一种液态模锻铝合金SY03及其制备方法与流程

一种液态模锻铝合金sy03及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及合金制备技术领域，特别是涉及一种液态模锻铝合金sy03及其制备方法。


背景技术：

2.液态模锻是一种金属材料成型的新方法，它对液态金属加压，实现流变充型、流变凝固和流变补缩。现有技术中，用于液态模锻的铝合金主要是各种铸造铝合金。这些铸造铝合金合金元素含量高达5％以上，焊接性能较差，即使是与同一个合金系的变形铝合金焊接，也难免存在焊接缺陷、焊接接头性能薄弱、有安全隐患的问题，焊接过程存在环境污染严重、生产效率低的问题。因此亟需制备得到一种性能优良的金属材料，以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种液态模锻铝合金sy03及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题，本发明制备得到的液态模锻铝合金sy03，具有良好的焊接性能、良好的铸造工艺性能和良好的变形加工工艺性能，可与变形铝合金良好的焊接。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明的技术方案之一：一种液态模锻铝合金sy03，包括以下重量百分比的成分：mg为0.6～1.5％、si为1.75～2.50％、mn为0.10～0.60％、稀土元素为0.05～0.20％、sr为0.02～0.10％、fe为0.20～0.50％、cu为0.1～0.5％，其余为al和不可避免的杂质。
6.进一步地，所述液态模锻铝合金sy03，包括以下重量百分比的成分：mg为1.0％、si为2.0％、mn为0.25％、稀土元素为0.12％、sr为0.06％、fe为0.30％、cu≤0.3％，其余为al和不可避免的杂质。
7.进一步地，所述稀土元素包括la和/或ce。
8.本发明的技术方案之二：一种上述的液态模锻铝合金sy03的制备方法，包括以下步骤：
9.(1)按照所述液态模锻铝合金sy03的成分重量百分比，选用铝合金重熔锭、铝镁硅系变形铝合金下脚料、铸造铝硅合金回炉料、硅、铜、镁、铝钛硼细化剂、锶、稀土、电解锰为原料进行配料；
10.(2)将铝合金重熔锭、铝镁硅系变形铝合金下脚料、铸造铝硅合金回炉料，加热熔化，然后在温度为700～780℃时加入硅、铜和镁，熔化均匀；
11.(3)将温度调整至700～750℃，然后加入铝钛硼细化剂、锶、稀土和电解锰，熔化均匀，加入精炼剂，进行除气，精炼，得到液态模锻铝合金液，铸锭后得到所述液态模锻铝合金sy03。
12.进一步地，步骤(2)中，所述硅为结晶硅或铝硅中间合金；所述铜为铜米或铝铜中间合金；所述镁为镁锭或铝镁中间合金。
13.进一步地，步骤(3)中，所述锶为锶盐或铝锶中间合金；所述稀土为稀土镧、稀土铈、稀土镧铈混合物或铝稀土中间合金。
14.进一步地，步骤(3)中，所述除气采用的气体为氮气或氩气。
15.进一步地，步骤(3)中，所述精炼时间为10～30min。
16.本发明公开了以下技术效果：
17.(1)通过本发明原料配比，制备得到的合金具有良好的焊接性能、良好的铸造工艺性能和良好的变形加工工艺性能，能够与6061管材进行焊接。
18.(2)本发明制备得到的合金具有优异的热处理强化特性。该合金经过t6处理后，其强度可达340～360mpa，伸长率可达8～10％，显著高于锻造6061铝合金。
19.(3)本发明的合金硬度可达60hb以上，具有良好切削加工性能。
20.(4)通过本发明的原料配比与制备方法相结合，允许杂质铁含量高达0.5％，熔制成本低。
21.(5)本发明制备的合金，适于直接液态模锻和间接液态模锻铝合金零件，可以通过热处理进一步提高其强韧性。其直接液锻热处理后的典型性能：抗拉强度(σb)为340～380mpa，屈服强度(σ
0.2
)为290～320mpa，伸长率为6～12％，硬度为100～110hb。
22.(6)本发明的硅和镁形成mg2si、铜和铝形成θ相(al2cu)，两者在热处理后都是弥散强化相，提高材料强度；过剩的硅熔入基体起固溶强化作用，还能保持优异的焊接性能；稀土和锶联合变质，提高流动性，减小吸气倾向，变质效果更加突出，且不易衰退；锰的添加可以抵消铁的有害作用，使铁的允许含量高达0.5％，提高流动性，降低材料成本；合金元素含量低，材料成本低。
具体实施方式
23.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
24.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
25.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
26.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
27.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
28.实施例1
29.一种液态模锻铝合金sy03，各成分的重量百分比为：mg为1.0％、si为2.0％、mn为0.25％、稀土元素为0.12％、sr为0.06％、fe为0.30％、cu为0.3％，其余为al和不可避免的杂质。
30.其制备方法为：
31.按质量百分比配置原料：铝合金重熔锭、铝镁硅系变形铝合金下脚料、铸造铝硅合金回炉料、结晶硅、铜米、镁锭、铝钛硼细化剂、锶盐、稀土镧、电解锰。
32.铝合金重熔锭：主要合金元素为硅和镁，其中硅≤10％，镁≤2％；
33.铝镁硅系变形铝合金下脚料：包括6061、6082、6066、6063等常用合金的下脚料，铁含量≤0.6％；
34.铸造铝硅合金回炉料：sy03合金的料饼、浇口、飞边等工艺余料，成分在sy03的成分范围内；
35.稀土镧、电解锰、结晶硅、铜米、镁锭：均为工业纯；
36.铝钛硼细化剂:钛含量≥5％，硼含量≥1％；
37.锶盐：各种含锶的盐，如碳酸锶、硝酸锶、氯化锶、氢氧化锶、高纯碳酸锶等，本发明实施例1采用的锶盐为碳酸锶。
38.(1)熔化原料：将铝合金重熔锭、铝镁硅系变形铝合金下脚料、铸造铝硅合金回炉料，加入铝合金熔化炉内，加热熔化。
39.(2)添加合金料：步骤(1)中的原料熔化后，在温度为700～780℃时，加入结晶硅、铜米、镁锭，熔化均匀后扒渣。
40.(3)变质处理：将铝合金熔化炉内的温度调整至700～750℃，加入铝钛硼细化剂、锶盐、稀土镧、电解锰，熔化均匀；
41.(4)除气精炼：在步骤(3)熔化的原料中加入精炼剂，通入氮气进行除气，精炼30min，得到液态模锻铝合金液，铸锭后得到液态模锻铝合金sy03。
42.实施例2
43.同实施例1，区别在于，各成分的重量百分比为：mg为1.5％、si为1.75％、mn为0.60％、稀土元素为0.05％、sr为0.10％、fe为0.50％、cu为0.3％，其余为al和不可避免的杂质。
44.实施例3
45.同实施例1，区别在于，各成分的重量百分比为：mg为0.6％、si为2.50％、mn为0.10％、稀土元素为0.20％、sr为0.02％、fe为0.20％、cu为0.5％，其余为al和不可避免的杂质。
46.实施例4
47.一种液态模锻铝合金sy03，各成分的重量百分比为：mg为1.0％、si为2.0％、mn为0.25％、稀土元素为0.12％、sr为0.06％、fe为0.30％、cu为0.3％，其余为al和不可避免的杂质。
48.其制备方法为：
49.按质量百分比配置原料：铝合金重熔锭、铝镁硅系变形铝合金下脚料、铸造铝硅合金回炉料、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝镁中间合金、铝钛硼细化剂、铝锶中间合金、稀
土镧铈混合物(稀土镧和稀土铈以摩尔比1：1混合得到的混合物)、电解锰。
50.(1)熔化原料：将铝合金重熔锭、铝镁硅系变形铝合金下脚料、铸造铝硅合金回炉料，加入铝合金熔化炉内，加热熔化；
51.(2)添加合金料：步骤(1)中的原料熔化后，在温度为700～780℃时，加入铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝镁中间合金，熔化均匀后扒渣；
52.(3)变质处理：将铝合金熔化炉内的温度调整至700～750℃，加入铝钛硼细化剂、铝锶中间合金、稀土镧铈混合物、电解锰，熔化均匀；
53.(4)除气精炼：在步骤(3)熔化的原料中加入精炼剂，通入氮气进行除气，精炼30min，得到液态模锻铝合金液，铸锭后得到液态模锻铝合金sy03。
54.实施例5
55.同实施例1，区别在于，步骤(4)中的精炼时间为10min。
56.对比例1
57.同实施例1，区别在于，各成分的重量百分比为：mg为0.2％、si为2.0％、mn为0.25％、稀土元素为0.12％、sr为0.06％、fe为0.30％、cu为0.3％，其余为al和不可避免的杂质；镁的比例降低，强度会有所降低，延伸率有所提高。
58.对比例2
59.同实施例1，区别在于，各成分的重量百分比为：mg为0.2％、si为2.0％、mn为0.25％、sr为0.06％、fe为0.30％、cu为0.3％，其余为al和不可避免的杂质；未加入稀土元素强度和延伸率都有所降低。
60.对比例3
61.同实施例1，区别在于，各成分的重量百分比为：mg为1.0％、si为2.0％、mn为0.25％、稀土元素为0.12％、sr为0.06％、fe为0.30％、cu为2.0％，其余为al和不可避免的杂质。
62.效果例1
63.根据gb/t228，测定实施例1～5和对比例1～3制备的到的铝合金的性能，结果见表1。
64.表1
[0065][0066]
从表1中可以看出，铜含量过高(对比例3)，虽然提高强度，但降低塑性，且成本显著提高；镁含量过低(对比例1)，则强度不足，塑性并不提高；不添加稀土(对比例2)，则强度和塑性都有降低；合金元素镁、硅含量适中(实施例1)，则强塑性兼顾；硅低镁高(实施例2)强度略高，塑性略低；硅高镁低(实施例3)，强度和塑性都较低；合金元素含量适中，精炼时间长(实施例4)，强度略有下降，但塑性显著提高；精炼时间短(实施例5)；强度和塑性都接近下限。
[0067]
效果例2
[0068]
采用对接接头刚性约束焊接裂纹试验方法，对本发明实施例1制备的sy03合金、adc12以及a356三种铝合金合金与6061铝合金进行室温焊接试验，检测其焊缝的表面裂纹率，结果如下表2。
[0069]
表2
[0070]
焊接组件sy03-60616082-6061adc12-6061a356-60616061-6061焊缝表面裂纹率％2120806015
[0071]
从表2中可以看出，sy03合金的焊接裂纹率接近变形铝合金6061与6061的焊接，而铸造铝合金a356及adc12与6061的焊接裂纹率都高达50％以上。
[0072]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。