專利名稱：一種高性能粉末冶金耐熱鋁合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金新成形工藝和鋁合金相結(jié)合的材料成形領(lǐng)域。用高速壓制的成形方法與粉末冶金鋁合金熱處理工藝相結(jié)合，制備Al-Fe-Cr-Ti耐熱鋁合金。本發(fā)明主要用于汽車零件，如齒輪、活塞等。提供高速壓制工藝、粉末冶金鋁合金材料成分和熱處理工藝的設(shè)計(jì)方案。涉及耐熱鋁合金各組成成分的設(shè)計(jì)以及粉末冶金鋁合金熱處理工藝。
背景技術(shù)：
隨著汽油價(jià)格的上漲和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，汽車輕量化越來越多的引起人們的關(guān)注，汽車上的一些鐵基材料正在被鋁基材料所取代。汽車輕量化為高比強(qiáng)度的鋁基合金件的應(yīng)用提供了工業(yè)化前景。特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)傳送系統(tǒng)方面，零部件的輕量能顯著改善汽車的性能，并降低能耗。傳統(tǒng)鑄造鋁基合金由于存在成分偏析，無法滿足材料高性能的要求，而粉末冶金件普遍具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)①能夠避免成分的偏析，保證合金具有均勻的組織和穩(wěn)定的性能；②能利用金屬和金屬、金屬和非金屬(包括一些高熔點(diǎn)的材料)的組合效果，生產(chǎn)各種特殊性能的材料。粉末冶金鋁合金件除具有上述優(yōu)點(diǎn)之外，還具有如下特性①密度低(Al 的密度為 2. 70 g/cm3)，約為 Fe (7. 874 g/cm3)和 Cu (8. 96 g/cm3)的 1/3不需要做防銹處理，因?yàn)锳l表面極易形成一層氧化膜，進(jìn)而起到防護(hù)作用，相對于需要防護(hù)涂層的零件節(jié)省了生產(chǎn)成本；③有較強(qiáng)的吸能性，在撞車時(shí)比鋼制零件多吸收50%以上的沖擊能，從而減少對人員的傷害，同時(shí)提高安全性和乘坐舒適性。由于粉末冶金鋁合金具有低密度、高比強(qiáng)、高耐磨性和耐腐蝕性的特點(diǎn)，表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而由于各種因素的影響，其開發(fā)利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于Fe、Cu系合金。這些制約因素主要包括①Al活性高，在快速凝固制粉的過程中，不可避免地形成一層致密的氧化膜，在壓制和燒結(jié)過程中，這層氧化膜使合金元素的相互擴(kuò)散受到阻礙，不利于其冶金粘結(jié)；②粉末價(jià)格高、缺少專有生產(chǎn)技術(shù)。這些制約因素，曾經(jīng)限制了粉末冶金的鋁合金的發(fā)展，粉末冶金鋁合金經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了許多新的突破。在材料種類上有Al-Si-X耐磨合金、Al-Fe-X耐熱合金、聞強(qiáng)合金、招復(fù)合材料等等。粉末冶金招合金整體水平有了很大的提聞，在成形方法上有噴射成形、壓制燒結(jié)、熱擠壓、冷等靜壓等等。目前主要存在的問題是缺少商業(yè)粉末冶金鋁合金牌號(hào)，所以提高適用的鋁基粉末冶金件的性能并有效地降低其成本，開發(fā)出商業(yè)可用的粉末冶金鋁合金牌號(hào)，是研究發(fā)展的方向。當(dāng)前壓制燒結(jié)由于工藝簡單，降低了成本，材料性能優(yōu)越，顯現(xiàn)出很強(qiáng)的優(yōu)勢。D P Bishop研究了用傳統(tǒng)壓制方法制備了鋁硅合金，取得了一定成果，只是合金密度還待提高[W. G. E. Mosher, G. J. Kippouros, ff. F. Caley,
I.W. Donaldson, D.P. Bishop, On hot deformation of aluminium - silicon powdermetallurgy alloys. Powder Metal.，54(2011)，No. 3，P. 366.]。高速壓制主要的優(yōu)點(diǎn)就是有效提高生坯密度，在這種情況下，研究粉末冶金鋁合金高速壓制及燒結(jié)工藝，對于汽 車工業(yè)用高效節(jié)能粉末冶金鋁合金件的發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于采用用粉末冶金新工藝-高速壓制成形方法，制備鋁合金，有效降低合金中元素的偏析，提高材料的性能，通過加入過渡族元素來提高鋁合金的耐熱性倉泛。一種高性能粉末冶金耐熱鋁合金的制備方法，其特征是采用粉末冶金高速壓制，然后進(jìn)行燒結(jié)和熱處理。具體工藝步驟為
I采用快速凝固的方法制備鋁合金粉，各種元素的成分含量分別是鐵4. 0-5. 8%、鉻3. 6-5. 0%、Ti3. 3-4. 8%，余量為鋁。2壓制采用粉末冶金高速壓制，壓制成形設(shè)備為HYP35-2型高速?zèng)_擊成形壓機(jī)，壓制能量為600-2000J，生坯壓制密度最高可達(dá)2. 76g/cm3。
3燒結(jié)溫度為610°C 650°C，保溫時(shí)間為20min 60min。4燒結(jié)氣氛采用氮?dú)?、氬氣和真空?固溶處理溫度為480°C 520°C。6淬火采用水淬、空冷、隨爐冷 7退火
8時(shí)效處理采用自然時(shí)效。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于霧化粉經(jīng)過高速壓制強(qiáng)大的沖擊能量，可以有效的提高合金的生坯密度，降低合金元素的偏析。液相燒結(jié)使得合金元素?cái)U(kuò)散充分，Cr、Ti有助于細(xì)化晶粒，鐵提高合金的熱穩(wěn)定性。制備方法簡單，高效，合金比傳統(tǒng)合金有很好的拉伸強(qiáng)度、延展性、耐熱性能。


圖I為本發(fā)明設(shè)計(jì)的耐熱鋁合金組織形貌。圖2為本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋁合金粉末的形貌。
具體實(shí)施例方式實(shí)驗(yàn)過程中，用到的原料粉為氣霧化方法制備。高速壓制成形設(shè)備為HYP35-2型高速?zèng)_擊成形壓機(jī)。
實(shí)施例I
將霧化鋁合金粉末加入高速壓機(jī)的料穴中，采用自動(dòng)模式的單次壓制，壓制能量為2000J，壓坯在620°C的燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)并保溫30min，燒結(jié)氣氛選擇高純氮?dú)猓缓箅S爐冷卻至室溫。按照T6工藝進(jìn)行熱處理。實(shí)施例2
將霧化鋁合金粉末加入高速壓機(jī)的料穴中，采用自動(dòng)模式的單次壓制，壓制能量為2000J，壓坯真空狀態(tài)下在620°C的燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)并保溫30min，然后隨爐冷卻至室溫。按照T6工藝進(jìn)行熱處理。實(shí)施例3
將霧化鋁合金粉末加入高速壓機(jī)的料穴中，采用自動(dòng)模式的單次壓制，壓制能量為2000J，壓坯在620°C的燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)并保溫30min，在氫氣氣氛保護(hù)下。然后隨爐冷卻至室溫。按照T6工藝進(jìn)行熱處理。實(shí)施例4
將霧化鋁合金粉末加入高速壓機(jī)的料穴中，采用自動(dòng)模式的單次壓制，壓制能量為2000J，在高純氮?dú)鈿夥盏谋Ｗo(hù)下 ，壓坯在600°C的燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)并保溫30min，然后隨爐冷卻至室溫。按照T6工藝進(jìn)行熱處理。
權(quán)利要求
1. 一種粉末冶金耐熱鋁合金的制備方法，其特征是具體工藝步驟為1)、采用快速凝固的方法制備鋁合金粉，各種元素的成分含量分別是鐵4.0-5. 8%、鉻3.6-5. 0%、Ti3. 3-4. 8%，余量為鋁； 2)、壓制采用粉末冶金高速壓制，壓制成形設(shè)備為HYP35-2型高速?zèng)_擊成形壓機(jī)，壓制能量為600-2000J，生坯壓制密度最高達(dá)2. 783g/cm3 ； 3)、燒結(jié)溫度為610°C 650°C，保溫時(shí)間為20min 60min； 4)、燒結(jié)氣氛采用氮?dú)?、氬氣和真空? 5)、固溶處理溫度為480°C 520°C； 6)、淬火采用水淬、空冷、隨爐冷； 7)、退火； 8)、時(shí)效處理采用自然時(shí)效。
全文摘要
一種粉末冶金耐熱鋁合金的制備方法，屬于粉末冶金新成形工藝和鋁合金相結(jié)合的材料成形領(lǐng)域。采用用粉末冶金新工藝-高速壓制成形方法，制備鋁合金，有效降低合金中元素的偏析，提高材料的性能，通過加入過渡族元素來提高鋁合金的耐熱性能。主要用于汽車零件，如齒輪、活塞等。霧化粉經(jīng)過高速壓制強(qiáng)大的沖擊能量，可以有效的提高合金的生坯密度，降低合金元素的偏析。液相燒結(jié)使得合金元素?cái)U(kuò)散充分，Cr、Ti有助于細(xì)化晶粒，鐵提高合金的熱穩(wěn)定性。制備方法簡單，高效，合金比傳統(tǒng)合金有很好的拉伸強(qiáng)度、延展性、耐熱性能。
文檔編號(hào)C22C1/04GK102676958SQ20121011251
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者關(guān)佳, 原現(xiàn)杰, 尹海清, 曲選輝 申請人:北京科技大學(xué)