一種添加Ga的6061鋁合金及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種添加Ga的6061鋁合金及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀(jì)初才開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn) 期間，鋁材主要用于制造軍用飛機(jī)。戰(zhàn)后，由于軍事工業(yè)對(duì)鋁材的需求量驟減，鋁工業(yè)界便 著手開(kāi)發(fā)民用鋁合金，使其應(yīng)用范圍由航空工業(yè)擴(kuò)展到建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、 電力和電子工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)和石油化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中。 現(xiàn)在，鋁材的用量之多，范圍之廣，僅次于鋼鐵，成為第二大金屬材料。
[0003] 1、高強(qiáng)度鑄造鋁合金和變形鋁合金 一般鑄造錯(cuò)合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4個(gè)系列，其中以AlCu系和AlZn系鋁合金的強(qiáng)度最高，但多數(shù)在200Mpa~300Mpa之間，高于400Mpa的只有AlCu系的 少數(shù)幾個(gè)牌號(hào)，但因采用精鋁基體且加入貴重元素，制造成本很高;AlZn系鑄造合金的耐 熱性能很差。因此，一般鑄造鋁合金與變形鋁合金相比因強(qiáng)韌性稍遜使其應(yīng)用范圍受到較 大的限制。許多重要用途如特種重載車(chē)負(fù)重輪、航空用鋁合金等多采用變形鋁合金，而不是 鑄造鋁合金。變形鋁合金通過(guò)擠壓、乳制、鍛造等手段減少了缺陷，細(xì)化了晶粒，提高了致密 度，因而具有很高的強(qiáng)度、優(yōu)良的韌性以及良好的使用性能。但是，對(duì)設(shè)備和工裝模具要求 高，工序多，因此變形鋁合金生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本很高。與變形鋁合金相比，鑄造鋁合金具有價(jià) 格低廉、組織各向同性、可以獲得特殊的組織、易于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件、可以小批量生產(chǎn) 也可以大批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)出能夠替代部分變形鋁合金的高強(qiáng)韌鑄造鋁合 金材料及其鑄造成形工藝，可以達(dá)到以鑄代鍛、縮短制造周期、降低制造成本的目的，具有 重要的理論意義和重大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0004] 在高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的發(fā)展過(guò)程中，法國(guó)于20世紀(jì)初研制成功的A-U5GT占有重 要的地位，在目前具有代表性的高強(qiáng)韌鑄造鋁合金中它的歷史最久、應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)目 前沒(méi)有與它對(duì)應(yīng)的牌號(hào)。
[0005] 2、高溫鋁合金 高溫合金又稱(chēng)耐熱高強(qiáng)合金、熱強(qiáng)合金或超合金，是在20世紀(jì)40年代隨著航空渦輪發(fā) 動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)發(fā)展起來(lái)的一種重要金屬材料，能在高溫氧化氣氛和燃?xì)飧g條件下長(zhǎng)期承受 較大的工作負(fù)荷，主要用于燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件，是航空航天、艦船、發(fā)電、石油化工和交通 運(yùn)輸工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料。其中有些合金亦可用于生物工程作骨科和齒科材料。
[0006] 常用的高溫合金包括鎳基、鐵基和鈷基合金，能在600~1100°C高溫環(huán)境下工作； 而耐熱鋁合金則是冷戰(zhàn)期間發(fā)展起來(lái)的。耐熱高強(qiáng)鋁合金適于在400°C以下的熱環(huán)境中長(zhǎng) 期承受較大的工作載荷，在航空航天、重工機(jī)械等領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。除航空渦輪發(fā) 動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等直接與高溫燃?xì)饨佑|的部件之外，其余高溫高壓強(qiáng)動(dòng)力部件均可采用耐 熱商強(qiáng)錯(cuò)合金鑄造。
[0007] 由于鋁合金比較容易加工，隨著加工技術(shù)水平的提高，在強(qiáng)度滿(mǎn)足要求的情況下， 人們?cè)絹?lái)越多地采用變形鋁合金替代鑄造鋁合金。因此耐熱高強(qiáng)鋁合金又分為鑄造用合金 和變形用合金兩大類(lèi)。
[0008] 而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)和發(fā)展中具有廣泛用途和極光明前景的耐熱高 強(qiáng)變形鋁合金，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)較少，已知的2219、2A02、2A04、2A06、2A10、2A11、2A12、 2A14、2A16、2A17、2A50、2A70、2A80等2XXX系變形鋁合金及7A04等7XXX系變形鋁合金，在 250°C以上溫度下強(qiáng)度多數(shù)小于100Mpa，而其主要合金元素除Cu、Mn外，都是以Si、Mg、Zn 作為主微合金化元素，而不添加這幾種元素、且250°C以上溫度下強(qiáng)度在150Mpa以上的耐 熱高強(qiáng)變形鋁合金材料未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。
[0009] 3、鋁合金的變質(zhì)處理 熔體的高質(zhì)化處理是鋁合金熔煉的核心環(huán)節(jié)和追求目標(biāo)，同時(shí)是獲得優(yōu)質(zhì)鋁合金材料 的基礎(chǔ)和前提。高質(zhì)化處理主要包括兩個(gè)方面：一是純凈化，二是結(jié)構(gòu)單元細(xì)化及均勻化。 前者主要是采取把雜質(zhì)固態(tài)化濾除和"以氣除氣"的方法降低熔體雜質(zhì)和氫含量，工藝過(guò)程 會(huì)產(chǎn)生廢渣和廢氣；后者通常稱(chēng)為變質(zhì)處理，是以添加劑或機(jī)械、物理方法使構(gòu)成鋁合金熔 體及固溶體的基本單元一結(jié)晶體一的尺寸變得盡可能小、分布盡可能均勻，因添加劑進(jìn)入 合金熔體，成為合金的有效成份，因而過(guò)程中不產(chǎn)生廢渣和廢氣。變質(zhì)處理特別是使用高效 變質(zhì)劑是調(diào)整鋁合金鑄態(tài)組織的根本手段。而合金的制備工藝對(duì)合金性質(zhì)有著重大影響， 然后現(xiàn)在技術(shù)在制備合金時(shí)，得到的合金性質(zhì)都不盡如人意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種添加Ga的6061鋁合金，以提高6061鋁合 金的性能。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種添加Ga的6061鋁合金，其組分重量百分?jǐn)?shù)為：Si: 0· 4-0. 5%，F(xiàn)e:0· 05-0. 2%，Mg:0· 4-0. 5%，Ga:0· 01-0. 06%，Ti:0· 01-0. 06%，其余為A1。
[0012] -種添加Ga的6061鋁合金的制備工藝，將6061鋁合金錠放在石墨坩堝中在高 溫電阻爐加熱至760e，待完全熔化后，輕輕攪勻、扒渣，將元素Ga用鋁箔包緊壓入鋁合金 液中，加入量為0.01-0. 06,待完全熔化后，輕輕攪勻、扒渣，然后用模具澆注出580mm 鋁合金圓錠，將澆注出的合金錠放入箱式電阻爐中均勻化退火處理。
[0013] 本發(fā)明的有益效果：添加Ga能使6061鋁合金提高最大幅度的抗拉強(qiáng)度；隨著 Ga含量的增加，Mg元素在晶界的偏聚析出增加，從而能夠促進(jìn)主要強(qiáng)化相Mg2Si的析 出，提高了其力學(xué)性能。加入Ga的6061鋁合金的電阻率增加，但w(Ga) \0. 04%時(shí)電 阻率達(dá)到峰值，隨著Ga含量的增加，6061鋁合金的電阻率減少。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 將6061鋁合金錠放在石墨坩堝中在高溫電阻爐加熱至760e，待完全熔化后， 輕輕攪勻、扒渣，將元素Ga用鋁箔包緊壓入鋁合金液中，加入量分別為0.01，0.02， 0. 03, 0. 04, 0. 05, 0. 06,待完全熔化后，輕輕攪勻、扒渣，然后用模具澆注出580mm鋁合 金圓錠。為了消除偏析，將澆注出的合金錠放入箱式電阻爐中均勻化退火處理；將澆鑄出 來(lái)的直徑80mm，長(zhǎng)400mm錯(cuò)合金圓錠制備力學(xué)性能試樣和電導(dǎo)電性能試樣；試驗(yàn)制得的 6061錯(cuò)合金試樣的化學(xué)成分如表1。
[0015] 結(jié)果與分析：
在6061鋁合金中，Mg和Si是主要強(qiáng)化相元素，形成主要強(qiáng)化相Mg2Si。若Mg過(guò) 剩，Mg2Si在鋁中的溶解度會(huì)顯著減小，降低強(qiáng)化效果。其沉淀過(guò)程是A過(guò)飽和固溶體 y針狀G1P1區(qū)y與基體共格的針狀Bd相y與基體局部共格的此相7與基體完全不共 格的B(Mg2Si)穩(wěn)定相。其中，以與基體共格的針狀Bd相的強(qiáng)化作用最大。馬潤(rùn)香等 研究表明，6061鋁合金的強(qiáng)化是沉淀強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等共同作用的結(jié)果。其中 以沉淀強(qiáng)化為主，細(xì)晶強(qiáng)化等的作用較小，合金的基體沉淀相是決定合金性能的主要因 素，為了獲得最大強(qiáng)化效果，時(shí)效組織應(yīng)以Bd相為主。強(qiáng)化相Mg2Si的含量越高，合 金的強(qiáng)度越大；強(qiáng)化相數(shù)量減少，合金強(qiáng)度減小。強(qiáng)化相的形貌、密度和分布決定合金的 力學(xué)性能。強(qiáng)化相的密度越大，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高。在本試驗(yàn)中，隨著Ga含 量的增加，Ga能促進(jìn)Mg在晶界的析出，隨著Mg在晶界的析出，能夠促進(jìn)主要強(qiáng)化相 Mg2Si的析出，提高合金的力學(xué)性能。
[0016] 根據(jù)金屬導(dǎo)電理論可知：金屬晶體中的晶格畸變、晶界等晶體缺陷愈少，其導(dǎo) 電性愈好。雜質(zhì)對(duì)鋁的電阻率的影響較為顯著，并且固溶態(tài)元素的影響比第二相析出態(tài)元 素的約大一個(gè)數(shù)量級(jí)，這是因?yàn)樵诮饘貯中溶入異類(lèi)原子B時(shí)，溶劑的點(diǎn)陣便產(chǎn)生了 畸變，從而增加了電子的散射，導(dǎo)致電阻升高。Ga加入6061合金中后，由于Ga和 A1兩種原子半徑相差不大，有利于形成具有較大固溶度的代位固溶體。引起的點(diǎn)陣靜畸 變和熱振動(dòng)點(diǎn)陣動(dòng)畸變對(duì)電子造成散射，從而產(chǎn)生電阻，導(dǎo)致電阻率增大。根據(jù)已有研 究表明，Mg對(duì)錯(cuò)材的導(dǎo)電性的不利影響是很大的。在6061錯(cuò)合金中加入Ga后，由于 Ga能促進(jìn)Mg在晶界的析出，從而降低了電阻率。Ga對(duì)6061鋁合金電阻率的影響正是 上述兩種影響的綜合結(jié)果。很明顯，當(dāng)w(Ga) \0104%后，后者占有主導(dǎo)地位，引起電 阻率下降。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種添加Ga的6061鋁合金，其特征在于：其組分重量百分?jǐn)?shù)為：Si:0. 4-0. 5%，F(xiàn)e: 0· 05-0. 2%，Mg:0· 4-0. 5%，Ga:0· 01-0. 06%，Ti:0· 01-0. 06%，其余為A1。2. 如權(quán)利要求1所述的一種添加Ga的6061鋁合金的制備工藝，其特征在于：將6061 鋁合金錠放在石墨坩堝中在高溫電阻爐加熱至760e，待完全熔化后，輕輕攪勻、扒渣，將 元素Ga用鋁箔包緊壓入鋁合金液中，加入量為0.01-0. 06,待完全熔化后，輕輕攪勻、扒 渣，然后用模具澆注出580mm鋁合金圓錠，將澆注出的合金錠放入箱式電阻爐中均勻化 退火處理。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種添加Ga的6061鋁合金，其特征在于：其組分重量百分?jǐn)?shù)為：Si：0.4-0.5%，F(xiàn)e：0.05-0.2%，Mg：0.4-0.5%，Ga：0.01-0.06%，Ti：0.01-0.06%，其余為Al。其制備工藝，其特征在于：將6061鋁合金錠放在石墨坩堝中在高溫電阻爐加熱至760e，待完全熔化后,輕輕攪勻、扒渣,將元素Ga用鋁箔包緊壓入鋁合金液中,加入量為0.01-0.06，待完全熔化后,輕輕攪勻、扒渣,然后用模具澆注出580mm鋁合金圓錠，將澆注出的合金錠放入箱式電阻爐中均勻化退火處理。
【IPC分類(lèi)】C22C21/02, C22C21/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105274400
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410262643
【發(fā)明人】畢紗燕
【申請(qǐng)人】畢紗燕
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2014年6月13日