CN101307403A

CN101307403A - 一种高强度易切削铝合金

Info

Publication number: CN101307403A
Application number: CNA2008101154406A
Authority: CN
Inventors: 姚素娟; 任智森; 李玉斌
Original assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Current assignee: Aluminum Corp of China Ltd
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2028-06-24
Also published as: CN101307403B

Abstract

本发明涉及一种高强度易切削铝合金。其特征在于其合金为铝基合金，含合金元素铋，锡，铜，硅和铬和其它不可避免的杂质元素。本发明的合金生产的产品具有良好的易切削性，优异的机械性能以及优异的抗腐蚀性和可焊接性；生产成本低，与现有含铅铝合金相当，在国内外市场都具有竞争优势，本发明提供的铝合金产品可以替代部分含铅铝合金，不仅有助于产品结束使用时的回收，减少铅污染，有助于扩展铝合金产品的应用领域；还可以代替部分含铅易切削铝合金，如2011或6262含铅铝合金等。

Description

一种高强度易切削铝合金

技术领域

本发明涉及一种高强度易切削铝合金。

背景技术

传统的易切削铝合金是在2XXX和6XXX系合金的基础上加入少量的Pb和Bi制成。如在2011合金中含有0.5％Pb和0.5％Bi，这些合金元素在铝合金中形成低熔点共晶相，加工过程中产生的热量即可以使这些共晶相半熔，从而在加工工具/加工件界面形成细小的碎屑，达到加工件的可加工性；而在6XXX合金中，如在6061的基础上也加入了同样含量的Pb和Bi，即6262合金，与2011相比则提高了合金的耐腐蚀性，可加工性，可悍性和阳极响应。但是随着人们对环境问题的关注，含铅铝合金的加工废料、旧部件的回收等成为其在汽车上应用的一大障碍，国外已经颁布法令，2006年年底前主要工业国家将禁止人为加铅易切削铝合金的生产和使用，使得含铅易加工铝合金在使用方面受到更大限制。

从二十世纪九十年代开始一些发达国家的铝业公司开始研究无铅易加工铝合金，研究者们研究采用其它合金元素来替代铝合金中的铅。这些替代元素包括：Si，Mn，Fe以及Ni等。Kaisermarkets采用Sn来替代6262中的Pb，设计了其内部牌号为KA62合金，与6262合金相比，该合金的物理性能和加工性能为B级。Reynolds则采用In和Sn替代6262合金中的Pb和Bi，这些合金元素在铝合金中形成了人们所期望的低熔点共晶相，且加工性能比6262有所提高。Kobe Steel公司则主要采用调整传统合金元素，尤其是：Si，Mn，Fe以及Ni的含量来提高加工性能，研究结果表明，合金的Si含量降低可以提高合金的加工性能，并在此基础上变化2017和6061的Si含量分别设计了KE2和KE6。Reynolds金属公司研究了添加Ti和In取代AA6262合金中的Bi和Pb，得到了加工性能和AA6262相当的合金材料，随后公司又研究加入Bi和In来代替Pb，并在2001年申请了美国专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种不含铅的具有优异切削加工性，良好的机械加工性，高强度耐腐蚀的一种高强度易切削铝合金。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种高强度易切削铝合金，其特征在于其合金为铝基合金，含合金元素铋，锡，铜，硅和铬和其它不可避免的杂质元素。

本发明的一种高强度易切削铝合金，其特征在于其合金重量百分比组成为Si：0.2％-1.0％；Cu：0.10％-0.60％；Mg：0.6％-1.5％；Sn：0.2％-1.0％；Bi：0.2％-1.0％；Cr：0.02％-0.2％；Zn：≤0.25％；Mn：≤0.15％；Ti：≤0.08％，余量为铝，其它杂质元素总和小于0.13％。

本发明的一种高强度易切削铝合金，其特征在于其合金的重量百分比组成为：Si：0.5％-0.75％；Cu：0.15％-0.45％；Mg：0.6％-1.3％；Sn：0.3％-0.9％；Bi：0.3％-0.9％；Cr：0.05％-0.2％；Zn：≤0.25％；Mn：≤0.15％；Ti：≤0.08％，余量为铝，其它杂质元素总和小于0.13％。

本发明的一种高强度易切削铝合金，其特征在于其合金采用半连续铸造的方法制备出铝合金挤压锭坯，经520-540℃均匀化处理10-16小时后，进行热挤压，挤压后的合金进行T6强化处理，以提高合金的最终强度。

本发明的高强度易切削铝合金，材料是铝基合金，以铋，锡，铜，硅和铬为主要合金元素，和其它不可避免的杂质元素。其基本组成为：Si：0.2-1.0％；Cu：0.10-0.60％；Mg：0.6-1.5％；Sn：0.2-1.0％；Bi：0.2-1.0％；Cr：0.02-0.2％；Zn：≤0.25％；Mn：≤0.15％；Ti：≤0.08％，余量为铝，其它杂质元素总和小于0.13％。

在优选的基础上，这种合金的基本组成为：Si：0.5-0.75％；Cu：0.15-0.45％；Mg：0.6-1.3％；Sn：0.3-0.9％；Bi：0.3-0.9％；Cr：0.05-0.2％；Zn：≤0.25％；Mn：≤0.15％；Ti：≤0.08％，余量为铝，其它杂质元素总和小于0.13％。

合金中添加Mg和Si可以形成Mg₂Si，是合金的主要强化相。

Sn可以提高合金的加工性能，促进人工时效，但是单独添加Sn会降低合金的抗冲击性，且在有高温制动油存在的条件下，使合金的抗腐蚀性能变差，因此一般同其它低熔点合金一起加入合金中。

Bi有助于提高合金的切削性能，但在含Mg的铝合金中容易形成Mg₃Bi₂，影响强化相Mg2Si的形成，在一定程度上影响了合金的强度。

联合加入Sn和Bi，可将二者的添加量控制在一定范围内，既可以降低Bi对Mg₂Si的形成的影响，又可以保证合金的加工性能和机械性能。

Cu有助于合金的总体加工性能，提高合金热加工时的塑性，增强热处理强化效果，降低合金的各向异性。

添加Cr有助于微细弥散相的形成和阻止热加工及热处理过程中再结晶的发生。

微量的锰可以降低合金中的铁，改善合金的抗腐蚀性，并有助于合金的抗冲击性和弯曲性。

上述的本发明的高强度无铅铝合金具有良好的易切削性，优异的机械性能以及优异的抗腐蚀性和可焊接性，可广泛应用于于汽车传动阀，刹车活塞，空调压缩机活塞，电子产品连接件，以及需要高表面光法度的仪器仪表工业等。具有轻质，环保和可回收的优点，可以替代现有的部分含铅铝合金。

本发明合金的生产方法是将组成为Si：0.5-0.75％；Cu：0.15-0.45％；Mg：0.6-1.3％；Sn：0.3-0.9％；Bi：0.3-0.9％；Cr：0.05-0.2％；余量为铝的合金采用合金化法和熔剂保护法在工业电阻炉中进行熔炼，采用半连续铸造的方法进行铸锭。锭坯经520-540℃均匀化处理后，在卧式挤压机上进行热挤压，挤压后的合金进行T6强化处理，以提高合金的最终强度。

本发明的合金生产的产品具有良好的易切削性，优异的机械性能以及优异的抗腐蚀性和可焊接性；生产成本低，与现有含铅铝合金相当，在国内外市场都具有竞争优势，本发明提供的铝合金产品可以替代部分含铅铝合金，不仅有助于产品结束使用时的回收，减少铅污染，有助于扩展铝合金产品的应用领域；还可以代替部分含铅易切削铝合金，如2011或6262含铅铝合金等。

具体实施方式

一种高强度易切削铝合金，其合金重量百分比组成为Si：0.2％-1.0％；Cu：0.10％-0.60％；Mg：0.6％-1.5％；Sn：0.2％-1.0％；Bi：0.2％-1.0％；Cr：0.02％-0.2％；Zn：≤0.25％；Mn：≤0.15％；Ti：≤0.08％，余量为铝，其它杂质元素总和小于0.13％。以下结合实例对本发明进行进一步详细的描述：

按具体的合金成分进行铸锭、挤压、热处理，具体的工艺流程如下：原铝熔化→合金化处理→半连续铸锭→均匀化处理→挤压→固溶处理→人工时效。

具体流程为：电阻炉内加热原铝，等原铝熔化后，对其进行合金化处理，精炼后在690-750℃进行半连续铸造，铸造锭坯在挤压前进行均匀化处理，经520-540℃均匀化处理后，在卧式挤压机上进行热挤压，挤压后的合金进行T6强化处理，以提高合金的最终强度。

本发明制备的高强度无铅铝合金铸锭为φ90mm，根据挤压筒锯成要求的长度，挤压成φ16.5mm和φ12.8mm的线材，校直后进行热处理。具体的合金成分和力学性能见表1-2。Si：0.5-0.75％；Cu：0.15-0.45％；Mg：0.6-1.3％；Sn：0.3-0.9％；Bi：0.3-0.9％；Cr：0.05-0.2％；Zn：≤0.25％。

表1发明试样化学成分(％)

合金	Si	Cu	Mg	Sn	Bi	Cr	Al
合金	Si	Cu	Mg	Sn	Bi	Cr	Al	试样1	0.51	0.15	0.6	0.9	0.32	0.07	余量
试样2	0.63	0.43	1.28	0.61	0.62	0.12	余量	试样1	0.51	0.15	0.6	0.9	0.32	0.07	余量
试样2	0.63	0.43	1.28	0.61	0.62	0.12	余量	试样3	0.73	0.32	0.92	0.32	0.87	0.19	余量

表2力学性能

合金	抗拉强度(MPa)	屈服强度(MPa)^*	延伸率(％)
合金	抗拉强度(MPa)	屈服强度(MPa)^*	延伸率(％)	试样1	368.76	360.62	11.91
试样2	390.81	380.75	11.01	试样1	368.76	360.62	11.91
试样2	390.81	380.75	11.01	试样3	384.24	374.88	12.36

切削性能分析

对本发明试样进行切削性能分析，可以发现本发明试样的切削悄细碎，不贴切削刀具，切削过程中切削与刀具及工件容易分离。

车床型号	试样直径(mm)	背吃刀量(mm)	进给量(mm/r)	切削速度(mm/min)	主轴转速(r/min)	切削点(个)	切削状态
车床型号	试样直径(mm)	背吃刀量(mm)	进给量(mm/r)	切削速度(mm/min)	主轴转速(r/min)	切削点(个)	切削状态	7A6140	90	2	0.3	84823	300	10	干

本发明的合金的具有优异切削加工性，良好的机械加工性，高强度耐腐蚀铝合金，本产品可以代替部分含铅易切削铝合金，涉及轻金属材料领域。

Claims

1.一种高强度易切削铝合金，其特征在于其合金为铝基合金，含合金元素铋，锡，铜，硅和铬和其它不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的一种高强度易切削铝合金，其特征在于其合金铁重量百分比组成为Si：0.2％-1.0％；Cu：0.10％-0.60％；Mg：0.6％-1.5％；Sn：0.2％-1.0％；Bi：0.2％-1.0％；Cr：0.02％-0.2％；Zn：≤0.25％；Mn：≤0.15％；Ti：≤0.08％，余量为铝，其它杂质元素总和小于0.13％。

3.根据权利要求1所述的一种高强度易切削铝合金，其特征在于其合金的重量百分比组成为：Si：0.5％-0.75％；Cu：0.15％-0.45％；Mg：0.6％-1.3％；Sn：0.3％-0.9％；Bi：0.3％-0.9％；Cr：0.05％-0.2％；Zn：≤0.25％；Mn：≤0.15％；Ti：≤0.08％，余量为铝，其它杂质元素总和小于0.13％

4.根据权利要求2和3所述的一种高强度易切削铝合金，其特征在于其合金采用半连续铸造的方法制备出铝合金挤压锭坯，经520-540℃均匀化处理10-16小时后，进行热挤压，挤压后的合金进行T6强化处理，以提高合金的最终强度。