[发明专利]掺杂Co2N的铝合金及其熔炼方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度铝合金，还涉及其制备方法。

背景技术

在现有的铝合金中，由于合金成分或化合物中密度大的成分会沉淀于铸件下部，密度小的成分上浮于上部。例如为了细化晶粒而添加Ti这种难熔金属与Al形成高熔点的片状化合物Al₃Ti会较早的从合金液中结晶出来，当长成较大时就容易下沉产生局部规程的密度偏析，偏析较严重时可在铸件断口上看到表面平整的白亮灰的化合物，过共晶的Al-Si铝合金中粗大的初生硅由于密度较小也容易形成偏析。

另外当这种合金液在浇注前由于搅拌不均匀而引起共晶偏析，在共晶硅集中处，硬度高脆性大，加工刀具磨损大；共晶硅少的部位形成α(Al)固溶体软点，强度低，加工时不仅粘刀，恶化加工性能，在切削力的作用下会使α(Al)固溶体变形导致加工面出现白斑。当ZL108(ZAlSi12Cu2Mg1)铝合金中含镁量小于0.6％(质量分数)时，加工表面也容易出现白斑。

再有Al-Si-Cu铝合金中Cu元素的偏析引起局部区域出现粗大的Al₂Cu相并沿晶呈网状分布，就算采用热处理不能将其完全溶解于α(Al)固溶体而保留于晶间，从而使得该种合金脆性增加。

同时，在采用这种铝合金进行铸造时，铸造完成的铸件中常出现各种夹杂，主要有氧化物夹杂、造型材料和熔剂夹渣等。其中，以铝氧化物夹杂最为普遍。尤其在含Mg的铝合金中，多数夹杂为氧化铝和氧化镁的混合物，所以在铝合金熔炼过程中，氧化物夹杂的含量是反映铝液冶金质量的重要标质之一。

由此可见：目前的铝合金材料除了熔铸大型锭坯时的成形性能较差外，大型锭坯在热处理过程的淬透性不高、耐回火性较差和不能满足更高的力学性能要求或某些特殊性能(如耐热、耐蚀)等，也是重大缺陷。这些缺陷使其在工程技术领域替代钢制品等重强材料和结构的进程中形成了难以跨越的技术断点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高强度铝合金，能够克服现有铝合金性能的不足，提高其强韧性、成形性和淬透性，为高效深加工提供高端基材。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高强度铝合金，以质量百分比计，包括0.7～1.3％的Si，小于等于0.5％的Fe，小于等于0.1％的Cu，0.4～0.8％的Mn，0.4～0.8％的Mg，小于等于0.2％的Zn，小于等于0.2％的Ti，1.8～2.8％的Co，0.21～0.33％的N，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.15％。

本发明还提供所述高强度铝合金的制备方法，以复合处理方式加入Co₂N，包括以下步骤：

步骤一：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化；

步骤二：加入占总产品质量百分比0.7～1.3％的Si，小于等于0.5％的Fe，小于等于0.1％的Cu，0.4～0.8％的Mn，0.4～0.8％的Mg，小于等于0.2％的Zn，小于等于0.2％的Ti，使之完全溶解和熔化；

步骤三：精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤四：使用氮气或惰性气体或氮气与惰性气体任意比例的混合气体对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比2.01～3.13％的Co₂N粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使Co₂N在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，沿以下两种流程分别进行不同制品的铸造生产。

流程一：沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。

流程二：转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。

本发明在变形铝合金中加入1.8～2.8％的Co和0.9～1.4％的N元素，可以在合金凝固过程中有效增加异质形核核心，从而达到晶粒细化的效果，增强合金强度；并且加入的元素可以促进形成间隙原子和间隙相，高温时在α(Al)固溶体中溶解度大，而在室温时很小，从而使合金具有较高的可热处理性质，热处理后，其强度和硬度都有很大程度的提高。

在本合金未经加入上述元素之前，熔体中除形成各种元素的共溶体之外，还含有下列一些金属间形成的化合物相：