一種替代QT500過濾器的鋁合金材料及其重力鑄造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種替代QT500過濾器的鋁合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比計：鎢：1%?1.6%，錳Mn:≤2%，鎘Cd:0.05%～0.5%，銅Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%或銅0.5%≤Cu≤3%且Cu≥1.5Mn；路易斯酸堿對總量1%×10?4～2.0%或7.0%～9.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量為鋁Al。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種替代QT500過濾器的鋁合金材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
鋁在地殼中的資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵（鋁為8.2wt%，鐵為5.1wt%），而全球每年鋼鐵產(chǎn)銷量12億噸以上，鋁金屬產(chǎn)銷量只有0.55億噸，這種巨大反差充分反映了人類社會對鋁及鋁材料的資源開發(fā)和利用水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于對鋼鐵材料的開發(fā)利用水平。球墨鑄鐵（簡稱球鐵）是鋼鐵產(chǎn)業(yè)中的主要基礎(chǔ)材料之一，被廣泛而大量地用于制造受力復(fù)雜，強度、韌性、耐磨性等要求較高的零件，如通用機械、起重、農(nóng)業(yè)、汽車、鑄造、紡織、機床、電力、石化、船舶零件等，主要形態(tài)和類型為液壓殼體、泵體、管道、閥體、缸體、輪轂、軸件、球連接、傳動件、懸掛件、鉤扣件、導(dǎo)流件、轉(zhuǎn)向件等。球墨鑄鐵用途廣泛，但球墨鑄鐵產(chǎn)品生產(chǎn)制造需要在很高的溫度下進(jìn)行、與之相對應(yīng)的能耗也高，污染大，隨著輕量化和節(jié)能環(huán)保的要求，相關(guān)球墨鑄鐵產(chǎn)品迫切需要尋找新的替代品。在“以鋁代鋼”的技術(shù)升級中，為了充分發(fā)揮鋁合金以“輕”為代表的系列優(yōu)越特性，必須先使其在“強”的方面有長足發(fā)展，同時不能有不可接受的制造成本增量，才能大大拓展其使用領(lǐng)域。這就要求必須在鋁合金新材料設(shè)計上首先取得突破。從材料制備的方法審視，由于材料特征是由承載著該特征的功能性微觀物相組合貢獻(xiàn)出來的，因此獲得良好的功能性物相組合，例如高強度、高熔點、高塑性、高硬度、耐腐蝕等，是各種制備方法追求的最終結(jié)果，從而，鋁合金的化學(xué)成分設(shè)計與其制備技術(shù)存在著緊密的內(nèi)在統(tǒng)一性，這種統(tǒng)一性，簡言之，是一種原子如何結(jié)合成所需的“物相分子”的關(guān)系，即材料的物相可以看成是一種分子結(jié)構(gòu)。配方元素的混合熔煉和鑄造結(jié)晶，是熔鑄法形成材料物相分子組合結(jié)構(gòu)的主要決定性環(huán)節(jié)，在熔鑄過程中，固溶體晶粒和晶界的金屬間化合物分子物相決定了合金的晶態(tài)組合(亞微米級顆粒:尺度10～300μm左右)，后續(xù)熱處理或者冷作硬化則是對晶態(tài)組合框架下微細(xì)結(jié)構(gòu)(微米級顆粒:尺度1～30μm左右)乃至更加微觀的精微結(jié)構(gòu)(亞納米級或次微米級質(zhì)點:尺度10nm～＜1μm)進(jìn)行調(diào)整和完善，這種調(diào)整和完善的程度和范圍，在公知技術(shù)和傳統(tǒng)觀念中，認(rèn)為主要由合金化學(xué)成分所處的合金相圖區(qū)域給定的物相組合決定，但是，合金相圖沒有給出其它微量元素的添加和排除產(chǎn)生的影響，更不具備預(yù)測添加和排除其它微量元素對物相影響的指導(dǎo)性。借鑒合金溶液化學(xué)的理論和方法改善熔體結(jié)構(gòu)，比如保護(hù)膜的覆蓋，造渣劑、精煉劑或變質(zhì)劑的添加，除氣除渣凈化等，是改善合金晶態(tài)組合、微細(xì)結(jié)構(gòu)乃至更加微觀的精微結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)手段，但這些手段，由于是從制備合金的過程中摸索積累得來，因此常常被看作為“制備工藝”而不是“成分設(shè)計”的一部分。在工程應(yīng)用上，鋁合金固溶體晶粒的大小和狀態(tài)，以及分布在晶界的金屬間化合物的大小形態(tài)，對合金的力學(xué)性能有著決定性的影響。粗大的平面晶、樹枝晶、柱狀晶等不規(guī)則晶體和分布在晶界的粗大的脆硬性金屬間化合物，能夠把合金好的微細(xì)結(jié)構(gòu)和精微結(jié)構(gòu)對基體的強韌性貢獻(xiàn)全部抵消掉，因為這些粗大晶粒遵從的成長規(guī)律是緣于鑄造型腔的型壁生核、自外向液體內(nèi)部單向延伸的生長方式，造成了合金的成分偏析、結(jié)晶粗大單向、宏觀性能不均勻的缺陷，從而成為合金的一些常見缺陷，如針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、裂紋等的根源。目前采用的常規(guī)變質(zhì)手段和細(xì)化晶粒的手段，如添加鋁鈦硼或鋁鈦碳中間合金，最好的效果只能使平均晶粒度細(xì)化到120～150微米，而枝晶的形態(tài)往往沒有根本的轉(zhuǎn)變，這是合金力學(xué)性能提高的一個重要瓶頸問題。因為對鋁合金來說，獲得強度和韌性同時提高的途徑，只有晶粒的細(xì)化和圓整化；熱處理工藝的調(diào)整，在晶態(tài)結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定的狀態(tài)下，只能使強度或韌性一個方面獲得優(yōu)化。因此，如何進(jìn)一步細(xì)化和圓整合金的平均晶粒度，是產(chǎn)業(yè)界始終追求的目標(biāo)。從材料設(shè)計角度看，211Z材料也存在一些難以克服的問題。微觀分析發(fā)現(xiàn)，有一些大顆粒有很高的鈦Ti和稀土濃度，作為用來促使晶粒細(xì)化的物質(zhì)，這種現(xiàn)象表明Ti和稀土走向了需要解決問題的對立面；而在211Z合金鑄件的生產(chǎn)過程中，也發(fā)生著與普通鋁合金一樣常見的缺陷，包括針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、夾雜(渣)、冷隔、冷豆、裂紋、變質(zhì)缺陷、固溶不足和過燒等。這些缺陷，主要原因仍然要從合金本身的化學(xué)成分及其形成的微觀物相結(jié)構(gòu)入手來研究，尤其是對物相分子組合結(jié)構(gòu)的形成機理進(jìn)行深入研究，才能認(rèn)清本質(zhì)，進(jìn)而找到解決問題、消除缺陷的有效途徑。通過對鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金最高達(dá)0.08nm的極高分辨率的球差校正掃描透射電子顯微鏡(STEM)精微選區(qū)分析，獲得了建立在原子尺度上的各種物相結(jié)構(gòu)、原子分辨和化學(xué)元素分布。證實其中存在一系列強化相，包括眾所周知的Al-Cu二元亞穩(wěn)相(GP區(qū)、θ＂、θ＇)、新的盤片相和平衡相θ(Al2Cu)；其中在基體晶粒內(nèi)部，新發(fā)現(xiàn)一種棒叉狀(T+θH)組合相，該組合相的主干部分T相是Al-Cu-Mn三元相，分子結(jié)構(gòu)式Al20Cu2Mn3，分子物相特征是直徑約100nm、長度約600～1000nm呈棒軸狀且其(010)面與鋁合金基體的{010本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種替代QT500過濾器的鋁合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比計：鎢W：1%?1.6%，錳Mn:≤2%，鎘Cd:0.05%～0.5%，銅Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%或銅0.5%≤Cu≤3%且Cu≥1.5Mn；路易斯酸堿對總量1%×10?4～2.0%或7.0%～9.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量為鋁Al。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種替代QT500過濾器的鋁合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比計：鎢W：1%-1.6%，錳Mn:≤2%，鎘Cd:0.05%～0.5%，銅Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%或銅0.5%≤Cu≤3%且Cu≥1.5Mn；路易斯酸堿對總量1%×10-4～2.0%或7.0%～9.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量為鋁Al。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種替代QT500過濾器的鋁合金材料，其特征在于：合金晶粒為等軸晶。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種替代QT500過濾器的鋁合金材料，其特征在于：合金晶粒內(nèi)亞納米(T+θH)組合相數(shù)量達(dá)到≥1個/平方微米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種替代QT500過濾器的鋁合金材料，其特征在于：所述路易斯酸堿對為金屬與配體結(jié)合而成的正、負(fù)離子體、復(fù)雜配體化合物、超大雜多化合物、金屬氰合物,主族類元素、內(nèi)過渡類元素中的一種，或者一種以上混合。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種替代QT500過濾器的鋁合金材料，其特征在于：所述的金屬與配體結(jié)合而成的正離子體、負(fù)離子體：包括三乙二胺合鎳正離子體[Ni(en)3]2+和二四氰合亞銅負(fù)離子體[Cu(CN)4]3－。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種替代QT500過濾器的鋁合金材料，其特征在于：所述的復(fù)雜配體化合物或超大雜多化合物包含氰合鐵酸鉀K4[Fe(CN)6]。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的一種替代QT500過濾器的鋁合金材料，其特征在于：所述路易斯酸堿對，按元素添加量占Al基體重量百分比，范圍為：Ce＜0.02%，Sn＜0.02%，Se＜0.03%，[Ni(en)3]2+＜0.03%，K...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張中可，車云，門三泉，
申請(專利權(quán))人：貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：貴州;52