发明内容
针对现有技术的不足,本发明要解决的问题是提供一种强度高、韧性好、耐磨且生产成本低的铝硅铜镁系变形铝合金及其制备方法。
本发明的铝硅铜镁系变形铝合金,其特征在于,以重量百分比计含有硅:9.0-12.0%;铜:3.0-4.0%;镁:0.3-0.6%;铁:<0.30%;锌:<0.20%;杂质含量≤0.15%;余量为铝。
上述的铝硅铜镁系变形铝合金,其特征在于,以重量百分比计优选含有硅:9.0-12.0%;铜:3.0-4.0%;镁:0.4-0.6%;铁:<0.30%;锌:<0.20%;杂质含量≤0.15%;余量为铝。
本发明所述铝硅铜镁系变形铝合金的制备方法,包括以下步骤:
(1).按照所述铝硅铜镁系变形铝合金组分的重量百分比计,分别称取纯度均大于99.7%的原料铝、硅、铜、镁,备用;
(2).在石墨坩埚的表面涂上一层由等量滑石粉与水玻璃制成的涂料,以防止渗铁,并将其放于反射熔炼炉中升温至600℃,然后在石墨坩埚中加入炉料总重3-4%的覆盖剂;
(3).再在石墨坩埚中加入铝锭,将反射熔炼炉继续升温,待石墨坩埚中铝锭全部熔化后,升温至680℃保温10分钟;
(4).待反射熔炼炉继续升温至730℃时,将硅块加入石墨坩埚中,并用钟罩压入铝液液面下,保持10-15分钟,待硅块全部熔化后,将纯铜加入石墨坩埚中熔化;
(5).反射熔炼炉温度调控为680-700℃时,将镁块加入石墨坩埚中,用钟罩将镁块压入坩埚底部,直至其完全熔化;
(6).保持温度为680-700℃,用氮气精炼,通氮气10-15分钟后,即可扒渣;
(7).当金属液升温到760-850℃时,加入炉料总重0.6-0.8%的Al-8Sr中间合金,进行变质处理,金属液在炉中搅拌后,保温静置30±2分钟;
(8).变质完成后,再用氮气精炼,通氮气10-15分钟;
(9).精炼结束后,静置10min,在720-760℃扒渣,然后通过半连续铸造机制得棒材;
(10).将半连续铸造得到的棒材水冷、干燥后,经热处理炉加热至350-450℃,在挤压机上进行大变形度的热挤压变形处理;
(11).将热挤压变形处理后的棒材水冷、干燥后,在热处理炉加热至320-390℃进行锻造和T6热处理,制得铝硅铜镁系变形铝合金。
上述铝硅铜镁系变形铝合金的制备方法中,步骤(2)所述的覆盖剂是由质量百分比为60%氯化镁和40%氯化钾组成的组合物。
上述铝硅铜镁系变形铝合金的制备方法中,步骤(6)或(8)所述的氮气精炼也可用其它精炼剂精炼,但精炼剂必须为无氯精炼剂。
上述铝硅铜镁系变形铝合金的制备方法中,步骤(7)所述的Al-8Sr中间合金的加入温度优选为780-820℃。
上述铝硅铜镁系变形铝合金的制备方法中,步骤(10)所述的热处理炉加热温度优选是380-420℃。
上述铝硅铜镁系变形铝合金的制备方法中,步骤(11)所述的热处理炉加热温度优选是350-370℃。
上述铝硅铜镁系变形铝合金的制备方法中,步骤(11)所述的T6热处理操作为500-510℃固溶8-10h,60-82℃水冷;200℃时效8-10h,空冷。
利用本发明的方法制备的铝硅铜镁系变形铝合金,与GB/T标准4A11、4032,JIS标准A4032相比,本发明合金在成分上去除了昂贵的稀缺元素镍,降低了合金成本;降低了元素铁的含量,减少了其对合金韧性、切削性和尺寸稳定性的危害作用;降低了元素镁的含量,减少了其对合金韧性和热稳定性的危害作用;提高了元素铜的含量,改善了合金的室温和高温性能;调整了硅的含量,提高了合金的铸造性能和切削性能;并通过熔体锶变质、半连续铸造以及热挤压变形等手段使合金具有较高的密度、均匀细小的等轴晶粒及比较均匀的化学成分,消除了缩孔、缩松等缺陷的危害作用,提高了合金的强度和韧性,锻造后进行T6热处理,比同类合金相比,合金抗拉强度在397MPa以上,强度提高8.7%以上;断后伸长率达到6%,断后伸长率提高一倍;硬度为136-141HB,硬度提高13.3-17.5%。
具体实施方式:
下面给出本发明的三个较佳实施例:
实施例1:
制备1000Kg含硅:10.0%;铜:3.5%;镁:0.5%;余量为铝(成分比均为重量百分比,下同)的铝硅铜镁系变形铝合金,制备方法如下:
(1).按照所述铝硅铜镁系变形铝合金组分的重量百分比计,分别称取纯度均大于99.7%的原料铝、硅、铜、镁,备用;
上述原料配制参考《铸造手册》第3卷,铸造非铁合金,第2版,机械工业出版社,2001.10,P187-188,及经验确定合金元素的烧损量,铝:1.5%,硅:1%,镁:20%。
加入量计算公式:
式中:M为熔炼合金总质量;
A为合金中应含某种元素的百分数;
C为中间合金或合金锭中所含某种元素的百分数;
E为某种元素的烧损量;
X为加入某种元素或中间合金的总质量。
在实例中,M=1000Kg;
A:Si%=10.0%;Cu%=3.5%;Mg%=0.5%;Al%=86.0%
C:Si%=99.0%;Cu%=99.95%;Mg%=99.95%;Al%=99.7%;
E:Al:1.5%,Si:1.0%,Mg:20%
则:
(2).制备采用反射熔炼炉、半连续铸造机、挤压机、石墨坩埚等设备,首先在石墨坩埚的表面涂上一层由等量滑石粉与水玻璃制成的涂料,以防止渗铁,并将其放于反射熔炼炉中升温至600℃,然后在石墨坩埚中加入炉料总重3-4%的覆盖剂;
其中:上述覆盖剂是由质量百分比为60%氯化镁和40%氯化钾组成的组合物;
(3).再在石墨坩埚中加入铝锭875.72Kg,,将反射熔炼炉继续升温,待石墨坩埚中铝锭全部熔化后,升温至680℃保温10分钟;
(4).待反射熔炼炉继续升温至730℃时,将硅块102.03Kg加入石墨坩埚中,并用钟罩压入铝液液面下,保持10-15分钟,待硅块全部熔化后,将纯铜35.02Kg加入石墨坩埚中熔化;
(5).反射熔炼炉温度调控为680-700℃时,将镁块6.25Kg加入石墨坩埚中,用钟罩将镁块压入坩埚底部,直至其完全熔化;
(6).保持温度为680-700℃,用氮气精炼,通氮气10-15分钟后,即可扒渣;(此步也可用其它精炼剂精炼,但精炼剂必须为无氯精炼剂)
(7).当金属液升温到760-850℃时(优选温度为780-820℃),加入6-8Kg的Al-8Sr中间合金,进行变质处理,金属液在炉中搅拌后,保温静置30±2分钟;
(8).变质完成后,再用氮气精炼,通氮气10-15分钟;(此步也可用其它精炼剂精炼,但精炼剂必须为无氯精炼剂)
(9).精炼结束后,静置10min,在720-760℃扒渣,然后通过半连续铸造机制得棒材;
(10).将半连续铸造得到的棒材水冷、干燥后,经热处理炉加热至350-450℃(优选温度是380-420℃),在挤压机上进行大变形度的热挤压变形处理;
(11).将热挤压变形处理后的棒材水冷、干燥后,在热处理炉加热至320-390℃(优选温度是350-370℃)进行锻造和T6热处理,得铝硅铜镁系变形铝合金。
上述T6热处理操作为500-510℃固溶8-10h,60-82℃水冷;200℃时效8-10h,空冷。
经检测,所得合金成分为:硅:10.0%;铜:3.5%;镁:0.5%;余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为260MPa,断后伸长率为10%,硬度为110HB;热处理后抗拉强度可达397MPa,断后伸长率可达6%,硬度为136-141HB。合金在成分上去除了昂贵的稀缺元素镍,降低了合金成本;降低了元素铁的含量,减少了其对合金韧性、切削性和尺寸稳定性的危害作用;降低了元素镁的含量,减少了其对合金韧性和热稳定性的危害作用;提高了元素铜的含量,改善了合金的室温和高温性能;调整了硅的含量,提高了合金的铸造性能和切削性能;并通过熔体锶变质、半连续铸造以及热挤压变形等手段使合金具有较高的密度、均匀细小的等轴晶粒及比较均匀的化学成分,消除了缩孔、缩松等缺陷的危害作用,提高了合金的强度和韧性。
实施例2:
制备1000Kg含硅:11.0%;铜:3.0%;镁:0.4%;余量为铝的铝硅铜镁系变形铝合金。
采取与实施例1相同的工艺步骤,其中步骤(1)算得的各原料加入量为:铝锭871.65Kg,硅块112.23Kg,纯铜30.02Kg,镁块5.00Kg。
经检测,所得合金成份为:硅:11.0%;铜:3.0%;镁:0.4%;余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为258MPa,断后伸长率为8.6%,硬度为112HB;热处理后抗拉强度可达394MPa,断后伸长率可达6.3%,硬度为136-141HB。
实施例3:
配制1000Kg含硅:12.0%;铜:4.0%;镁:0.6%;余量为铝的铝硅铜镁系变形铝合金。
采取与实施例1相同的工艺步骤,其中步骤(1)算得的各原料加入量为:铝锭849.25Kg,硅块122.44Kg,纯铜40.02Kg,镁块6.11Kg。
经检测,所得合金成分为:硅:12.0%;铜:4.0%;镁:0.6%;余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为263MPa,断后伸长率为8.4%。硬度为115HB;热处理后抗拉强度可达400MPa,断后伸长率可达4.9%,硬度为136-141HB。