一種添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于材料技術領域，特別是涉及一種添加 Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制 備方法。
【背景技術】
[0002] Al-Cu-Ni-Mg合金具有密度和熱膨脹系數小、尺寸穩定、耐磨性好等特點，因此被 廣泛應用于汽車、摩托車、航空航天以及家電等行業。目前國內外大部分轎車缸蓋已采用高 強度鋁合金生產，鋁合金缸蓋正在迅速取代鑄鐵缸蓋。在缸蓋的材質選擇上有AC 4B、328、 A-S5U3和ZL101、ZL104和ZL107合金等。上述均為亞共晶Al-Cu-Ni-Mg合金，它們的強度 特別是高溫強度較低，硬度相對不高，比強度較低，鑄造性能及抗疲勞性能一般，對一些綜 合力學性能要求較高的缸蓋，已不能滿足需求，其常溫和高溫性能急需改善。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題是：一種添加 Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制備方法， 以解決Al-Cu-Ni-Mg合金室溫及高溫性能性能差的技術問題。
[0004] 1.本發明采用的技術方案是：一種添加 Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制備方法， 其特征在于：包括以下步驟： (1)配料：在Al-Cu-Ni-Mg合金中添加質量分數為7 %~12. 8 %的Si。
[0005] (2)熔化：將配好的爐料置于石墨坩堝中，在井式坩堝爐中進行熔化，熔化溫度為 760°C，保溫直至全部熔化。
[0006] (3)將溫度降為720°C，用鐘罩將Mg壓入攪拌后靜置20min。
[0007] (4)選用P+RE進行復合變質處理，加入質量分數含量為0. 1%的赤磷鹽和0. 5%的 RE進行復合變質后靜置30min。
[0008] (5)用0. 4%的(：2(：1 6分3次進行除氣，靜置20min后扒渣。
[0009] (6)將金屬液澆入預熱至200°C的金屬型中。
[0010] (7)固溶處理：（530±5) °C X5h和水冷，60~100 °C -時效處理 (200±5) °C X10h -空冷。
[0011] 上述步驟（1) Si含量為12%。
[0012] 本發明有益效果：與現有技術相比，有益效果如下： (1)隨著Si含量的提高，發動機缸蓋用鑄造 Al-Cu-Ni-Mg合金的常溫、250°C高溫抗拉 強度先升高，后降低，在共晶點附近達到最大值。
[0013] (2)在Si含量小于10%時，隨著Si含量的提高，合金硬度有所上升；當Si含量處 于偽共晶區和過共晶區時，會產生硬脆的初生Si，使合金的硬度顯著提高。
[0014] (3) Si含量為12%時，能獲得較好的合金低溫、高溫綜合性能。
【具體實施方式】
[0015] 實施例：一種添加 Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制備方法，其特征在于：包括以 下步驟： (1)配料：在Al-Cu-Ni-Mg合金中添加質量分數為7 %~12. 8 %的Si。
[0016] (2)熔化：將配好的爐料置于石墨坩堝中，在井式坩堝爐中進行熔化，熔化溫度為 760°C，保溫直至全部熔化。
[0017] (3)將溫度降為720°C，用鐘罩將Mg壓入攪拌后靜置20min。
[0018] (4)選用P+RE進行復合變質處理，加入質量分數含量為0. 1%的赤磷鹽和0. 5%的 RE進行復合變質后靜置30min。
[0019] (5)用0.4%的(：2(：1 6分3次進行除氣，靜置20min后扒渣。
[0020] (6)將金屬液澆入預熱至200°C的金屬型中。
[0021] (7)固溶處理：（530±5) °C X5h和水冷，60~100 °C -時效處理 (200±5) °C X10h -空冷。
[0022] 上述步驟（1) Si含量為12%。
[0023] 采用上述一種添加 Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制備方法可以得出Si含量對 Al-Cu-Ni-Mg合金常溫抗拉強度的影響，如表1可以看出，隨著Si含量的增加，常溫抗拉強 度先增加后減小，在共晶點附近達到最大值。當Si含量在7. 0 %~12. 8 %范圍內，Si含量的 增加能增加低應變區的應變硬化速率，提高合金的抗拉強度；通過變質、T6熱處理，合金中 會生成 Mg2Si、AL2CuMg、W 相（A1 xMg5Si4Cu4)、Q 相（Al5MgsCu2Si6)等彌散強化相。這些相 多為硬脆的金屬間化合物，在合金中同樣起阻礙位錯運動的作用，因而能產生過剩強化相。 隨著Si含量的增加，Al-Cu-Ni-Mg合金中的過剩相數量增多，合金強度提高。另一方面，在 合金中，不可避免的會有少量的Fe進入熔液，會生成Al 3Fe，Ni的加入會使Al3Fe熔解，同時 生成細小的A19FeNi相，從而提高合金的強度。當Si含量超過共晶點時，會產生粗大、硬脆 的初生Si，即使變質，也只能改變其形貌和尺寸，而不能使其數量減少。隨著Si含量的增 加，結晶溫度范圍變大，合金的疏松傾向加大，氣密性降低，同時氫在合金中的溶解度降低， 由此導致合金強度降低。
[0024] 表1，Si含量對常溫抗拉強度的影響
采用上述一種添加 Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制備方法可以得出Si含量對 Al-Cu-Ni-Mg合金高溫抗拉強度的影響，如表2為不同Si含量對Al-Cu-Ni-Mg合金高溫抗 拉強度的影響。可以看出，隨著Si含量的增加，高溫抗拉強度先增加然后減小，在共晶點附 近達到最大值。對Al-Cu-Ni-Mg合金來說，其強化主要是過剩相（Si晶體)的強化。隨著Si 含量的增加，鋁合金中所產生的過剩相數量就會增多，合金的高溫強度也會相應的提高；另 一方面，由于Ni的加入，在合金中會生成Al 6Cu3Ni、Al (&1附）2等強化相，相應提高其高溫 性能。當Si含量達到過共晶域時，產生的過剩相過多，合金的強度反而下降；同時在過共晶 區域，產生粗大、硬脆的初晶Si，高溫強度的下降。
[0025] 表2, Si含量對250°C高溫抗拉強度的影響
采用上述一種添加 Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制備方法可以得出Si含量對 Al-Cu-Ni-Mg合金伸長率的影響，如表3為不同Si含量對Al-Cu-Ni-Mg合金伸長率的影響。 由表3可以看出，合金的伸長率在亞共晶區間時較高。因為當Si含量超過共晶點時，合金 中會生成初生Si，初生Si是硬脆相，導致合金的塑形降低。從表3還可以看出，雖然Si含 量的變化造成了合金伸長率的變化，但由于鑄造 Al-Cu-Ni-Mg合金本身的性能，使得合金 具有較高的常溫和高溫伸長率。
[0026] 表3, Si含葛時合全油私東的影'D白
采用上述一種添加 Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制備方法可以得出Si含量對 Al-Cu-Ni-Mg合金常溫硬度的影響，表4是Si含量對合金硬度的影響。由于存在偽共晶區， 所以在這個偽共晶區就會產生初生Si。由表4可以看出，在Si含量小于10%時，合金主成 分為A1基體和共晶Si，共晶Si的增加和少量的強化相會使合金的硬度有所提升。當在偽 共晶區和過共晶區時，會產生硬脆的初生Si，初生Si的存在會使合金的硬度顯著提高。
[0027] 表4, Si含量對Al-Cu-Ni-Me合僉硬摩的影晌
【主權項】
1. 一種添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制備方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 配料：在Al-Cu-Ni-Mg合金中添加質量分數為7 %~12. 8 %的Si; (2) 熔化：將配好的爐料置于石墨坩堝中，在井式坩堝爐中進行熔化，熔化溫度為 760°C，保溫直至全部熔化； (3) 將溫度降為720°C，用鐘罩將Mg壓入攪拌后靜置20min; (4) 選用P+RE進行復合變質處理，加入質量分數含量為0. 1%的赤磷鹽和0. 5%的RE 進行復合變質后靜置30min; (5) 用0.4%的(：2(：16分3次進行除氣，靜置20min后扒渣； (6) 將金屬液澆入預熱至200°C的金屬型中； (7) 固溶時效處理：固溶處理（530±5)°CX5h和水冷，60~100°C-時效處理 (200±5)°CX10h-空冷。2. 如權力要求1所述的一種Mg-Zr-V合金的制備方法，其特征在于：所述步驟（1)Si 含量為12%。
【專利摘要】本發明提供一種添加Si元素的Al-Cu-Ni-Mg合金的制備方法，采用配料—熔煉—變質處理—除氣拔渣—澆注—固溶時效的工藝流程，采用不同含量的Si元素，實現Al-Cu-Ni-Mg合金常溫和高溫性能的提高，尤其在添加Si元素的質量分數為12%時，效果顯著，具有較好的綜合性能。
【IPC分類】C22C1/02, C22C21/16, C22F1/057
【公開號】CN105483401
【申請號】CN201410475884
【發明人】李娜
【申請人】李娜
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2014年9月18日