本發(fā)明涉及再生鋁合金，特別是指一種再生鋁合金中富fe相的調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、從環(huán)境的角度來看，鋁的優(yōu)勢在于它的可回收性。由于電解鋁生產(chǎn)對能源需求大，環(huán)境影響大，而鋁回收利用的成本低，環(huán)境效益高。再生鋁的能源消耗低至原鋁生產(chǎn)能源消耗的5％，具有廣闊的應用前景。因此，如果再生鋁合金能恢復原鋁的力學性能，就可以實現(xiàn)鋁合金結(jié)構(gòu)件的綠色生產(chǎn)。然而，鋁合金在回收過程中，不可避免地會引入fe化物雜質(zhì)。并且隨著fe元素不斷的富集，組織中會形成針狀的β-al5fesi相，嚴重降低了構(gòu)件的力學性能，特別是結(jié)構(gòu)件的斷裂韌性和疲勞壽命。此外，粗大的針片狀β-fe還會阻礙凝固過程中枝晶間液態(tài)金屬的補縮，導致微孔的形成，從而進一步降低合金的疲勞性能。

2、為了解決這一問題，許多研究都集中在將有害的針狀β-al5fesi相轉(zhuǎn)化為危害較小的具有魚骨狀形貌的α-al15(fe,mn)3si2(α-fe)相。前期的研究結(jié)果表明，中和元素mn的添加能在一定程度上減少針狀β-fe的形成，這是由于mn元素與fe元素的原子半徑相似，可以在針狀的β-fe相中取代fe原子，進而促進β-al5fesi向α-al15(fe,mn)3si2相的轉(zhuǎn)變。研究證明，在mn:fe比為2:1的情況下，可以有效的將有害的β-fe轉(zhuǎn)化為α-al15(fe,mn)3si2相。

3、yu等人(g.j.yu,j.h.peng,advanced?materials?research?602-604(2012)590-593)發(fā)現(xiàn)當mn/fe比為2:1時，在熔化溫度為780℃，保溫時間為10分鐘的條件下，可以實現(xiàn)針狀的β-fe向魚骨狀α-fe的充分轉(zhuǎn)變。

4、xu等人(z.xu,x.zhang,h.wang,et?al.materials?characterization?168(2020))研究發(fā)現(xiàn)，當mn/fe質(zhì)量比達到2:1時，在含0.47wt.％fe的6061雙輥鑄軋薄板邊緣幾乎觀察不到針狀的β-fe，而沿晶界分布著大量細小的α-al12(fe,mn)3si2相，合金的抗拉強度和延伸率可達204.80mpa和17.83％。

5、tseng等人(c.tseng,s.lee,s.tsai,et?al.journal?of?materials?researchand?technology?17(9)(2002)2243-2250)報道了，在含0.30wt.％fe的a206合金中添加0.66wt.％mn，達到mn/fe比為2.2時，幾乎所有片狀的β-fe都完全轉(zhuǎn)化為魚骨狀的α-fe相。

6、然而，mn的過量添加實際上會導致合金中富fe相總體積分數(shù)的增加，這可能會抵消一部分由mn中和帶來合金塑性的提升。song等(d.f.song,y.l.zhao,z.wang,et?al.actametallurgica?sinica(english?letters)35(1)(2021)163-175)研究了不同mn添加量下al-7.0si-1.2fe合金中富fe相的演化，發(fā)現(xiàn)過量的mn添加增加了合金中粗大的α-al15(fe,mn)3si2相的體積分數(shù)，降低了合金的延展性。

7、因此，在有限的mn添加下(mn/fe值小于1：1)，并具有理想的β-fe改性效果，且不形成粗大的富fe相，是調(diào)控再生鋁合金組織性能的理想選擇。

8、目前，對al-si鑄造合金中富fe相影響的實驗研究較多，而al-fe-si金屬間化合物對變形鋁合金力學性能影響的實驗研究較少。為了優(yōu)化再生鋁合金中富fe相的尺寸和分布狀態(tài)，許多學者研究了生產(chǎn)加工各個步驟中富fe相的形成和演化。li等人(y.li,l.arnberg.materials?science?engineering:a347(1-2)(2003)130-135)發(fā)現(xiàn)均勻化處理過程中會發(fā)生富fe相的溶解斷裂和相轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。alexander等人(d.alexander,a.greer.materials?science?technology?21(8)(2005)955-960)觀察到了熱處理過程中富fe相的斷裂。hamerton等人(r.hamerton,h.cama,m.meredith.materials?scienceforum,trans?tech?publ,2000,pp.143-154)發(fā)現(xiàn)富fe相的形態(tài)對軋制過程中fe相的斷裂有顯著的影響。研究結(jié)果表明：鑄錠的均勻化處理不僅可以消除微觀偏析，而且可以促使組織中針狀的β-fe相轉(zhuǎn)變?yōu)轸~骨狀的α-fe相，這種轉(zhuǎn)變后的α-fe相利于改善合金后續(xù)的加工性能。

9、在軋制過程中，由于周圍基體的變形，合金中的第二相會受到局部的機械載荷，導致其斷裂，通過熱軋破碎粗大的富fe相是工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要發(fā)展。

10、因此，在有限的mn添加(mn/fe小于1：1)的情況下，亟需確定一種優(yōu)化的均勻化和熱變形工藝，以加速有害相β-fe的溶解和轉(zhuǎn)化，從而高效的對再生鋁合金中有害的β-fe相的形態(tài)、尺寸和分布進行調(diào)控，實現(xiàn)再生鋁合金組織性能的提升來滿足其商業(yè)應用的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實施例提供了一種再生鋁合金中富fe相的調(diào)控方法，在有限的mn添加情況下(mn/fe小于1：1)，通過優(yōu)化均勻化和熱變形工藝，能夠有效地將再生鋁合金中有害的針狀β-fe相轉(zhuǎn)變?yōu)轸~骨狀的α-fe相,且能夠有效調(diào)控富fe相的形態(tài)、尺寸和分布，達到細化合金組織，改善塑性加工的目的。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種再生鋁合金，由以下化學成分組成：按照質(zhì)量百分比計，si?0.50～0.70％，fe0.30～1.30％，cu?0.20～0.40％，mn?0.30～1.30％，mg?0.30～0.50％，cr?0.20～0.30％，zn?0.20～0.40％，ti?0.05～0.10％，余量為al和不可避免的雜質(zhì)，所述不可避免的雜質(zhì)的總量小于0.05％。

4、其中，優(yōu)選地，由以下化學成分組成：si?0.55～0.70％，fe?0.50～1.0％，cu0.30～0.40％，mn?0.50～1.0％，mg?0.40～0.50％，cr?0.20～0.25％，zn?0.20～0.30％，ti0.05～0.10％，余量為al和不可避免的雜質(zhì)，所述不可避免的雜質(zhì)的總量小于0.05％。

5、優(yōu)選的，再生鋁熔體中加入的mn元素與fe元素的質(zhì)量之比小于1：1。

6、優(yōu)選的，所述再生鋁合金的主要組織為魚骨狀的α-fe。

7、本發(fā)明還提供所述的一種再生鋁合金的制備和富fe相的調(diào)控方法，包括如下步驟：

8、s1、根據(jù)所述再生鋁合金成分進行原料配比稱重，并對原料進行預熱處理；

9、s2、將步驟s1中預熱后的原料加入電阻爐進行熔煉，引入除鋁鈦硼中間合金和可選的鋁鎂中間合金以外的中間合金，進行攪拌熔化，得到合金液；

10、s3、將所述合金液進行精煉、除氣拔渣之后，加入鋁鈦硼中間合金和可選的鋁鎂中間合金，待所有的中間合金都完全熔化后，再進行保溫20-30min，然后進行澆注，得到再生鋁合金鑄錠；

11、s4、將所述再生鋁合金鑄錠在490-540℃下進行雙級均勻化處理；

12、s5、將均勻化處理后的再生鋁合金鑄錠進行熱軋，入軋溫度520-530℃，出軋溫度140-160℃，得到再生鋁合金板材；

13、s6、將所述再生鋁合金板材在490-540℃下進行雙級固溶處理，然后水淬；

14、s7、將所述水淬后的板材進行冷軋，然后進行時效處理，得到再生鋁合金樣品。

15、其中，優(yōu)選地，該制備方法還包括：在s1中，將原料、模具和石墨坩堝在200℃下預熱1-2h。

16、其中，優(yōu)選地，s3中，所述澆鑄的條件包括：溫度為730-740℃，澆鑄速度為80～100mm/min。

17、其中，優(yōu)選地，s4中，所述均勻化處理的過程包括：先在490-500℃保溫4-6h，再在530-540℃保溫6-12h。

18、其中，優(yōu)選地，s5中熱軋使得軋制變形量為30-40％；和/或，熱軋的軋制速度為1-1.5m/s。

19、其中，優(yōu)選地，s6中，所述雙級固溶處理的過程包括：先在490-500℃保溫2-4h，再在530-540℃保溫6-8h。

20、其中，優(yōu)選地，s7中，所述冷軋使得冷軋變形量為20-30％。

21、其中，優(yōu)選地，所述時效處理的條件包括：在170-175℃下處理8-16h，優(yōu)選8h。

22、本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

23、上述方案中，本發(fā)明的一種再生鋁合金中富fe相的調(diào)控方法簡單高效，成本低，易于推廣。具體有益效果分為以下三方面：

24、1.本發(fā)明采用有限的中和元素mn的添加(mn/fe小于1：1)，避免了在合金組織中形成粗大的富fe相而損失由mn中和帶來合金塑性的提升。

25、2.本發(fā)明優(yōu)選出了合適的均勻化工藝，可以促進基體組織中有害的針狀β-fe相向魚骨狀α-fe相的轉(zhuǎn)變，改善合金的熱加工性能。

26、3.結(jié)合熱變形工藝，可以有效調(diào)控再生鋁合金中有害相β-fe的形態(tài)、尺寸和分布狀態(tài)，實現(xiàn)再生鋁合金強度和塑性的有效提升，進一步滿足其工業(yè)應用的性能要求。

27、本發(fā)明的一種再生鋁合金的強度可達279.75mpa，延伸率可達11.75％，見測試例表1，合金的各項性能相對鑄態(tài)均有了大幅度的提升，其綜合性能接近原鋁水平。