本發(fā)明涉及金屬材料冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含硅高強度鋁合金及其生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

鋁合金是工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中已大量應用。工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之伸入，目前鋁合金也是應用最多的合金。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機械性能、物理性能和抗腐蝕性能。硬鋁合金屬al-cu-mg系列，一般含有少量的mn，可熱處理強化，其特點是硬度大，但塑性較差。超硬鋁屬al-cu-mg-zn系，可熱處理強化，是室溫下強度最高的鋁合金，但耐腐蝕性差，高溫軟化快。鍛鋁合金主要是al-zn-mg-si系合金，雖然加入元素種類多，但是含量少，因而具有優(yōu)良的熱塑性，適宜鍛造，故又稱鍛造鋁合金。

鋁合金具有密度小、比強度和比剛度較高、耐蝕性好及導電導熱性優(yōu)良、回收容易、低溫性能好等特點，廣泛應用于交通運輸、航空航天、電子電器等領(lǐng)域。鋁合金的主要合金元素有硅、銅、鎂、鋅等，不同的合金元素及其用量對合金的組織性能都有不同的影響。

al-zn-mg-cu系鋁合金是20世紀60年代以航空航天用材為背景研制并發(fā)展起來的一類高性能鋁合金，具有輕質(zhì)、高強度、高韌性和低成本等一系列優(yōu)點，廣泛應用于航空、交通運輸、艦艇和兵器等領(lǐng)域，具有極高的應用價值。然而傳統(tǒng)的al-zn-mg-cu系鋁合金的強度還有待提高，且鋁合金的綜合性能不佳。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種含硅高強度鋁合金及其生產(chǎn)工藝，通過合理調(diào)節(jié)合金中各物質(zhì)的含量，提高鋁合金的強度。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種含硅高強度鋁合金，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，該鋁合金含有以下元素：si5.23～9.76％，zn4.1～4.6％，mn0.2～1.5％，mg1.5～2.8％，sn0.08～1.62％，w0.05～0.28％，ti0.36～0.81％，碳0.56～1.12％，稀土元素0.08～0.16％，其余為al和不可避免的雜質(zhì)。

通過添加w、mn，在體系中形成了鋁化物彌散相，多種鋁化物彌散相協(xié)同后，具有細化鑄態(tài)晶粒，強化釘扎位錯的作用，從而顯著提高了鋁合金型材的再結(jié)晶溫度，降低了晶粒的再結(jié)晶，并克服了淬火敏感問題，改善了鋁合金型材的強度、斷裂韌性和抗應力腐蝕性。

鋁合金中，影響鋁合金性能的最重要因素就是合金中各元素的配比，為了進一步提高鋁合金的強度，優(yōu)選的，以鋁合金的總量為基準，按重量百分比計，所述高強度高韌性鋁合金含有以下元素：si6.21～8.54％，zn4.1～4.6％，mn0.2～1.5％，mg1.5～2.8％，sn0.08～1.62％，w0.05～0.28％，ti0.52～0.61％，碳0.56～1.12％，稀土元素0.08～0.16％，其余為al和不可避免的雜質(zhì)。

碳化物具有很高的硬度，為了提高鋁合金的強度，本發(fā)明在鋁合金中引入碳化物，碳化物的含量對鋁合金的性能影響很大，碳化物含量過少又不能起到強化鋁合金，提高鋁合金強度的作用，進一步的，所述鋁合金型材中含有碳化物，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述碳化物的含量為0.68～2.31％。

碳化物的種類對合金的影響也很大，進一步的，所述碳化物為碳化鈦和碳化硅中的至少一種，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述碳化硅的含量為0.43～1.55％，所述碳化鈦的含量為0.15～0.76％。

根據(jù)本發(fā)明，稀土金屬能與體系中的w、mn、ti的鋁化物形成新的多元彌散相，這種新的多元彌散相能強烈釘扎位錯和亞晶界，顯著抑制基體的再結(jié)晶，保留了以小角度晶界為主的纖維狀組織，從而改善了鋁合金型材的腐蝕性能，所述稀土元素為本領(lǐng)域技術(shù)人員所常知的稀土金屬，優(yōu)選的，所述稀土元素為鈧、釔、鈮、鑭系元素中的至少一種。

對本發(fā)明所述硅高強度鋁合金進行性能檢測，其抗壓強度為529.6～617.9mpa，塑性應變力為37.9～46.3％，硬度為48.6～69.5hbw。

本發(fā)明還提供一種上述含硅高強度鋁合金的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、錫礦、鎢礦加入熔煉爐中，升溫至礦料完全融化，在770～800℃下保溫6h～8h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入變質(zhì)劑，調(diào)整鋁合金熔液成分至si5.23～9.76％，zn4.1～4.6％，mn0.2～1.5％，mg1.5～2.8％，sn0.08～1.62％，w0.05～0.28％，碳0.56～1.12％，稀土元素0.08～0.16％；

(2)將得到的鋁合金熔液進行水平連鑄，得到鋁合金鑄錠；

(3)將鋁合金鑄錠升溫至355～365℃下保溫1～2h，繼續(xù)加熱至550～560℃，保溫30～60min，然后油冷至220～230℃，再空冷至室溫，再將鋁合金鑄錠升溫至140～150℃，保溫5～20h；

(4)將步驟(3)得到的鋁合金鑄錠在595～605℃下粗軋，再在520～530℃下細軋，得到含硅高強度鋁合金。

優(yōu)選的，在步驟(2)中，所述水平連鑄的溫度為790～800℃。

優(yōu)選的，所述水平連鑄的速度為70～80mm/min。

優(yōu)選的，所述變質(zhì)劑為鋁硅鈦合金，其中，以鋁硅鈦合金的總量為基準，按重量百分比計，所述鋁硅鈦合金中硅的含量為10～25.3％，鈦的含量為2.2～5.7％，其余為鋁。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為：

(1)通過在鋁合金中引入碳化物，提高鋁合金的硬度和合金的強度；

(2)通過添加w、mn、ti與鋁形成合金，在體系中形成了鋁化物彌散相，多種鋁化物彌散相協(xié)同后，具有細化鑄態(tài)晶粒，強化釘扎位錯的作用，從而顯著提高了鋁合金型材的再結(jié)晶溫度，降低了晶粒的再結(jié)晶，并克服了淬火敏感問題，改善了鋁合金型材的強度、斷裂韌性；

(3)加入稀土元素保留晶體中纖維狀組織，提高了耐鋁合金型材的腐蝕性能。

本發(fā)明的含硅高強度鋁合金中含有碳化物，碳化物具有硬度大、強度高的特點，從而提高鋁合金的強度和硬度，本發(fā)明的鋁合金抗壓強度達到617.9mpa，塑性應變力為37.9～46.3％，由于鋁合金材料的組分配比進行合理控制，使合金不需要低溫長時間時效工藝下，縮短了其生產(chǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

一種含硅高強度鋁合金，該鋁合金含有以下元素：si6.21％，zn4.1％，mn0.2％，mg1.5％，sn0.08％，w0.05％，ti0.52％，碳0.56％，鈧系元素0.08％，碳化硅0.43％，該鋁合金的生產(chǎn)工藝包括以下步驟：

(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、錫礦、鎢礦加入熔煉爐中，升溫至礦料完全融化，在770℃下保溫8h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入鋁硅鈦合金，所述鋁硅鈦合金中硅的含量為10％，鈦的含量為2.2％，其余為鋁，調(diào)整鋁合金熔液成份；

(2)將得到的鋁合金熔液進行水平連鑄，所述水平連鑄的溫度為790℃，速度為70mm/min，得到鋁合金鑄錠；

(3)將鋁合金鑄錠升溫至355℃下保溫2h，繼續(xù)加熱至550℃，保溫60min，然后油冷至220℃，再空冷至室溫，再將鋁合金鑄錠升溫至140℃，保溫20h；

(4)將步驟(3)得到的鋁合金鑄錠在595℃下粗軋，再在520℃下細軋，得到含硅高強度鋁合金。

實施例2

一種含硅高強度鋁合金，該鋁合金含有以下元素：si8.54％，zn4.6％，mn1.5％，mg2.8％，sn1.62％，w0.28％，ti0.61％，碳1.12％，鈮系元素0.16％，碳化硅1.55％，該鋁合金的生產(chǎn)工藝包括以下步驟：

(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、錫礦、鎢礦加入熔煉爐中，升溫至礦料完全融化，在800℃下保溫6h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入鋁硅鈦合金，所述鋁硅鈦合金中硅的含量為25.3％，鈦的含量為5.7％，其余為鋁，調(diào)整鋁合金熔液成份；

(2)將得到的鋁合金熔液進行水平連鑄，所述水平連鑄的溫度為800℃，速度為80mm/min，得到鋁合金鑄錠；

(3)將鋁合金鑄錠升溫至365℃下保溫2h，繼續(xù)加熱至560℃，保溫30min，然后油冷至230℃，再空冷至室溫，再將鋁合金鑄錠升溫至150℃，保溫5h；

(4)將步驟(3)得到的鋁合金鑄錠在605℃下粗軋，再在530℃下細軋，得到含硅高強度鋁合金。

實施例3

一種含硅高強度鋁合金，該鋁合金含有以下元素：si7.13％，zn4.4％，mn0.7％，mg1.8％，sn0.09％，w0.15％，ti0.57％，碳0.92％，鈮系元素0.09％，碳化硅0.45％，該鋁合金的生產(chǎn)工藝包括以下步驟：

(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、錫礦、鎢礦加入熔煉爐中，升溫至礦料完全融化，在780℃下保溫7h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入鋁硅鈦合金，所述鋁硅鈦合金中硅的含量為22.3％，鈦的含量為3.6％，其余為鋁，調(diào)整鋁合金熔液成份；

(2)將得到的鋁合金熔液進行水平連鑄，所述水平連鑄的溫度為790℃，速度為75mm/min，得到鋁合金鑄錠；

(3)將鋁合金鑄錠升溫至360℃下保溫1.5h，繼續(xù)加熱至555℃，保溫40min，然后油冷至225℃，再空冷至室溫，再將鋁合金鑄錠升溫至145℃，保溫10h；

(4)將步驟(3)得到的鋁合金鑄錠在600℃下粗軋，再在525℃下細軋，得到含硅高強度鋁合金。

實施例4

一種含硅高強度鋁合金，該鋁合金含有以下元素：si9.76％，zn4.6％，mn1.5％，mg2.8％，sn1.62％，w0.28％，ti0.81％，碳1.12％，鈧系0.12％，碳化硅0.68％，該鋁合金的生產(chǎn)工藝包括以下步驟：

(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、錫礦、鎢礦加入熔煉爐中，升溫至礦料完全融化，在800℃下保溫8h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入鋁硅鈦合金，所述鋁硅鈦合金中硅的含量為25.3％，鈦的含量為5.7％，其余為鋁，調(diào)整鋁合金熔液成份；

(2)將得到的鋁合金熔液進行水平連鑄，所述水平連鑄的溫度為800℃，速度為80mm/min，得到鋁合金鑄錠；

(3)將鋁合金鑄錠升溫至365℃下保溫2h，繼續(xù)加熱至550℃，保溫60min，然后油冷至230℃，再空冷至室溫，再將鋁合金鑄錠升溫至150℃，保溫15h；

(4)將步驟(3)得到的鋁合金鑄錠在605℃下粗軋，再在520℃下細軋，得到含硅高強度鋁合金。

實施例5

一種含硅高強度鋁合金，該鋁合金含有以下元素：si6.55％，zn4.2％，mn1.1％，mg1.8％，sn0.12％，w0.11％，ti0.57％，碳0.66％，鑭系元素0.12％，碳化硅1.24％，該鋁合金的生產(chǎn)工藝包括以下步驟：

(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、錫礦、鎢礦加入熔煉爐中，升溫至礦料完全融化，在790℃下保溫7h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入鋁硅鈦合金，所述鋁硅鈦合金中硅的含量為25.3％，鈦的含量為5.7％，其余為鋁，調(diào)整鋁合金熔液成份；

(2)將得到的鋁合金熔液進行水平連鑄，所述水平連鑄的溫度為790℃，速度為78mm/min，得到鋁合金鑄錠；

(3)將鋁合金鑄錠升溫至365℃下保溫1.5h，繼續(xù)加熱至555℃，保溫40min，然后油冷至225℃，再空冷至室溫，再將鋁合金鑄錠升溫至146℃，保溫14h；

(4)將步驟(3)得到的鋁合金鑄錠在595℃下粗軋，再在525℃下細軋，得到含硅高強度鋁合金。

對比例1

一種含硅高強度鋁合金，該鋁合金含有以下元素：si1.32％，zn4.1％，mn0.11％，mg1.5％，sn0.02％，w0.03％，ti0.55％，碳0.56％，釔系元素0.08％，碳化硅0.43％，該鋁合金的生產(chǎn)工藝包括以下步驟：

(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、錫礦、鎢礦加入熔煉爐中，升溫至礦料完全融化，在770℃下保溫8h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入鋁硅鈦合金，所述鋁硅鈦合金中硅的含量為25.3％，鈦的含量為5.7％，其余為鋁，調(diào)整鋁合金熔液成份；

(2)將得到的鋁合金熔液進行水平連鑄，所述水平連鑄的溫度為790℃，速度為70mm/min，得到鋁合金鑄錠；

(3)將鋁合金鑄錠升溫至365℃下保溫2h，繼續(xù)加熱至555℃，保溫50min，然后油冷至220℃，再空冷至室溫，再將鋁合金鑄錠升溫至150℃，保溫20h；

(4)將步驟(3)得到的鋁合金鑄錠在600℃下粗軋，再在525℃下細軋，得到含硅高強度鋁合金。

對比例2

一種含硅高強度鋁合金，該鋁合金含有以下元素：si2.46％，zn1.6％，mn0.5％，mg0.8％，sn1.62％，w0.02％，ti1.35％，碳1.12％，鈮系元素0.16％，碳化硅0.12％，該鋁合金的生產(chǎn)工藝包括以下步驟：

(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、錫礦、鎢礦加入熔煉爐中，升溫至礦料完全融化，在800℃下保溫6h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入鋁硅鈦合金，所述鋁硅鈦合金中硅的含量為25.3％，鈦的含量為5.7％，其余為鋁，調(diào)整鋁合金熔液成份；

(2)將得到的鋁合金熔液進行水平連鑄，所述水平連鑄的溫度為800℃，速度為80mm/min，得到鋁合金鑄錠；

(3)將鋁合金鑄錠升溫至365℃下保溫2h，繼續(xù)加熱至560℃，保溫30min，然后油冷至230℃，再空冷至室溫，再將鋁合金鑄錠升溫至150℃，保溫5h；

(4)將步驟(3)得到的鋁合金鑄錠在605℃下粗軋，再在530℃下細軋，得到含硅高強度鋁合金。

表1實施例1-5、對比例1-2的鋁合金相關(guān)性能

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。