外，微波加热所特有的由内而外的热传导方式，减少了传统加热的由外向内的传递时间，加热速度快，能量利用率高，因而实现对材料的低温快速热处理，与传统热处理加热方法相比，可节能 70%~90%。并且微波在加热材料过程中，不会产生废气、粉尘等环境污染。

发明内容

本发明采用原位化学反应技术、颗粒增强体强化机理、多种稀有金属复合变质机理、微波短时热处理工艺等，目的在于优化目前铸造铝合金产品的不足，提高其强度、韧性和耐磨性等，减少生产能耗。

采用本发明所述的高强韧耐磨Al-Mg-Si系铸造铝合金的制备方法，具体包括以下步骤：

1）熔炼：在氩气气氛下，将按照以质量百分数计的原料按比例投入熔化炉内加热到730-770℃进行2h熔炼，形成铝合金熔液，7.8-8.8%的Si、小于0.15%的Fe、小于0.05%的Zn、小于0.05%的Mn、小于0.01%的Cu、0.4-0.5%的Mg、余量为Al的金属材料；

2）精炼：在步骤1）中的铝合金熔液中加入稀土元素La、Y、Er、Yb、Ce、Re、Nd中的1~2种，以及Sr、Ti、B₄C粉末，加入量分别以质量百分数计为0.15-0.02%、0.04-0.05%、0.05-0.06%和0.5-1%，并加入精炼剂和除渣剂，进行搅拌，并不断冲入氮气，精炼时间为20-25min；

3）铸造：精炼结束后对铝合金进行铸造；

4）微波短时热处理：短时固溶处理温度为540-560℃，时间为100-120min；一次短时时效处理温度为160-170℃，时间为80-90min；二次短时时效处理温度为170-180℃，时间为80-90min。