[发明专利]一种Al-Mg系铸造耐热铝合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种Al‑Mg系铸造耐热铝合金的制备方法，按照质量百分比计算，铸造铝合金的组成包括以下组分：Mg：4.5‑10.0％，Ca：0.5‑4.0％，Sc：0.20‑0.55％，Zr：0.10‑0.25％，Mn：0.40‑0.60％，其余为Al和不可避免引入的杂质元素；其中，添加的Ca、Sc、Zr通过熔炼凝固在Al‑Mg合金中形成网状或半网状的Al₄Ca增强相，再经过热处理析出Al₃(Sc,Zr)纳米颗粒增强相；制备方法包括以下具体步骤：步骤一、将铸造铝合金的原料经熔炼炉熔炼，再金属型模具浇铸；熔炼温度为730‑760℃；其中，铸造铝合金的原料是指含有上述元素及相应含量的原料。步骤二、铸件在热处理炉中经过250‑400℃保温2‑16h热处理，然后空冷，获得Al‑Mg系铸造铝合金。本发明具有高比强、高耐热等优点。

技术领域

本发明属于铝合金铸造技术领域，涉及一种Al-Mg系铸造铝合金，尤其涉及一种Al-Mg系铸造耐热铝合金的制备方法。

背景技术

铸造铝合金作为轻质金属结构材料，具有密度小，比强度、比刚度高，切削加工性好，铸造性能优良和易于回收等优点，符合当前社会对材料轻量化和绿色环保的要求。铸造耐热铝合金以其优良的抗高温性能和成形性能，在发动机的活塞、缸套、连杆、箱体、缸盖等苛刻服役环境下的关键零部件领域起着至关重要的作用。随着科技技术的发展，对铸造耐热铝合金的耐高温性能要求越来越高。

目前对Al-Si、Al-Cu系铸造耐热合金的开发和改进较多，比如通过优化合金成分、热处理工艺，调控合金基体组织的晶粒度以及形成纳米尺度热稳定析出相；将稀土元素或过渡族金属元素作为主体元素加入到铸造铝合金中等等。如申请号为201811512875.4的发明公开了一种高Fe含量的Al-Si-Cu-Mn耐热铝合，经过合理的固溶和时效处理后具有高温强度高和高温持久性能好的优势。申请号为201711465442.3的发明公开在Al-Si-Mg铸造合金中添加Zr、Y、Ti、B元素，获得合金经过280℃～550℃热处理，最大抗拉强度可以达到330MPa，合金在280℃下加热1小时后，强度不降反升，在400℃加热1小时后，强度保持不变，展现了优良的耐热性能。申请号为201810160568.8的发明公开通过添加Ag、Mn、V、Ti，控制Cu/Mg比，以及铁的含量，可以制备大规格耐热性能、室温力学性能和切削加工性能良好铸的件。

Al-Mg系铸造合金主要是常温、以及低于200℃较高温环境用铝合金，目前对Al-Mg系合金的研究主要在Al-Mg变形合金及通过稀土元素改善合金室温性能及耐蚀性，对提高Al-Mg系铸造合金高温性能的研究还比少。比如申请号为专利号201710866809.6的发明公开通过在Al-Mg系合金中添加2～3％的合金元素Ag，合金经熔炼、铸造、均匀化、轧制后，可以通过时效强化的方式在合金中析出均匀细小的Mg₃₂(Ag,Al)₄₉纳米强化相，使得合金的室温抗拉强度最大可达550MPa以上，屈服强度大于390MPa，且合金的延伸率大于10％。

发明内容

本发明提供一种通过添加合金化元素Ca形成网状/半网状新型高耐热Al₄Ca增强相，协同Sc、Zr形成纳米颗粒增强相，在Al-Mg铸造合金中形成多相跨尺度增强相以提高合金抗高温性能的方法，以克服现有技术的缺陷。