專利名稱：一種鋁鎂鈦硼合金及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別是涉及一種強度高、性能穩(wěn)定的鋁鎂鈦硼合金及其制備工藝。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的鑄造鋁鎂二元合金中，鎂是合金的主要組元，其在鋁中有很大的固溶度，且鎂原子半徑比鋁大13％，鎂大量溶入α(Al)固溶體后，就使α的晶格產(chǎn)生較大的畸變，故鋁鎂合金有很高的固溶強化作用。隨著鎂含量的增加，合金的機械性能亦顯著增加，但當鎂量大于12％時，由于在通常生產(chǎn)中的熱處理條件下，合金組織中的β(Mg2Al3)相不能完全溶入α，使其機械性能大大下降，故合金中含鎂量一般不超過11.5％。合金牌號為ZAlMg10的化學(xué)成分為(質(zhì)量比)鎂9.5-11.0％，余量為鋁。此合金機械性能的穩(wěn)定性較差，合金淬火后在長期使用過程中會發(fā)生自然時效，β相沿境界不斷析出長大，使塑性大大下降，當溫度超過100℃時，時效過程將大大加快，故此合金不適于在高溫下工作。此外此合金還有較顯著的應(yīng)力腐蝕傾向。因為自然時效過程在應(yīng)力作用下將顯著加速，而在晶界析出脆性β相，使合金沿晶界產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種強度高、韌性好、機械性能穩(wěn)定的鋁鎂鈦硼合金及其制備工藝。
本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的一種鋁鎂鈦硼合金，含有鋁、鎂、鈦元素，其特征是它還含有硼元素，各組分的質(zhì)量百分比為鎂9.5-13.5％，鈦0.2-0.4％，硼0.04-0.08％，其余為鋁。
上述鋁鎂鈦硼合金的制備工藝，其特征是包括以下步驟(1).使用電阻坩堝爐，采用鑄鐵或鑄鋼坩堝，為了防止?jié)B鐵，在坩堝的表面涂上一層涂料，涂料成份為滑石粉+水玻璃；(2).按照鎂9.5-13.5％，鈦0.2-0.4％，硼0.04-0.08％，其余為鋁的質(zhì)量百分比計算并稱取純鋁、純鎂、鋁鈦硼中間合金作為原料；(3).將坩堝隨電阻爐一起升溫到600℃，然后將由氯化鎂和氯化鉀組成的覆蓋劑和純鋁加入坩堝中，將電阻爐升溫至690℃保溫；(4).待純鋁熔化后將鋁鈦硼中間合金及鎂塊一同加入坩堝中，鎂塊要用鐘罩壓入坩堝底部，直至其完全熔化；(5).保溫5分鐘之后，加入氯化鋁或氯化鋅進行除氣精煉，除氣時鐘罩在熔液中緩慢移動以便精煉完全；(6).精煉結(jié)束后，靜置5分鐘，在640-675℃間扒渣澆注。
上述鋁鎂鈦硼合金的制備工藝，其特征是步驟(2)中，純鋁中鋁含量≥99.7％，純鎂中鎂含量≥99.95％；鋁鈦硼中間合金中各成分的質(zhì)量百分比為鈦5％，硼1％，其余為鋁。
上述鋁鎂鈦硼合金的制備工藝，其特征是步驟(3)中所用覆蓋劑的加入量為爐料總質(zhì)量的3-4％，覆蓋劑中各組分的質(zhì)量百分比為氯化鎂60％，氯化鉀40％；步驟(5)中氯化鋁或氯化鋅的加入量為爐料總質(zhì)量的0.15-0.2％。
與ZAlMg10相比，本發(fā)明合金強度高，鑄態(tài)下抗拉強度可達215MPa以上，澆注好的鑄件進行T4熱處理之后抗拉強度達到340MPa，提高均在15％以上，斷后伸長率可達12％。添加的合金化元素鈦和硼組成鈦硼化合物彌散分布于晶界，能有效的抑制β相的析出，提高了合金機械性能的穩(wěn)定性。該合金中雜質(zhì)總含量＜0.85％，其中Fe＜0.3％；Si＜0.3％；Cu＜0.1％；Mn＜0.15％。
具體實施例方式
下面給出本發(fā)明的三個最佳實施例實施例一制備20Kg含鎂10％、鈦0.2％、硼0.04％，余量為鋁的鋁鎂鈦硼合金，制備工藝如下(1).采用電阻坩堝爐，鑄鋼坩堝；(2).原料配制鋁塊(鋁≥99.7％)；鎂塊(鎂≥99.95％)；鋁鈦硼中間合金(Al-5Ti-1B)；由于鈦和硼存在于同一種中間合金里，所以計算所需含量時，只須計算一種元素的即可，本實例以鈦元素計。參考《鑄造手冊》(第3卷，鑄造非鐵合金，第2版，機械工業(yè)出版社，2001.10，P187-188)及經(jīng)驗確定合金元素的燒損量，鋁1.5％，鎂20％，鈦1％，硼0.5％。
加入量計算公式X=M×AC×(1-E)]]>式中M為熔煉合金總質(zhì)量；A為合金中應(yīng)含某種元素的百分數(shù)；C為中間合金或合金錠中所含某種元素的百分數(shù)；E為某種元素的燒損量；X為加入某種元素或中間合金的總質(zhì)量。
在實例中，M＝20Kg；AMg％＝10％；Ti％＝0.2％；B％＝0.04％；Al％＝89.64％；CMg％＝99.95％；Ti％＝5％；B％＝1％；Al％＝99.7％；EAl1.5％，Mg20％，Ti1％，B0.5％。則XMg=20×10%99.95%×(1-20%)=2.50Kg]]>XAl-Ti-B=20×0.2%5%×(1-1%)=0.81Kg]]>XAl=20×89.76%99.7%×(1-1.5%)=18.28Kg]]>鋁鈦硼中間合金帶入的純鋁的質(zhì)量為0.81×94％＝0.76Kg所以，需加純鋁的質(zhì)量為18.28-0.76＝17.52Kg；(3).將坩堝隨電阻爐一起升溫到600℃，加入覆蓋劑730克、純鋁17.52千克，升溫至690℃保溫；(4).純鋁熔化后加入鋁鈦硼中間合金0.81千克和鎂塊2.50千克，鎂塊用鐘罩壓入坩堝底部，直至其完全熔化；(5).保溫5分鐘后，加入氯化鋅精煉劑40克進行除氣精煉，除氣時鐘罩在熔液中緩慢移動以便精煉完全；(6).精煉結(jié)束后，靜置5分鐘，660℃下扒渣澆注。
所得合金成份為鎂10％；鈦0.2％；硼0.04％；雜質(zhì)總含量＜0.85％，余量為鋁。鑄態(tài)下合金的抗拉強度為221MPa，T4處理后抗拉強度為354MPa，斷后伸長率為13％，合金化元素鈦和硼能形成彌散分布的鈦硼化合物質(zhì)點能夠抑制β相的析出，從而提高了合金機械性能的穩(wěn)定性。
實施例二制備20Kg含鎂13％、鈦0.4％、硼0.08％，余量為鋁的鋁鎂鈦硼合金采取與實施例一相同的工藝步驟，其中步驟(2)算得的各原料加入量為純鎂3.25千克，鋁鈦硼中間合金1.62千克，純鋁16.10千克；步驟(5)中加入氯化鋁40克進行除氣精煉。
所得合金成份為鎂13％；鈦0.4％；硼0.08％；雜質(zhì)總含量＜0.85％，余量為鋁。鑄態(tài)下合金的抗拉強度為230MPa，T4處理后抗拉強度為365MPa，斷后伸長率為12％。
實施例三配制20Kg含鎂量11.5％，含鈦量0.3％，含硼量0.06％，余量為鋁的鋁鎂鈦硼合金采取與實施例一相同的工藝步驟，其中步驟(2)算得的各原料加入量為純鎂2.88千克，鋁鈦硼中間合金1.22千克，純鋁16.80千克。
所得合金成份為鎂11.5％；鈦0.3％；硼0.06％；雜質(zhì)總含量＜0.85％，余量為鋁。鑄態(tài)下合金的抗拉強度為226MPa，T4處理后抗拉強度為357MPa，斷后伸長率為12％。
權(quán)利要求
1.一種鋁鎂鈦硼合金，含有鋁、鎂、鈦元素，其特征是它還含有硼元素，各組分的質(zhì)量百分比為鎂9.5-13.5％，鈦0.2-0.4％，硼0.04-0.08％，其余為鋁。
2.權(quán)利要求1所述鋁鎂鈦硼合金的制備工藝，其特征是包括以下步驟(1).使用電阻坩堝爐，采用鑄鐵或鑄鋼坩堝，為了防止?jié)B鐵，在坩堝的表面涂上一層涂料，涂料成份為滑石粉+水玻璃；(2).按照鎂9.5-13.5％，鈦0.2-0.4％，硼0.04-0.08％，其余為鋁的質(zhì)量百分比計算并稱取純鋁、純鎂、鋁鈦硼中間合金作為原料；(3).將坩堝隨電阻爐一起升溫到600℃，然后將由氯化鎂和氯化鉀組成的覆蓋劑和純鋁加入坩堝中，將電阻爐升溫至690℃保溫；(4).待純鋁熔化后將鋁鈦硼中間合金及鎂塊一同加入坩堝中，鎂塊要用鐘罩壓入坩堝底部，直至其完全熔化；(5).保溫5分鐘之后，加入氯化鋁或氯化鋅進行除氣精煉，除氣時鐘罩在熔液中緩慢移動以便精煉完全；(6).精煉結(jié)束后，靜置5分鐘，在640-675℃間扒渣澆注。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁鎂鈦硼合金的制備工藝，其特征是步驟(2)中，純鋁中鋁含量≥99.7％，純鎂中鎂含量≥99.95％；鋁鈦硼中間合金中各成分的質(zhì)量百分比為鈦5％，硼1％，其余為鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述鋁鎂鈦硼合金的制備工藝，，其特征是步驟(3)中所用覆蓋劑的加入量為爐料總質(zhì)量的3-4％，覆蓋劑中各組分的質(zhì)量百分比為氯化鎂60％，氯化鉀40％；步驟(5)中氯化鋁或氯化鋅的加入量為爐料總質(zhì)量的0.15-0.2％。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別是涉及一種強度高、性能穩(wěn)定的鋁鎂鈦硼合金及其制備工藝。該合金化學(xué)成分為(質(zhì)量比)鎂9.5－13.5％；鈦0.2－0.4％；硼0.04－0.08％；其余為鋁。原料在電阻坩堝爐中配制，熔煉溫度為690℃，澆注溫度為640－675℃；待純鋁熔化后，將鋁鈦硼中間合金與鎂塊一同加入鋁液中。制備的鋁鎂鈦硼合金具有高的抗拉強度，良好的韌性,并且機械性能穩(wěn)定性高，雜質(zhì)總含量＜0.85％，其中鐵＜0.3％；硅＜0.3％；銅＜0.1％；錳＜0.15％?？梢詽M足承受中、大載荷的結(jié)構(gòu)件的要求。
文檔編號C22C1/02GK1657641SQ20051004205
公開日2005年8月24日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者邊秀房, 尹奎波, 任延濤 申請人:山東大學(xué)