一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金及其制造方法

1.本发明属于铝合金制造领域，具体地说是一种抗蠕变耐高温铸造铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。
3.目前已有的车用耐热铝合金主要有al-mg-re、al-mg-si-re、al-mg-sr、al-mg-sn、和al-zn-mg-sn等耐热铝合金。铝合金的析出相延基体的棱柱面析出，能够有效阻碍位错的基面滑移，具有较强的抗拉强度。但是现有的耐热铝合金的析出相在高温时会迅速长大，所以此铝合金在高温条件下的抗蠕变性能会急剧下降，影响使用。


技术实现要素：

4.本发明提供一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金，用以解决现有技术中的缺陷。
5.本发明通过以下技术方案予以实现：
6.一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金，包括如下质量百分比的物质组成：5.0-8.0％的zn，2.5-3.5％的mg，2.0-3.0％的hf，0.3-0.6％的gd和0.2-0.5％的zr，余量为al和杂质。
7.如上所述的一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金，所述的杂质包括fe、ni、cu。
8.如上所述的一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金，所述的杂质质量小于总质量的0.15％。
9.如上所述的一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金，所述的hf、gd与zr的质量分别记为中间合金al-hf、al-gd与al-zr中hf、gd与zr的质量。
10.一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金的制备方法，包括如下步骤：
11.步骤一：准确称量铝、锌、镁和中间合金al-hf、al-gd与al-zr，送入预热釜中进行预热；
12.步骤二：将铝送入熔融釜中进行融化，融化完成后升温至700℃，加入锌、镁，当熔体温度达到720℃-780℃时加入中间合金al-hf、al-gd与al-zr；
13.步骤三：搅拌3分钟使其充分熔化，再升温至790℃，保温25分钟后降温，精炼6分钟后静置30分钟；
14.步骤四：冷却，去除表面浮渣，进行浇铸。
15.如上所述的一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金的制备方法，所述的铝、锌、镁的纯度为99.9％以上，所述的中间合金al-hf、al-gd与al-zr的纯度为99.5％以上。
16.如上所述的一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金的制备方法，所述的步骤一中的预热釜的预加热温度为120-150℃。
17.如上所述的一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金的制备方法，所述的步骤四中的铝合
金熔融物降温至730-760℃。
18.如上所述的一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金的制备方法，所述的步骤四中浇铸时将模具预热至200-300℃。
19.如上所述的一种抗蠕变性耐高温铸造铝合金的制备方法，所述的铝为工业纯铝，所述的镁为工业纯镁，所述的锌为工业纯锌。
20.本发明的优点是：本发明通过hf或gd元素的加入可产生延棱柱面生长的析出相，提高了合金的抗蠕变性能，zn的加入一方面能够起到钉扎晶界的作用，另一方面zn与hf和gd共同作用可形成大量长周期有序堆垛结构，能够阻碍位错的基面滑移，强化基体，进一步提高了合金的高温抗蠕变性能，另外，加入zr作为晶粒细化剂可显著细化晶粒，提高合金的屈服强度。
附图说明
21.图1表示实施例1所述合金的金相图；
22.图2表示实施例2所述合金的金相图；
23.图3表示实施例3所述合金的金相图；
24.图4表示实施例4所述合金的金相图；
25.图5表示对比实施例所述合金的金相图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.实施例1
28.步骤一：按照5.0％的zn，2.5％的mg，2.0％的hf，0.3％的gd，和0.2％的zr，余量为al的质量百分比准确称量铝、锌、镁和中间合金al-hf、al-gd与al-zr，送入预热釜中进行预热；
29.步骤二：将铝送入熔融釜中进行融化，融化完成后升温至700℃，加入锌、镁，当熔体温度达到720℃时加入中间合金al-hf、al-gd与al-zr；
30.步骤三：搅拌3分钟使其充分熔化，再升温至790℃，保温25分钟后降温，精炼6分钟后静置30分钟；
31.步骤四：冷却，去除表面浮渣，进行浇铸。
32.实施例2
33.步骤一：按照6.0％的zn，2.8％的mg，2.2％的hf，0.4％的gd，和0.3％的zr，余量为al的质量百分比准确称量铝、锌、镁和中间合金al-hf、al-gd与al-zr，送入预热釜中进行预热；
34.步骤二：将铝送入熔融釜中进行融化，融化完成后升温至700℃，加入锌、镁，当熔体温度达到720℃时加入中间合金al-hf、al-gd与al-zr；
35.步骤三：搅拌3分钟使其充分熔化，再升温至790℃，保温25分钟后降温，精炼6分钟后静置30分钟；
36.步骤四：冷却，去除表面浮渣，进行浇铸。
37.实施例3
38.步骤一：按照7.0％的zn，3.0％的mg，2.4％的hf，0.5％的gd，和0.4％的zr，余量为al的质量百分比准确称量铝、锌、镁和中间合金al-hf、al-gd与al-zr，送入预热釜中进行预热；
39.步骤二：将铝送入熔融釜中进行融化，融化完成后升温至700℃，加入锌、镁，当熔体温度达到720℃时加入中间合金al-hf、al-gd与al-zr；
40.步骤三：搅拌3分钟使其充分熔化，再升温至790℃，保温25分钟后降温，精炼6分钟后静置30分钟；
41.步骤四：冷却，去除表面浮渣，进行浇铸。
42.实施例4
43.步骤一：按照8.0％的zn，3.5％的mg，3.0％的hf，0.6％的gd，和0.5％的zr，余量为al的质量百分比准确称量铝、锌、镁和中间合金al-hf、al-gd与al-zr，送入预热釜中进行预热；
44.步骤二：将铝送入熔融釜中进行融化，融化完成后升温至700℃，加入锌、镁，当熔体温度达到720℃时加入中间合金al-hf、al-gd与al-zr；
45.步骤三：搅拌3分钟使其充分熔化，再升温至790℃，保温25分钟后降温，精炼6分钟后静置30分钟；
46.步骤四：冷却，去除表面浮渣，进行浇铸。
47.对照实施例
48.步骤一：按照8.0％的zn，3.5％的mg和0.5％的zr，余量为al的质量百分比准确称量铝、锌、镁和中间合金al-hf、al-gd与al-zr，送入预热釜中进行预热；
49.步骤二：将铝送入熔融釜中进行融化，融化完成后升温至700℃，加入锌、镁，当熔体温度达到720℃时加入中间合金al-hf、al-gd与al-zr；
50.步骤三：搅拌3分钟使其充分熔化，再升温至790℃，保温25分钟后降温，精炼6分钟后静置30分钟；
51.步骤四：冷却，去除表面浮渣，进行浇铸。
52.性能检测
53.其性能对比如表一所示：
[0054][0055]
表一
[0056]
由表一可以看出，本发明所制备合金的高温拉伸性能和抗蠕变性能较对照组均有显著提高。这是因为hf或gd元素的加入可产生延棱柱面生长的析出相，且该析出相在在高温时具有优异的热稳定性，提高合金的抗蠕变性能，zn的加入一方面可在合金的晶界附近生成熔点较高的富zn第二相，起到钉扎晶界的作用，同时zn与hf和gd共同作用可形成大量长周期有序堆垛结构，能够阻碍位错的基面滑移，强化基体，进一步提高了合金的高温性能。
[0057]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。