一种添加Ga的6061铝合金及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种添加Ga的6061铝合金及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战 期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便 着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、 电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。 现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。
[0003] 1、高强度铸造铝合金和变形铝合金 一般铸造错合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4个系列，其中以AlCu系和AlZn系铝合金的强度最高，但多数在200Mpa~300Mpa之间，高于400Mpa的只有AlCu系的 少数几个牌号，但因采用精铝基体且加入贵重元素，制造成本很高;AlZn系铸造合金的耐 热性能很差。因此，一般铸造铝合金与变形铝合金相比因强韧性稍逊使其应用范围受到较 大的限制。许多重要用途如特种重载车负重轮、航空用铝合金等多采用变形铝合金，而不是 铸造铝合金。变形铝合金通过挤压、乳制、锻造等手段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密 度，因而具有很高的强度、优良的韧性以及良好的使用性能。但是，对设备和工装模具要求 高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本很高。与变形铝合金相比，铸造铝合金具有价 格低廉、组织各向同性、可以获得特殊的组织、易于生产形状复杂的零件、可以小批量生产 也可以大批量生产等诸多优点。因此，开发出能够替代部分变形铝合金的高强韧铸造铝合 金材料及其铸造成形工艺，可以达到以铸代锻、缩短制造周期、降低制造成本的目的，具有 重要的理论意义和重大的实际应用价值。
[0004] 在高强韧铸造铝合金的发展过程中，法国于20世纪初研制成功的A-U5GT占有重 要的地位，在目前具有代表性的高强韧铸造铝合金中它的历史最久、应用最为广泛。我国目 前没有与它对应的牌号。
[0005] 2、高温铝合金 高温合金又称耐热高强合金、热强合金或超合金，是在20世纪40年代随着航空涡轮发 动机的出现发展起来的一种重要金属材料，能在高温氧化气氛和燃气腐蚀条件下长期承受 较大的工作负荷，主要用于燃气轮机的热端部件，是航空航天、舰船、发电、石油化工和交通 运输工业的重要结构材料。其中有些合金亦可用于生物工程作骨科和齿科材料。
[0006] 常用的高温合金包括镍基、铁基和钴基合金，能在600~1100°C高温环境下工作； 而耐热铝合金则是冷战期间发展起来的。耐热高强铝合金适于在400°C以下的热环境中长 期承受较大的工作载荷，在航空航天、重工机械等领域得到越来越多的应用。除航空涡轮发 动机、燃气轮机等直接与高温燃气接触的部件之外，其余高温高压强动力部件均可采用耐 热商强错合金铸造。
[0007] 由于铝合金比较容易加工，随着加工技术水平的提高，在强度满足要求的情况下， 人们越来越多地采用变形铝合金替代铸造铝合金。因此耐热高强铝合金又分为铸造用合金 和变形用合金两大类。
[0008] 而在国民经济和国防现代化建设和发展中具有广泛用途和极光明前景的耐热高 强变形铝合金，国内外文献中报导较少，已知的2219、2A02、2A04、2A06、2A10、2A11、2A12、 2A14、2A16、2A17、2A50、2A70、2A80等2XXX系变形铝合金及7A04等7XXX系变形铝合金，在 250°C以上温度下强度多数小于100Mpa，而其主要合金元素除Cu、Mn外，都是以Si、Mg、Zn 作为主微合金化元素，而不添加这几种元素、且250°C以上温度下强度在150Mpa以上的耐 热高强变形铝合金材料未见报导。
[0009] 3、铝合金的变质处理 熔体的高质化处理是铝合金熔炼的核心环节和追求目标，同时是获得优质铝合金材料 的基础和前提。高质化处理主要包括两个方面：一是纯净化，二是结构单元细化及均匀化。 前者主要是采取把杂质固态化滤除和"以气除气"的方法降低熔体杂质和氢含量，工艺过程 会产生废渣和废气；后者通常称为变质处理，是以添加剂或机械、物理方法使构成铝合金熔 体及固溶体的基本单元一结晶体一的尺寸变得尽可能小、分布尽可能均匀，因添加剂进入 合金熔体，成为合金的有效成份，因而过程中不产生废渣和废气。变质处理特别是使用高效 变质剂是调整铝合金铸态组织的根本手段。而合金的制备工艺对合金性质有着重大影响， 然后现在技术在制备合金时，得到的合金性质都不尽如人意。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的技术问题是：提供一种添加Ga的6061铝合金，以提高6061铝合 金的性能。
[0011] 本发明的技术方案是：一种添加Ga的6061铝合金，其组分重量百分数为：Si: 0· 4-0. 5%，Fe:0· 05-0. 2%，Mg:0· 4-0. 5%，Ga:0· 01-0. 06%，Ti:0· 01-0. 06%，其余为A1。
[0012] -种添加Ga的6061铝合金的制备工艺，将6061铝合金锭放在石墨坩埚中在高 温电阻炉加热至760e，待完全熔化后，轻轻搅匀、扒渣，将元素Ga用铝箔包紧压入铝合金 液中，加入量为0.01-0. 06,待完全熔化后，轻轻搅匀、扒渣，然后用模具浇注出580mm 铝合金圆锭，将浇注出的合金锭放入箱式电阻炉中均匀化退火处理。
[0013] 本发明的有益效果：添加Ga能使6061铝合金提高最大幅度的抗拉强度；随着 Ga含量的增加，Mg元素在晶界的偏聚析出增加，从而能够促进主要强化相Mg2Si的析 出，提高了其力学性能。加入Ga的6061铝合金的电阻率增加，但w(Ga) \0. 04%时电 阻率达到峰值，随着Ga含量的增加，6061铝合金的电阻率减少。
【具体实施方式】
[0014] 将6061铝合金锭放在石墨坩埚中在高温电阻炉加热至760e，待完全熔化后， 轻轻搅匀、扒渣，将元素Ga用铝箔包紧压入铝合金液中，加入量分别为0.01，0.02， 0. 03, 0. 04, 0. 05, 0. 06,待完全熔化后，轻轻搅匀、扒渣，然后用模具浇注出580mm铝合 金圆锭。为了消除偏析，将浇注出的合金锭放入箱式电阻炉中均匀化退火处理；将浇铸出 来的直径80mm，长400mm错合金圆锭制备力学性能试样和电导电性能试样；试验制得的 6061错合金试样的化学成分如表1。
[0015] 结果与分析：
在6061铝合金中，Mg和Si是主要强化相元素，形成主要强化相Mg2Si。若Mg过 剩，Mg2Si在铝中的溶解度会显著减小，降低强化效果。其沉淀过程是A过饱和固溶体 y针状G1P1区y与基体共格的针状Bd相y与基体局部共格的此相7与基体完全不共 格的B(Mg2Si)稳定相。其中，以与基体共格的针状Bd相的强化作用最大。马润香等 研究表明，6061铝合金的强化是沉淀强化、细晶强化、固溶强化等共同作用的结果。其中 以沉淀强化为主，细晶强化等的作用较小，合金的基体沉淀相是决定合金性能的主要因 素，为了获得最大强化效果，时效组织应以Bd相为主。强化相Mg2Si的含量越高，合 金的强度越大；强化相数量减少，合金强度减小。强化相的形貌、密度和分布决定合金的 力学性能。强化相的密度越大，分布越均匀，合金的强度越高。在本试验中，随着Ga含 量的增加，Ga能促进Mg在晶界的析出，随着Mg在晶界的析出，能够促进主要强化相 Mg2Si的析出，提高合金的力学性能。
[0016] 根据金属导电理论可知：金属晶体中的晶格畸变、晶界等晶体缺陷愈少，其导 电性愈好。杂质对铝的电阻率的影响较为显著，并且固溶态元素的影响比第二相析出态元 素的约大一个数量级，这是因为在金属A中溶入异类原子B时，溶剂的点阵便产生了 畸变，从而增加了电子的散射，导致电阻升高。Ga加入6061合金中后，由于Ga和 A1两种原子半径相差不大，有利于形成具有较大固溶度的代位固溶体。引起的点阵静畸 变和热振动点阵动畸变对电子造成散射，从而产生电阻，导致电阻率增大。根据已有研 究表明，Mg对错材的导电性的不利影响是很大的。在6061错合金中加入Ga后，由于 Ga能促进Mg在晶界的析出，从而降低了电阻率。Ga对6061铝合金电阻率的影响正是 上述两种影响的综合结果。很明显，当w(Ga) \0104%后，后者占有主导地位，引起电 阻率下降。
【主权项】
1. 一种添加Ga的6061铝合金，其特征在于：其组分重量百分数为：Si:0. 4-0. 5%，Fe: 0· 05-0. 2%，Mg:0· 4-0. 5%，Ga:0· 01-0. 06%，Ti:0· 01-0. 06%，其余为A1。2. 如权利要求1所述的一种添加Ga的6061铝合金的制备工艺，其特征在于：将6061 铝合金锭放在石墨坩埚中在高温电阻炉加热至760e，待完全熔化后，轻轻搅匀、扒渣，将 元素Ga用铝箔包紧压入铝合金液中，加入量为0.01-0. 06,待完全熔化后，轻轻搅匀、扒 渣，然后用模具浇注出580mm铝合金圆锭，将浇注出的合金锭放入箱式电阻炉中均匀化 退火处理。
【专利摘要】本发明公开了一种添加Ga的6061铝合金，其特征在于：其组分重量百分数为：Si：0.4-0.5%，Fe：0.05-0.2%，Mg：0.4-0.5%，Ga：0.01-0.06%，Ti：0.01-0.06%，其余为Al。其制备工艺，其特征在于：将6061铝合金锭放在石墨坩埚中在高温电阻炉加热至760e，待完全熔化后,轻轻搅匀、扒渣,将元素Ga用铝箔包紧压入铝合金液中,加入量为0.01-0.06，待完全熔化后,轻轻搅匀、扒渣,然后用模具浇注出580mm铝合金圆锭，将浇注出的合金锭放入箱式电阻炉中均匀化退火处理。
【IPC分类】C22C21/02, C22C21/08
【公开号】CN105274400
【申请号】CN201410262643
【发明人】毕纱燕
【申请人】毕纱燕
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年6月13日