[发明专利]一种高Fe含量的挤压铸造再生铝镁合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高Fe含量的挤压铸造再生铝镁合金及其制备方法，其成分及质量百分比为：Mg 3.0‑5.0％，Fe 0.3～0.9％，Mn 0.5‑0.8％，Ti 0.1～0.2％，B 0.005～0.02％，杂质元素不超过0.15％，其余为Al。挤压铸造形成了致密、细小的富铁相不仅对合金塑性的影响大幅降低，同时也提高合金强度。本发明通过挤压铸造，制备了一种中等强度高塑性、无需热处理的再生铝镁合金材料。其制备方法具有工艺简单，成本低等优点。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种高Fe含量的挤压铸造再生铝镁合金及其制备方法。

背景技术

Al-Mg系铝合金具有密度小、比强度高、成形性好、耐腐蚀、可焊性好等优良性能，广泛应用于交通、电子、通信等领域。然而，Al-Mg系铝合金因其较差的熔铸性能和较低的强度，限制了在交通领域安全结构件的使用。

目前，我国有三种常用的铸造铝镁合金牌号，分别为ZL301、ZL302和ZL305，其中ZL305的综合力学性能最好，T4热处理态下的抗拉强度为300MPa，断后伸长率为9％，但Mg含量高达7.5～9％，Mg元素氧化烧损严重，且自然时效硬化趋势明显。近年来，关于研究铸造铝镁合金的材料方面的报道越来越多。在中国专利CN105063440A中记载了一种镁含量为9.3-9.8％，铁含量小于0.15％的铸造铝镁合金，热处理后该合金具有较好的力学性能，抗拉强度≥400MPa，伸长率≥13％。但该合金的镁含量高，熔铸性能差，同时热处理提高了成本。另外，在中国专利CN104561699A记载了一种镁含量为3.8-4.5％，铁含量为0.01-0.02％的高强度铸造铝镁合金材料，其抗拉强度为300～400MPa，伸长率为12～14％。但该合金中加入了Sm、Nd和Y等价格昂贵的稀土材料，且严格控制铁含量，使得成本增加且熔炼工艺复杂。

再生铝具有能耗低等优点，具有良好的环境和社会效益，铝合金在回收过程中会引入一些不可避免的有害元素。其中Fe是再生铝中最为常见的杂质元素，形成硬脆的富铁金属间化合物，极大降低合金的力学性能。然而，Fe并不总是有害的，Fe在铸造铝合金中可防止粘膜，最近研究发现在铸造铝镁合金中Fe可以提高合金的强度，并保留较高的伸长率。因此，如何将Fe元素变废为宝，对实现资源的重复利用具有重要的价值意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提出一种低成本，具有中等强度高塑性，无需热处理，适合于挤压铸造成型的再生铝镁合金材料及制备方法。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种高Fe含量的挤压铸造再生铝镁合金，其成分及质量百分比为：Mg3.0-5.0％，Fe 0.3～0.9％，Mn 0.5-0.8％，Ti 0.1～0.2％，B 0.005～0.02％，杂质元素不超过0.15％，其余为Al。严格控制其他杂质元素，提高合金的力学性能。

优选的，所述挤压铸造再生铝镁合金中Fe、Mn完全形成共晶Al6(Fe,Mn)相。进一步优选的，所述完全形成共晶Al₆(Fe,Mn)相通过热力学软件计算Al-Mg-Fe-Mn-B的平衡凝固相图确定。

一种高Fe含量的挤压铸造再生铝镁合金的制备方法，包括以下步骤：

以含Fe、Mn杂质元素的Al-Mg再生铝为主要原材料，以Mn添加剂、Al-Ti中间合金、Al-B中间合金、工业纯铝和纯镁为辅助材料；

(1)在熔炼炉中加入再生铝，并升温至750～800℃熔化；

(2)向步骤(1)所述熔化的再生铝中先加入Mn添加剂、Al-Ti中间合金，随后加入工业纯铝、纯镁、Al-B中间合金，辅料混合熔化后再降低熔体温度至700～720℃；

(3)以高纯氮气为载体将精炼剂喷入步骤(2)的熔体中，静置10～30分钟后扒渣；

(4)挤压铸造制备中强高韧铸造铝合金铸件。