一种含过共晶硅超硬铝合金材料及其处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属冶炼技术领域，涉及一种含过共晶硅超硬铝合金材料及其处理工
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【背景技术】
[0002]铝合金是以铝为基体元素的合金组成，主要包括的合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，还包括镍、铁、钛、铬、锂等合金元素。铝合金的密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，是在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中应用最广泛的一类有色金属材料，其使用量仅次于钢。
[0003]通常，屈服强度在500MPa以上的铝合金被称为超高强度铝合金，它们是以AL-Zn-Mg-Cu系和Al-Zn-Mg系为主的可热处理强化的铝合金。自上世纪中叶以来，为了提高Al-Zn-Mg系铝合金的力学性能，并解决高锌、高镁铝合金中严重存在的应力腐蚀问题，国外在该类销合金中添加Cu、Cr、Mn等元素，由此产生了一系列的新型AL-Zn-Mg-Cu超硬铝合金。它由于具有高的比强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、高断裂韧度，以及高抗应力腐蚀能力等优点而广泛应用于航空航天领域，并成为这个领域中重要的材料之
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【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料及其处理工艺，本发明产品硬度高，强度大，耐磨损，耐腐蚀，抗裂性能佳，可在极端环境中使用，不易老化变形，使用寿命长。
[0005]为了解决以上技术问题，本发明提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为:
硅:18.6-18.8%，硼:0.75-0.85%，镁:0.32-0.34%，钙:0.51-0.53%，钛:0.29-0.31%，钒:0.08-0.10%，铬:3.73-3.75%，钴:0.065-0.085%，镍:4.04-4.08%，铜:6.27-6.29%，锆:0.43-0.47%，铌:0.77-0.79%，钼:0.12-0.14%，银:0.83-0.85%，锡:2.21-2.23%，复合稀土:0.92-0.94%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为:镧:15-17%，铈:8-10%，钕:6-8%，钐:3_5%，其余为礼。
[0006]本发明进一步限定的技术方案是:
本发明提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为:
硅:18.6%，硼:0.75%，镁:0.32%，钙:0.51%，钛:0.29%，钒:0.08%，铬:3.73%，钴:0.065%，镍:4.04%，铜:6.27%，锆:0.43%，铌:0.77%，钼:0.12%，银:0.83%，锡:2.21%，复合稀土:0.92%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为:镧:15%，铈:8%，钕:6%，钐:3%，其余为钆。
[0007]本发明提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为: 硅:18.8%，硼:0.85%，镁:0.34%，钙:0.53%，钛:0.31%，钒:0.10%，铬:3.75%,钴:0.085%，镍:4.08%，铜:6.29%，锆:0.47%，铌:0.79%，钼:0.14%，银:0.85%，锡:2.23%，复合稀土:0.94%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为:镧:17%，铈:10%，钕:8%，钐:5%，其余为钆。
[0008]本发明提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为:
硅:18.7%，硼:0.80%，镁:0.33%，钙:0.52%，钛:0.30%，钒:0.09%，铬:3.74%，钴:0.075%，镍:4.06%，铜:6.28%，锆:0.45%，铌:0.78%，钼:0.13%，银:0.84%，锡:2.22%，复合稀土:0.93%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为:镧:16%，铈:9%，钕:7%，钐:4%，其余为钆。
[0009]本发明硅元素达到18.7%时，可作为还原剂和脱氧剂，能显著提高金属的弹性极限，屈服点和抗拉强度，和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，尤其是对于强酸强碱有较强的防御作用，从而减缓合金的老化速度，延长其使用寿命。
[0010]进一步的，
还提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤:
步骤(I):将纯铝锭置入工频熔炼保温炉中进行熔炼，熔炼温度为731-733°C，熔炼时间为20-22分钟，然后降温至568-570°C，温度保温15-19分钟，得到铝液；
步骤(2):按上述配比加入硼、镁、钙、镍、铜、银、锡元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到705-707°C，开启电炉振动装置使合金液体充分混合8-10分钟，再加入复合稀土，并将工频熔炼保温炉的温度降到693-695°C，开启电炉振动装置使合金液体充分混合14-16分钟，按上述配比加入钛、钒、铬、钴、锆、铌、钼元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到722-724?，开启电炉振动装置使合金液体充分混合16-20分钟；
步骤(3):将硅添加到步骤(2)的合金液中，将工频熔炼保温炉的温度控制在718-720°C，时间保持在28-30min，全程吹氩气，控制氩气流量为14_16L/min，氩气压力为0.44-0.46MPa，得到精炼合金液；
步骤(4):在585-595°C的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在203_205°C，保温时间为16-18h，然后用水冷以3-5°C /s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。本发明的有益效果是:
本发明铝合金中添加了:硅，作为还原剂和脱氧剂，能显著提高金属的弹性极限，屈服点和抗拉强度，和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用；铬，能显著提高强度、硬度和耐磨性，同时又能提高金属的抗氧化性和耐腐蚀性；镍，能提高金属的强度，而又保持良好的塑性和韧性，对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；钼，能使金属的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高机械性能；钛，是强脱氧剂，能使金属的内部组织致密，细化晶粒力，降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能；钒，是优良脱氧剂，可细化组织晶粒，提高强度和韧性，与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力；铌，能细化晶粒和降低金属的过热敏感性及回火脆性，提高强度，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，改善焊接性能，可防止晶间腐蚀现象；铜，能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能；硼，可改善金属的致密性和热轧性能，提高强度；稀土，可以改变金属中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了金属的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能，提高耐磨性；钙，可以提高金属的强度及切削性能，冶炼过程中净化氧、硫、磷等；错，冶炼过程中的除氧、硫、磷剂，Zr、Hf能提高金属的强度与硬度。
[0011]本发明产品硬度高，强度大，耐磨损，耐腐蚀，抗裂性能佳，可在极端环境中使用，不易老化变形，使用寿命长。
[0012]
【具体实施方式】
[0013]实施例1
本实施例提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为:
硅:18.6%，硼:0.75%，镁:0.32%，钙:0.51%，钛:0.29%，钒:0.08%，铬:3.73%，钴:0.065%，镍:4.04%，铜:6.27%，锆:0.43%，铌:0.77%，钼:0.12%，银:0.83%，锡:2.21%，复合稀土:0.92%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为:镧:15%，铈:8%，钕:6%，钐:3%，其余为钆。
[0014]本实施例还提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤:
步骤(I):将纯铝锭置入工频熔炼保温炉中进行熔炼，熔炼温度为731°c，熔炼时间为22分钟，然后降温至568°C，温度保温19分钟，得到铝液；
步骤(2):按上述配比加入硼、镁、钙、镍、铜、银、锡元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到705°C，开启电炉振动装置使合金液体充分混合10分钟，再加入复合稀土，并将工频熔炼保温炉的温度降到693°C，开启电炉振动装置使合金液体充分混合16分钟，按上述配比加入钛、钒、铬、钴、锆、铌、钼元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到722°C，开启电炉振动装置使合金液体充分混合20分钟；
步骤(3):将硅添加到步骤(2)的合金液中，将工频熔炼保温炉的温度控制在718°C，时间保持在30min，全程吹氩气，控制氩气流量为14L/min，氩气压力为0.44MPa，得到精炼合金液；
步骤(4):在585°C的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在203°C，保温时间为18h，然后用水冷以3°C /s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。
[0015]实施例2
本实施例提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料，其化学成分的质量百分比为:
硅:18.8%，硼:0.85%，镁:0.34%，钙:0.53%，钛:0.31%，钒:0.10%，铬:3.75%，钴:0.085%，镍:4.08%，铜:6.29%，锆:0.47%，铌:0.79%，钼:0.14%，银:0.85%，锡:2.23%，复合稀土:0.94%，其余为铝及不可避免杂质；
复合稀土的化学成分的质量百分比为:镧:17%，铈:10%，钕:8%，钐:5%，其余为钆。
[0016]本实施例还提供一种含过共晶硅超硬铝合金材料的处理工艺，包括如下具体步骤:
步骤(I):将纯铝锭置入工频熔炼保温炉中进行熔炼，熔炼温度为733°c，熔炼时间为20分钟，然后降温至570°C，温度保温15分钟，得到铝液；
步骤(2):按上述配比加入硼、镁、钙、镍、铜、银、锡元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到707 °C，开启电炉振动装置使合金液体充分混合8分钟，再加入复合稀土，并将工频熔炼保温炉的温度降到695°C，开启电炉振动装置使合金液体充分混合14分钟，按上述配比加入钛、钒、铬、钴、锆、铌、钼元素，并将工频熔炼保温炉的温度升到724°C，开启电炉振动装置使合金液体充分混合16分钟；
步骤(3):将硅添加到步骤(2)的合金液中，将工频熔炼保温炉的温度控制在720°C，时间保持在28min，全程吹氩气，控制氩气流量为16L/min，氩气压力为0.46MPa，得