專利名稱：高鐵釩硅耐熱鋁合金材料及其制備方法
高鐵釩硅耐熱鋁合金材料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于金屬合金及其制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高鐵釩硅耐熱鋁合金材料及其 制備方法。
背景技術(shù)：
快速凝固耐熱高鐵鋁合金，其彌散相如Al12 (Fe, V) 3Si尺寸細(xì)小處于納米量級(jí)且體 積分?jǐn)?shù)高達(dá)20% 40%，α-Al晶粒處于亞微米量級(jí)，這種高度細(xì)化的組織也具有極高的 熱穩(wěn)定性。因而，快速凝固高鐵合金具有優(yōu)異的高溫性能，是替代鈦合金、鋼，可在285°C 350°C穩(wěn)定工作的先進(jìn)鋁合金，可用于制造如飛機(jī)葉片、直升機(jī)螺旋槳、發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪等熱端 部件及結(jié)構(gòu)件。目前已投入使用的高鐵釩硅系耐熱鋁合金均是通過快速凝固/粉末冶金 (RS/PM)技術(shù)生產(chǎn)的，其凝固速度達(dá)到IO3 105l/s，制備的鐵基化合物相細(xì)小、彌散并體積 分?jǐn)?shù)高，對(duì)合金的成型加工以及耐熱性能極為有益。但是該技術(shù)存在制備工藝復(fù)雜、制造周 期長成本高；并且在產(chǎn)品成型中，材料中的氧含量不易控制、高溫?zé)Y(jié)還會(huì)損失細(xì)小的快速 凝固組織、大尺寸坯件制備困難等缺點(diǎn)，限制了這種先進(jìn)合金的應(yīng)用范圍。
噴射成形技術(shù)是20世紀(jì)90年代國際上規(guī)?；l(fā)展起來的一種先進(jìn)的快速凝固制 坯技術(shù)，凝固速度達(dá)到103l/s量級(jí)，可從液態(tài)金屬直接制取具有快速凝固組織特征的大尺 寸坯件，并可有效縮短材料制備工藝流程，避免了快速凝固/粉末冶金(RS/PM)技術(shù)的不 足，近年來發(fā)展十分迅速。
目前，國內(nèi)外已有采用噴射成形方法試制Al-Fe-V-Si耐熱鋁合金的報(bào)導(dǎo)，對(duì)噴射 成形工藝參數(shù)進(jìn)行研究，對(duì)沉積坯件的熱壓工藝進(jìn)行探索，對(duì)材料的組織進(jìn)行分析，并對(duì)不 同成分材料的性能進(jìn)行比較，但這些研究都局限于原有快速凝固/粉末冶金(RS/PM)技術(shù) 的材料體系，如8009、8019、8022、CU78、CZ42、FVS0812、FVS1212等的仿制性研究，制備的高 鐵化合物體積分?jǐn)?shù)不足20 35%，致密度不足95%。顯然，這些研究沒有突破快速凝固/ 粉末冶金(RS/PM)技術(shù)的材料體系，沒有建立基于噴射沉積制坯技術(shù)特點(diǎn)的材料體系以及 制備工藝特點(diǎn)。
中國專利CN1718804公布了一種原位生成TiC增強(qiáng)Al-Fe-V-Si系耐熱鋁合金材 料及其制備方法，是基于8009鋁合金基礎(chǔ)上增加形成TiC增強(qiáng)的一種噴射沉積耐熱鋁合 金；中國專利CN1614060公布了耐熱鋁合金的制備方法，是基于8009鋁合金基礎(chǔ)上在噴射 沉積霧化氣體中加入小于43 μ m的同種合金成分的粉末的一種耐熱鋁合金。顯然，這兩項(xiàng) 專利技術(shù)基于8009鋁合金體系，存在在制造中增加形成TiC增強(qiáng)相、加入43 μ m的同種合 金成分粉末的技術(shù)難度及復(fù)雜性。中國專利CN1718808公布了高強(qiáng)耐熱鋁合金是基于重量 百分比(wt% )為:Si6. 5 17. 5、Cu2. 5 5. 0、Nil. 0 3· 0、Μη0· 4 1. 0、Mg0. 4 1. 2、 TiO. 1 1. 0、B0. 02 0. 2、ZrO. 1 1. 0、CdO. 1 0. 6、P0. 005 0. 05、其余為鋁，Si/Mg 為10 20，Cu/Mg為4 13的鑄造合金。顯然，這項(xiàng)專利技術(shù)采用鑄造成形技術(shù)，有別于 粉末冶金法和噴射沉積法，并不屬于同一合金體系，還存在制品的力學(xué)性能不高、微觀組織 粗大、耐熱相體積分?jǐn)?shù)與致密度不高的技術(shù)問題。4
歐洲專利(網(wǎng))US4867806 (A)公布了一種耐熱高強(qiáng)度鋁合金及制造制品的方法是 基于佝、Cu、Si、Co和Al構(gòu)成的耐熱鋁合金，如8. 0 30. 0% Si，2. 0 33. 0% Fe ；0. 8 7. 5% Cu ；0. 3 3. 5%Mg ;0· 5 5· 0%Μη和 0. 5 3. 0% Co ；歐洲專利(網(wǎng))JP8134575 (A) 公布了一種耐熱高強(qiáng)度鋁合金及制造制品的方法是基于Fe、Ti、Si和Al構(gòu)成的耐熱鋁合 金，如 4 6. 8% Fe，0. 5 1. 2% Ti，1. 5 2. 5% Si，0. 1 2. 5% Mg 和 Al，最好 5. 6 彡 Fe/ Ti ^ 8. 0。兩專利技術(shù)都是采用粉末熱壓、擠壓與鍛造成形，并不屬于同一合金體系。顯然， 該兩專利技術(shù)都存在粉末冶金制造技術(shù)的不足。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)方案是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題或不足，而提出了一種高鐵 釩硅耐熱鋁合金材料及其制備方法，簡化制造工藝，采用新的合金成分體系設(shè)計(jì)，直接進(jìn)行 噴射沉積制備與擠壓成形技術(shù)制造。
本發(fā)明的技術(shù)方案
一種高鐵釩硅耐熱鋁合金材料，該材料的各組分按重量百分比為
Fe 13. 00% 15. 00% ；V 1. 35% 2. 45% ；Si 2. 35% 3. 45% ；Mn 0. 35% 0. 65% ；Ce 0. 1-0. 2% ；Zr :0. 05% 0. 15% ；Al 余量。
該材料的制備方法的具體步驟如下
第一步成分設(shè)計(jì)與精確配料
成分設(shè)計(jì)各組分按重量百分比為Fe 13. 00% 15. 00%;V 1. 35%~ 2. 45%;Si 2. 35%~ 3. 45%;Mn :0. 35% 0. 65%;Ce :0. 1-0. 2%;Zr :0. 05% 0. 15% ；余量為 Al ；精 確配料按照本發(fā)明的合金，采用鋁鐵、鋁釩、鋁硅、鋁錳、鋁鋯、鋁鈰中間合金以及純鋁爐料， 進(jìn)行定量配料；
第二步熔煉、覆蓋與精煉
采用中頻電磁感應(yīng)爐熔煉，熔煉時(shí)鐵、釩、硅、錳、鋯、鈰以鋁中間合金形式加入， 可一同加入；熔化后，鋁液表面應(yīng)及時(shí)補(bǔ)加覆蓋劑保護(hù)避免氧化燒損；調(diào)整鋁液溫度為 1000°C 1100°C，進(jìn)行精煉處理；
覆蓋劑的加入，采用5% KCl+25% NaCl+70% CaCl2組合的覆蓋劑，也可以采用 40-60% MgCl+40-60% KCl組合的覆蓋劑，其加入量為總爐料量的2^-5% ；分別在裝爐時(shí) 加入，并在熔煉及澆注過程中補(bǔ)加，以避免液體金屬裸露；
精煉處理，調(diào)整鋁液溫度至1000°C 1100°C，加入2 6%的六氯乙烷熔劑，對(duì)合 金液進(jìn)行攪拌、凈化處理，以去除合金中雜物、渣物和氣體；精煉后，靜置10 15min后準(zhǔn)備 澆注；
第三步噴射沉積制備
在中頻熔煉爐中進(jìn)行合金熔煉、覆蓋、除氣與凈化處理后，調(diào)整鋁液溫度為 950°C 110(TC準(zhǔn)備澆注；將鋁液導(dǎo)入到漏斗與導(dǎo)流嘴中控制流量，進(jìn)入噴射沉積霧化器 中霧化沉積，產(chǎn)生高度霧化的高速半固態(tài)濺射流，高速濺射沉積到底盤接收設(shè)備上，通過底 盤向下的移動(dòng)速度、旋轉(zhuǎn)速度以及與霧化器的擺角的偶合，制備成不同直徑大小的圓形錠 坯；
金屬導(dǎo)流澆注參數(shù)
澆注溫度950°C 1200°C
金屬流量6 8Kg/min (采用導(dǎo)流嘴直徑Φ 5 5. 5)
噴射沉積參數(shù)
掃描速度20.9 23. 3Hz ；
氮?dú)鈿怏w流量21 MNm3Aiin ；
氮?dú)鈮毫?. 5 9. 5atm ；
噴射高度670 730mm ；
沉積坯接收參數(shù)
接收底盤旋轉(zhuǎn)速度2. 78 3. 16r/s ；
接收底盤移動(dòng)速度0. 57 0. 70mm/s ；
第四步擠壓加工
切割下料成要求的擠壓坯，加熱到擠壓溫度，保溫一定時(shí)間，送入到擠壓機(jī)中，在 擠壓沖頭、擠壓筒和或芯軸共同作用下，可擠壓成形棒坯或管坯材；
加熱保溫參數(shù)按照鋁合金擠壓制品保溫時(shí)間確定規(guī)則確定，即①擠壓坯直徑 Φ ( 50mm時(shí)，保溫時(shí)間τ = 1. 5Φ (min)；②擠壓坯直徑Φ彡IOOmm時(shí)，保溫時(shí)間τ = 2d(min)；③擠壓坯直徑 Φ 在 50 IOOmm 時(shí)，保溫時(shí)間 τ = 1. 5Φ+0. 01 (Φ-50) Φ (min)；
擠壓參數(shù)
擠壓比10 17 ；
擠壓速度1. 2 1. 5m/min
擠壓溫度400 550°C ；
所述的噴射沉積中的優(yōu)選金屬導(dǎo)流澆注參數(shù)為
澆注溫度1050 1150°C
金屬流量6. 5 7Kg/min ；
噴射沉積參數(shù)
掃描速度22. 3 23. 3Hz ；
氮?dú)鈿怏w流量23 MNm3/min ；
氮?dú)鈮毫?. 0 9. 5atm ；
噴射高度700 720mm ；
沉積坯接收參數(shù)
接收底盤旋轉(zhuǎn)速度2. 78 3. 16r/s ；
接收底盤移動(dòng)速度0. 60 0. 65mm/s。
所述的擠壓加工中優(yōu)選擠壓參數(shù)為
擠壓比15 17 ；
擠壓速度1. 3 1. 4m/min
擠壓溫度430 480°C。
本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明材料及制備方法制造的高鐵釩硅耐熱鋁合金材料具有高的鐵基化合物體積分?jǐn)?shù)、高的組織致密度以及組織細(xì)小的特點(diǎn)，并將改善后續(xù)成型 加工性以及提高力學(xué)性能有益。避免快速凝固/粉末冶金(RS/PM)技術(shù)的制備周期長、成 本高以及易受氧污染的特點(diǎn)；優(yōu)于現(xiàn)有噴射沉積技術(shù)制備的材料致密度不高、體積分?jǐn)?shù)小的不足。
本發(fā)明的高鐵釩硅耐熱鋁合金材料特點(diǎn)之一是采用新的多元合金成分，為獲得高 的鐵基化合物體積分?jǐn)?shù)提供保障；高鐵釩硅耐熱鋁合金材料制備技術(shù)特點(diǎn)之二是采用噴射 沉積制造工藝，通過制造工藝參數(shù)優(yōu)化，制備的組織細(xì)小、致密度高，制造的材料可沿用常 規(guī)加工設(shè)備及工藝條件加工。


本說明書共有6幅附圖。
圖1.為本發(fā)明材料制備的噴射霧化沉積工藝裝置圖2.為本發(fā)明材料擠壓加工工藝裝置圖3.為本發(fā)明材料可獲得的半成品形式之一；
圖4.為實(shí)施例1的噴射沉積態(tài)微觀組織(金相組織圖)；
圖5.為實(shí)施例1的擠壓態(tài)微觀組織及尺寸測(cè)試(金相組織圖)；
圖6.為實(shí)施例1的組織中第二相體積分?jǐn)?shù)三維視頻顯微圖片(39. 37%)(金相組 織圖)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步描述
本發(fā)明中高鐵釩硅耐熱鋁合金材料，其金屬元素主要為鋁、鐵、釩、硅、錳、鋯、鈰等 元素。
在本發(fā)明中，優(yōu)選!^e的含量為13. 00% 15. 00% ；其作用機(jī)理是形成細(xì)小、分布 均勻的復(fù)合相化合物，對(duì)提高耐熱性能與改善熱物理性能有益。但鐵量增加對(duì)合金成形工 藝性能、塑性變形加工性能帶來難度，因此必須在制備中控制其復(fù)合相化合物尺寸、分布和 形狀。
在本發(fā)明中，優(yōu)選V的含量為1. 35% 2. 45% ；其作用是與鐵、硅、鋁形成鐵基復(fù) 合相化合物，對(duì)提高耐熱性能與改善熱物理性能有益。并部分與鋯共同細(xì)化合金組織以及 高溫時(shí)阻礙晶界遷移，抑制組織粗化作用。
在本發(fā)明中，優(yōu)選Si的含量為2. 35% 3. 45%%;其作用是與鐵、釩、鋁形成鐵基 耐熱相，對(duì)提高耐熱性與力學(xué)性能有益。
在本發(fā)明中，優(yōu)選Mn的含量為0. 35% 0. 65%；其作用是控制鐵基化合物相的形 狀，避免產(chǎn)生針、棒狀；并部分與鐵、硅、鋁等形成化合物相，對(duì)高溫力學(xué)性能以及成型加工 工藝性能的改善有益。
在本發(fā)明中，優(yōu)選Ce的含量為0. 1-0. 2%;添加了稀土元素Ce，改變了鋁合金的結(jié) 晶組織，并能能形成Alfe4Ch斜方結(jié)構(gòu)的Allt^e2ChAl13Fi53Ce及Al3Fe相，提高了鋁合金的 耐熱性。
在本發(fā)明中，優(yōu)選ττ的含量為0. 05% 0. 15% ；其作用是細(xì)化基體組織，能形成 立方結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)相Al3Zr,具有釘扎位錯(cuò)抑制擴(kuò)散的作用。
鋁是合金中的基體元素，其含量受合金化元素加入量約束。
高鐵釩硅耐熱鋁合金材料的制備方法
第一步成分設(shè)計(jì)與精確配料按照本發(fā)明合金的成分配方進(jìn)行精確配料。在配 料方法上，對(duì)鐵、釩、硅、錳、鋯、鈰等高熔點(diǎn)合金元素，采用中間合金的方法，進(jìn)行配料，以便 于能將這些高熔點(diǎn)合金元素加入到低熔點(diǎn)的鋁中，即以Al-30% Fe,Al-15% V、A1_40% Si、 Al-20% Mn,Al-5% Zr,Al-10% Ce中間合金的爐料形式進(jìn)行配料，中間合金中其它雜質(zhì)元 素限定參照GB/T8735標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。鋁以純金屬爐料的方式進(jìn)行配料。在以中間合金的爐料 方式配料后，鋁量不足時(shí)，將以純鋁爐料的方式補(bǔ)足。
第二步熔煉、覆蓋與精煉
采用中頻電磁感應(yīng)爐熔煉，熔煉時(shí)鐵、釩、硅、錳、鋯、鈰以鋁中間合金形式加入， 可一同加入；熔化后，鋁液表面應(yīng)及時(shí)補(bǔ)加覆蓋劑保護(hù)避免氧化燒損；調(diào)整鋁液溫度為 1000°C 1100°C，進(jìn)行精煉處理；
覆蓋劑的加入，采用5% KCl+25% NaCl+70% CaCl2組合的覆蓋劑，也可以采用 40-60% MgCl+40-60% KCl組合的覆蓋劑，其加入量為總爐料量的2^-5% ；分別在裝爐時(shí) 加入，并在熔煉及澆注過程中補(bǔ)加，以避免液體金屬裸露；
精煉處理，調(diào)整鋁液溫度至1000°C 1100°C，加入2 6%的六氯乙烷熔劑，對(duì)合 金液進(jìn)行攪拌、凈化處理，以去除合金中雜物、渣物和氣體；精煉后，靜置10 15min后準(zhǔn)備 澆注；
第三步噴射沉積制備
在中頻熔煉爐中進(jìn)行合金熔煉、覆蓋、除氣與凈化處理后，調(diào)整鋁液溫度為 950°C 1200°C準(zhǔn)備澆注；將鋁液導(dǎo)入到漏斗與導(dǎo)流嘴中控制流量，進(jìn)入噴射沉積霧化器 中霧化沉積，產(chǎn)生高度霧化的高速半固態(tài)濺射流，高速濺射沉積到底盤接收設(shè)備上，通過底 盤向下的移動(dòng)速度、旋轉(zhuǎn)速度以及與霧化器的擺角的偶合，制備成不同直徑大小的圓形錠 坯；
金屬導(dǎo)流澆注參數(shù)
澆注溫度950°C 1200°C
金屬流量6 8Kg/min (采用導(dǎo)流嘴直徑Φ 5 5. 5)
噴射沉積參數(shù)
掃描速度20.9 23. 3Hz ；
氮?dú)鈿怏w流量21 MNm3Aiin ；
氮?dú)鈮毫?. 5 9. 5atm ；
噴射高度670 730mm ；
沉積坯接收參數(shù)
接收底盤旋轉(zhuǎn)速度2. 78 3. 16r/s ；
接收底盤移動(dòng)速度0. 57 0. 70mm/s ；
第四步擠壓加工
切割下料成要求的擠壓坯，加熱到擠壓溫度，保溫一定時(shí)間，送入到擠壓機(jī)中，在 擠壓沖頭、擠壓筒和或芯軸共同作用下，可擠壓成形棒坯或管坯材；
加熱保溫參數(shù)按照鋁合金擠壓制品保溫時(shí)間確定規(guī)則確定，即①擠壓坯直徑 Φ ( 50mm時(shí)，保溫時(shí)間τ = 1. 5Φ (min)；②擠壓坯直徑Φ彡IOOmm時(shí)，保溫時(shí)間τ = 2d(min)；③擠壓坯直徑 Φ 在 50 IOOmm 時(shí)，保溫時(shí)間 τ = 1. 5Φ+0. 01 (Φ-50) Φ (min)；
擠壓參數(shù)
擠壓比10 17 ；
擠壓速度1. 2 1. 5m/min
擠壓溫度400 550°C ；
所述的噴射沉積中的優(yōu)選金屬導(dǎo)流澆注參數(shù)為
澆注溫度1050 1150°C
金屬流量6. 5 7Kg/min ；
噴射沉積參數(shù)
掃描速度22. 3 23. 3Hz ；
氮?dú)鈿怏w流量23 MNm3/min ；
氮?dú)鈮毫?. 0 9. 5atm ；
噴射高度700 720mm ；
沉積坯接收參數(shù)
接收底盤旋轉(zhuǎn)速度2. 78 3. 16r/s ；
接收底盤移動(dòng)速度0. 60 0. 65mm/s。
所述的擠壓加工中優(yōu)選擠壓參數(shù)為
擠壓比15 17 ；
擠壓速度1. 3 1. 4m/min；
擠壓溫度430 480°C。
圖1為本發(fā)明的噴射霧化沉積工藝裝置，在中頻熔煉爐1進(jìn)行合金熔煉、除氣與凈化處理，澆注到漏斗2與導(dǎo)流嘴3中控制導(dǎo)流，進(jìn)入噴射沉積霧化器4中霧化沉積，產(chǎn)生高 度霧化的高速半固態(tài)濺射流5，高速濺射沉積到底盤接收設(shè)備7上，通過底盤向下的移動(dòng)速 度、旋轉(zhuǎn)速度以及與霧化器的擺角的偶合，制備成不同直徑大小的圓形錠坯6 ；
圖2為擠壓加工工藝裝置，切割下料成要求的噴射沉積擠壓坯10，加熱到擠壓溫 度，保溫一定時(shí)間，送入到擠壓機(jī)9中，在擠壓沖頭8和芯軸11共同作用下，擠壓成形厚壁 管材12 ；
圖3為本發(fā)明材料可獲得的半成品形式之一，可獲得棒材、管材以及型材?？筛鶕?jù) 具體產(chǎn)品要求，切割加工噴射沉積擠壓坯，是經(jīng)過圖1所獲得的噴射沉積錠坯，為圖2中的 擠壓坯10，加熱后放入圖2中的擠壓機(jī)9內(nèi)，在擠壓沖頭8和芯軸11共同作用下，擠壓成形 厚壁管材12 ；而擠壓成棒材或型材的擠壓模未示出。
圖4為實(shí)施例1的噴射沉積態(tài)微觀組織，是經(jīng)過圖1所獲得的噴射沉積錠坯的組 織。圖中白色的為基體相α組織，其它顏色組織為含鐵相化合物組織，顏色有所不同，形狀 各異，基本上有團(tuán)塊狀、棒狀和針狀組織；
圖5為實(shí)施例1的擠壓態(tài)微觀組織及尺寸測(cè)試，圖中白色的為基體相α組織，其 它顏色組織為含鐵相化合物組織。圖中可見在擠壓加工的作用下，已將圖4中顏色不同、形 狀各異的噴射沉積態(tài)含鐵相化合物組織，如團(tuán)塊狀、棒狀和針狀微觀組織得到極大的破碎， 形成細(xì)小顆粒狀組織。圖中標(biāo)示了測(cè)試含鐵化合物顆粒尺寸的測(cè)試點(diǎn)及標(biāo)示。
圖6為實(shí)施例1的組織中第二相體積分?jǐn)?shù)三維視頻顯微圖片(39. 37% )。圖中的 黑色為基體相α組織，白色為含鐵相化合物組織，采用投影法測(cè)試白色部分的體積分?jǐn)?shù)。
測(cè)試用試樣
1、致密度測(cè)試采用噴射沉積錠坯、管材解剖，分別切取密度測(cè)試試樣；
致密度=噴射沉積態(tài)試樣密度+擠壓態(tài)試樣密度(100% )
2、高鐵相尺寸、體積分?jǐn)?shù)測(cè)試采用管材解剖，切取金相試樣；
②采用本發(fā)明材料及上述制備方法制造的本發(fā)明材料具有的特點(diǎn)在于
表1各實(shí)施例化學(xué)分析(wt % )實(shí)施例FeVSiZrMnCeAl實(shí)施例115. 02. 453. 450. 150. 650. 20佘量實(shí)施例214. 01. 902. 900. 100. 500. 15佘量實(shí)施例313. 01. 352. 350. 050. 350. 10佘量
實(shí)施例1材料微觀質(zhì)量特點(diǎn)
噴射沉積態(tài)鐵基化合物相尺寸< 15 μ m，致密度> 97% ；
擠壓態(tài)鐵基化合物相尺寸< 5 μ m，鐵基化合物相體積分?jǐn)?shù)> 39 % ；
實(shí)施例2材料微觀質(zhì)量特點(diǎn)
噴射沉積態(tài)鐵基化合物相尺寸< 15 μ m，致密度> 97% ；
擠壓態(tài)鐵基化合物相尺寸< 4 μ m，鐵基化合物相體積分?jǐn)?shù)> 37 % ；
實(shí)施例3材料微觀質(zhì)量特點(diǎn)
噴射沉積態(tài)鐵基化合物相尺寸< 15 μ m，致密度> 98% ；
擠壓態(tài)鐵基化合物相尺寸< 3H m,鐵基化合物相體積分?jǐn)?shù)> 35 % ；
以實(shí)施例1為例做配料計(jì)算
1)實(shí)施例1的化學(xué)成分如下
Fe 15. 0% ；V :2. 45% ；Si :3. 45% ；Mn :0. 65% ；Zr :0. 15% ；Ce :0. 20% ；Al 余量的鋁合金。
2)按裝爐100公斤爐料，進(jìn)行配料計(jì)算
則需要各合金元素量為
Fe 15 公斤；V :2. 45 公斤；Si :3. 45 公斤；Mn :0. 65 公斤；Zr :0. 15 公斤；Ce :0. 20公斤。
Al 余量為100公斤-上述合金元素的總代數(shù)和9公斤)，為78. 1公斤。
3)因鐵、釩、硅、錳、鋯、鈰采用鋁中間合金的爐料形式加入。因此，必須轉(zhuǎn)換成中間 合金的加入量。則
①要加入15公斤狗，則需要加入Al-30% Fe鋁中間合金爐料為
15公斤/30%= 50公斤；將帶進(jìn)Al量為50-15 = 35公斤。
②要加入3. 45公斤Si，則需要加入Al-40% Si中間合金爐料為
3. 45 公斤 /40% = 8. 625 公斤；將帶進(jìn) Al 量為 8. 625-3. 45 = 5. 175 公斤
同理可計(jì)算出加入V、Mn、Zr、Ce的量。
③需要要加入Al-15% V中間合金爐料為16. 33公斤，將帶進(jìn)Al量為13. 88公斤；
④需要要加入Al-20% Mn中間合金爐料為3. 25公斤，將帶進(jìn)Al量為2. 6公斤；
⑤需要要加入Al-5% Zr中間合金爐料為3. 00公斤，將帶進(jìn)Al量為2. 85公斤；
⑥需要要加入A1-10% Ce中間合金爐料為2. 00公斤，將帶進(jìn)Al量為1. 80公斤；
4)需要補(bǔ)加的Al為:
因100公斤合金中需要純Al量為78. 3公斤；而上述采用鋁中間合金的形式加入 鐵、釩、硅、錳、鋯、鈰帶進(jìn)的鋁量為(35+13. 88+5. 175+2. 6+2. 85+1. 80) = 61. 305 公斤。
則需要補(bǔ)足的純鋁為78. 1公斤-61. 305公斤=16. 795公斤。
5)到此為止全部爐料計(jì)算完畢，則應(yīng)向爐中加入的爐料
A1-30 % ！^中間合金爐料為50公斤；
Al-15% V中間合金爐料為16. 33公斤；
A1-40 % Si ψ間合金爐料為8. 625公斤；
Al-15% Mn中間合金爐料為3. 25公斤；
A1-10 % ^ 中間合金爐料為3. 00公斤；
A1-10 % Ce中間合金爐料為2. 00公斤；
需要補(bǔ)加的純Al為16.795公斤；
則總加入量驗(yàn)證:50+16.33+8. 625+3. 25+3. 00+2. 00+16. 795 = 100 公斤(配料計(jì)算準(zhǔn)確)。
以實(shí)施例1為例做測(cè)試說明
噴射沉積態(tài)鐵基化合物相尺寸小于13. 22um ；
致密度
致密度=噴射沉積態(tài)試樣密度+擠壓態(tài)試樣密度(100% )
= 3.06 + 3.14 = 97.45%
擠壓態(tài)鐵基化合物相尺寸小于3. 22um,三維體積分?jǐn)?shù)為39. 37%。1權(quán)利要求
1.一種高鐵釩硅耐熱鋁合金材料，其特征在于該材料的各組分按重量百分比為Fe 13. 00 % 15. 00 % ；V :1. 35 % 2. 45 % ；Si :2. 35 % 3. 45 % ；Mn :0. 35 % 0. 65% ；Ce 0. 1-0. 2% ；Zr 0. 05% 0. 15% ；Al 余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鐵釩硅耐熱鋁合金材料，其特征在于該材料的制備 方法的具體步驟如下第一步成分設(shè)計(jì)與精確配料成分設(shè)計(jì)各組分按重量百分比為1 13. 00% 15. 00% ；V :1.；35% 2. 45% ；Si 2. 35%~ 3. 45%;Mn :0. 35% 0. 65%;Ce :0. 1-0. 2%;Zr :0. 05% 0. 15% ；余量為 Al ；精 確配料按照本發(fā)明的合金，采用鋁鐵、鋁釩、鋁硅、鋁錳、鋁鋯、鋁鈰中間合金以及純鋁爐料， 進(jìn)行定量配料；第二步熔煉、覆蓋與精煉采用中頻電磁感應(yīng)爐熔煉，熔煉時(shí)鐵、釩、硅、錳、鋯、鈰以鋁中間合金形式加入，可一同 加入；熔化后，鋁液表面應(yīng)及時(shí)補(bǔ)加覆蓋劑保護(hù)避免氧化燒損；調(diào)整鋁液溫度為1000°C 1100°C，進(jìn)行精煉處理；覆蓋劑的加入，采用5 % KC1+25 % NaCl+70 % CaCl2組合的覆蓋劑，也可以采用40-60 % MgCl+40-60% KCl組合的覆蓋劑，其加入量為總爐料量的2% -5% ；分別在裝爐時(shí)加入，并 在熔煉及澆注過程中補(bǔ)加，以避免液體金屬裸露；精煉處理，調(diào)整鋁液溫度至1000°C 1100°C，加入2 6%的六氯乙烷熔劑，對(duì)合金液 進(jìn)行攪拌、凈化處理，以去除合金中雜物、渣物和氣體；精煉后，靜置10 15min后準(zhǔn)備澆 注；第三步噴射沉積制備在中頻熔煉爐中進(jìn)行合金熔煉、覆蓋、除氣與凈化處理后，調(diào)整鋁液溫度為950°C 1200°C準(zhǔn)備澆注；將鋁液導(dǎo)入到漏斗與導(dǎo)流嘴中控制流量，進(jìn)入噴射沉積霧化器中霧化沉 積，產(chǎn)生高度霧化的高速半固態(tài)濺射流，高速濺射沉積到底盤接收設(shè)備上，通過底盤向下的 移動(dòng)速度、旋轉(zhuǎn)速度以及與霧化器的擺角的偶合，制備成不同直徑大小的圓形錠坯； 金屬導(dǎo)流澆注參數(shù) 澆注溫度950°C 1200°C金屬流量6 8Kg/min (采用導(dǎo)流嘴直徑Φ 5 5. 5)噴射沉積參數(shù)掃描速度20. 9 23. 3Hz ；氮?dú)鈿怏w流量21 MNm3Aiin ；氮?dú)鈮毫?. 5 9. 5atm ；噴射高度670 730mm ；沉積坯接收參數(shù)接收底盤旋轉(zhuǎn)速度2. 78 3. 16r/s ； 接收底盤移動(dòng)速度0. 57 0. 70mm/s ； 第四步擠壓加工切割下料成要求的擠壓坯，加熱到擠壓溫度，保溫一定時(shí)間，送入到擠壓機(jī)中，在擠壓 沖頭、擠壓筒和或芯軸共同作用下，可擠壓成形棒坯或管坯材；加熱保溫參數(shù)按照鋁合金擠壓制品保溫時(shí)間確定規(guī)則確定，即①擠壓坯直徑 Φ彡50mm時(shí)，保溫時(shí)間τ = 1.5Φ (min)；②擠壓坯直徑Φ彡IOOmm時(shí)，保溫時(shí)間τ = 2d(min)；③擠壓坯直徑 Φ 在 50 IOOmm 時(shí)，保溫時(shí)間 τ = 1. 5 Φ+0. 01 ( Φ-50) Φ (min)； 擠壓參數(shù) 擠壓比10 17 ； 擠壓速度1. 2 1. 5m/min ； 擠壓溫度400 550°C ； 所述的噴射沉積中的優(yōu)選金屬導(dǎo)流澆注參數(shù)為 澆注溫度1050 1150°C 金屬流量-.6. 5 7Kg/min ； 噴射沉積參數(shù) 掃描速度22. 3 23. 3Hz ； 氮?dú)鈿怏w流量23 MNm3Aiin ； 氮?dú)鈮毫?. 0 9. 5atm ； 噴射高度700 720mm ； 沉積坯接收參數(shù)接收底盤旋轉(zhuǎn)速度2. 78 3. 16r/s ； 接收底盤移動(dòng)速度0. 60 0. 65mm/s ； 所述的擠壓加工中優(yōu)選擠壓參數(shù)為 擠壓比15 17 ； 擠壓速度1. 3 1.4m/min; 擠壓溫度430 480°C。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬合金及其制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高鐵釩硅耐熱鋁合金材料及其制備方法，材料的組分及含量Fe13.00％～15.00％；V1.35％～2.45％；Si2.35％～3.45％；Mn0.35％～0.65％；Ce0.1-0.2％；Zr0.05％～0.15％；Al余量。制備方法的具體步驟如下①成分設(shè)計(jì)與精確配料；②熔煉、覆蓋與精煉③噴射沉積制備④擠壓加工本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)采用本發(fā)明材料及制備方法制造的高鐵釩硅耐熱鋁合金材料具有高的鐵基化合物體積分?jǐn)?shù)、高的組織致密度以及組織細(xì)小的特點(diǎn)，并將改善后續(xù)成型加工性以及提高力學(xué)性能有益。
文檔編號(hào)C22C21/00GK102031429SQ201010610720
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者任政, 元濤, 劉國孝, 孫廷富, 李素梅, 汪纓, 章國偉, 米文宇, 辛海鷹, 陳大輝, 陳敏, 陳耘 申請(qǐng)人:中國兵器工業(yè)第五二研究所