一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法与流程

本发明属于金属材料及冶金
技术领域：
，具体涉及一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法。
背景技术：
：金属元素mn是铝合金的一个重要合金元素，特别是在3000系铝合金中，mn是主要元素。mn原子固溶到al基体中，产生固溶强化效果，使合金强度得到提高。所以，增加合金中的mn含量，有利于提高合金的强度。但是，随着mn含量的增加，将会在合金中形成金属间化合物相al6mn，而且mn含量越高，金属间化合物相al6mn越粗大。如果mn含量超过了al-mn合金的共晶成分，al6mn成为初生相，则更加粗大。如果合金中含有fe元素，则fe元素会结合到al6mn相中，形成al6(femn)相，使金属间化合物相更加粗大。粗大的金属间化合物相对合金的力学性能有破坏作用。金属间化合物相越粗大，对力学性能的破坏作用越强烈。所以必须将mn含量限制中一定范围，防止形成粗大的金属间化合物相。比如，3000系合金中，aa3003，aa3004和aa3005合金的mn含量为1.0-1.5wt％。生产中往往控制在下限。其它合金中的mn含量更低。在大部分铝合金中，元素fe被视作有害杂质元素。它在合金中形成金属间化合物相al6fe。在有元素si的情况下，会形成al-fe-si相。这些相往往呈块状或板条状，对合金力学性能有严重损害。加入元素mn可以使这种块状或板条状相转变成汉子状或花瓣状，大大减轻了它们对力学性能的损害。比如aa5082、aa5083等合金往往含有一定量的mn。比较aa5082和aa5083合金的化学成分和力学性能，发现两个合金的化学成分基本相同，只是aa5083合金的mn含量显著高于aa5082合金，aa5083合金的强度也著高于aa5082合金。说明增加mn含量有利于提高合金强度。但是，有研究表明，进一步增加mn含量将导致金属间化合物相al6(femn)过分粗大，参见论文“effectofmnandfeontheformationoffe-andmn-richintermetallicsinal-5mg-mnalloyssolidifiedundernear-rapidcooling，materials，2016，9，88”。技术实现要素：本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提出一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法，可以将含mn铝合金中粗大的金属间化合物相al6mn、al6(femn)、al6fe、al15(mnfe)3si2等大为细化。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法，包括以下步骤：(1)按铝合金成分配比，取铝锭，熔化形成铝熔体，并先后加入mn和fe，使二者熔化到铝熔体，形成铝合金熔体；(2)在步骤(1)操作过程中加入变质剂，搅拌均匀，使变质剂完全熔化至铝合金熔体后，浇注形成铝合金铸锭，完成铝合金金属间化合物相的细化；其中，所述的变质剂为含cr物质，所述的变质剂加入量按质量配比为铝合金熔体质量的0.1～1.0％。所述的步骤(1)中，铝合金包括成分及其质量百分比为：mn1.2～2.4％，fe0.25～0.7％，余量为al及杂质，其中，所述的杂质含量≤1.0％。所述的步骤(1)中，mn为锰添加剂或铝锰中间合金。所述的步骤(1)中，fe为铁添加剂或铝铁中间合金。所述的步骤(2)中，含cr物质为cr添加剂或al-cr中间合金。所述的步骤(2)中，al-cr中间合金可以为al-10wt％cr中间合金。所述的步骤(2)中，cr添加剂可以为75cr剂，所述的75cr剂是一种由75wt％cr粉和25wt％助熔剂等粉末组成的混合物并被压成块状。所述的步骤(2)中，变质剂可以在铝锭熔化形成铝熔体后，同mn，fe一起加入铝熔体，也可以在形成铝合金熔体后，直接加入铝合金熔体中。所述的步骤(2)中，金属间化合物相为al6mn、al6(femn)、al6fe或all5(mnfe)si2等富mn富fe的金属间化合物相。所述的含cr物质作为变质剂在含锰铁铝合金金属间化合物相细化领域的应用。本申请中cr可以作为合金元素，在熔炼过程中，和其他元素一起加入铝熔体或铝合金熔体中；也可以在其它合金元素都已熔化以后再单独加入；cr可以以铝工业生产中常用的al-cr中间合金的形式进加入，比如常用的al-10wt％cr中间合金；也可以以铝工业生产中常用的cr添加剂的形式加入，比如，常用的75cr剂(一种由75wt％cr粉和25wt％助熔剂等粉末组成的混合物并被压成块状)。本发明的有益效果：本发明的一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法利用元素cr细化富mn富fe的金属间化合物相，减轻相应富mn富fe的金属间化合物相对合金力学性能的损害，因此，可以进一步提高合金中mn的含量，充分发挥mn的固溶强化效果，进一步提高了合金的力学性能。附图说明图1为本发明实施例1制备的合金a1和a2的金相照片，其中，图1(a)为合金al的金相照片，图1(b)为合金a2的金相照片；图2为本发明实施例2制备的合金b1和b2的金相照片，其中，图2(a)为合金b1的金相照片，图2(b)为合金b2的金相照片；图3为本发明实施例3制备的合金c1和c2的金相照片，其中，图3(a)为合金c1的金相照片，图3(b)为合金c2的金相照片。具体实施方式：下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例1一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法，步骤为：1.按铝合金成分配比，具体包括成分及其质量百分比为：mn1.2％，fe0.25％，余量为al及杂质，所述的杂质含量≤1.0％，先将铝锭分次加入熔炼炉中，加热使之完全熔化，并在750-800℃下保温，分批次加入事先准备好的al-20mn和al-10fe中间合金，保温至少20分钟，并搅拌均匀，保证合金元素mn和fe完全熔化到铝熔体中，得到铝合金熔体；然后将铝合金熔体平均分为两个部分，分别为a1和a2，将a1铝合金熔体浇入铁质模具中得到合金a1铸锭；2.取75cr剂，75cr剂是一种由75wt％cr粉和25wt％助熔剂等粉末组成的混合物并被压成块状，将75cr剂加入到a2铝合金熔体中，加入量为a2铝合金熔体重量的1.0％，搅拌均匀，保证75cr剂完全熔化到a2铝合金熔体中，然后将熔入75cr剂的铝合金熔体a2浇入铁质模具中得到合金a2铸锭，合金a1和a2成分配比见如表1；3.将合金a1和a2铸锭冷却后，分别从铸锭上切取金相试样，按照标准金相试样制备程序制备金相试样，并拍摄金相照片，合金a1金相照片如图1(a)所示，合金a2金相照片如图1(b)所示，可见合金a1的al6(femn)相比较粗大，而合金a2的al6(femn)相比较细小，显然，加入cr细化了合金中的al6(femn)相。表1实施例1合金成分元素mnfecr(以铝合金熔体为基准)al合金a11.2％0.25％0余量合金a21.2％0.25％1.0％余量实施例2一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法，步骤为：1.按铝合金成分配比，具体包括成分及其质量百分比为：mn1.8％，fe0.4％，余量为al及杂质，所述的杂质含量≤1.0％，先将铝锭分次加入熔炼炉中，加热使之完全熔化，并在750-800℃下保温，分批次加入事先准备好的al-20mn和al-10fe中间合金，保温至少20分钟，并搅拌均匀，保证合金元素mn和fe完全熔化到铝熔体中，得到铝合金熔体；然后将铝合金熔体平均分为两个部分，分别为b1和b2，将b1铝合金熔体浇入石墨模具中得到合金b1铸锭；2.取al-10cr中间合金，将al-10cr中间合金加入到b2铝合金熔体中，加入量为b2铝合金熔体重量的0.6％，搅拌均匀，保证al-10cr中间合金完全熔化到b2铝合金熔体中，然后将铝合金熔体b2浇入石墨模具中得到合金b2铸锭，合金b1和b2成分配比见如表2；3.将合金b1和b2铸锭冷却后，分别从铸锭上切取金相试样，按照标准金相试样制备程序制备金相试样，并拍摄金相照片，合金b1金相照片如图2(a)所示，合金b2金相照片如图2(b)所示，可见在合金b1中出现了粗大的条块状相和一些汉字状的共晶相，而在合金b2中，出现的是比较细小的共晶相，可以相信，cr是有效的变质剂，加入cr有效地改变了十分粗大的条块状相的尺寸和形貌。表2实施例2合金成分元素mnfecr(以铝合金熔体为基准)al合金b11.8％0.4％0余量合金b21.8％0.4％0.6％余量实施例3一种含锰铁铝合金金属间化合物相的细化方法，步骤为：1.按铝合金成分配比，具体包括成分及其质量百分比为：mn2.4％，fe0.7％，余量为al及杂质，所述的杂质含量≤1.0％，先将铝锭分次加入熔炼炉中，加热使之完全熔化，并在750-800℃下保温，分批次加入事先准备好的al-20mn和al-10fe中间合金，保温至少20分钟，并搅拌均匀，保证合金元素mn和fe完全熔化到铝熔体中，得到铝合金熔体；然后将铝合金熔体平均分为两个部分，分别为c1和c2，并分别放入两个石墨坩埚中，将装有c1和c2的石墨坩埚置于同一炉子中；2.取al-10cr中间合金，将al-10cr中间合金加入到c2铝合金熔体中，加入量为c2铝合金熔体重量的0.35％，搅拌均匀，保证al-10cr中间合金完全熔化到c2铝合金熔体中，然后，熔炼炉停止加热，让c1和c2在炉子中随炉冷却并凝固，得到合金b1和b2铸锭，合金c1和c2成分配比见如表3；3.将合金c1和c2铸锭冷却后，分别从铸锭上切取金相试样，按照标准金相试样制备程序制备金相试样，并拍摄金相照片，合金c1金相照片如图3(a)所示，合金c2金相照片如图3(b)所示，可见在合金c1中出现了大量的粗大的条块状相和一些汉字状的共晶相，这些粗大的条块状相是初生al6(femn)相，而在合金c2中，粗大的块条块状相完全消失，出现的是非常细小的相，可以相信，cr是有效的变质剂，加入cr有效地改变了十分粗大的条块状相的尺寸和形貌。表3实施例3合金成分元素mnfecr(以铝合金熔体为基准)al合金c12.4％0.7％0余量合金c22.4％0.7％0.35％余量当前第1页12