CN101748301A

CN101748301A - 铸造铝合金的制造方法

Info

Publication number: CN101748301A
Application number: CN200810204630A
Authority: CN
Inventors: 李宝辉; 李利平; 罗建; 王小冬; 陈斌
Original assignee: Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
Current assignee: Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-06-23

Abstract

本发明公开了一种铸造铝合金的制造方法，包括步骤：1，配料：计算每种元素含量、重量、原材料配料重量；2：熔炼：预热至400～450℃，坩埚升温预热至500～600℃，依次加入纯Al、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti，加入少量Al-Ti-B和Al-Be；精炼处理，变质处理。3：浇注：用砂型模具，调整合金液温度至710℃，进行浇注。4：热处理，固溶处理：水冷；时效处理；空冷。本发明解决了铝合金铸造性能较差等问题，取得了铸造铝合金强度和硬度高，铸造性能好的有益效果。

Description

铸造铝合金的制造方法

技术领域

本发明涉及铸造合金材料的制造方法，尤其是一种高强度高硬度铸造铝合金的制造方法。

背景技术

目前，广泛应用的铝硅合金具有优良的铸造性能，如流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理之后，具有较好的力学性能，是目前应用最广泛的一类铝合金，如ZL101、ZL104合金，但是仍然面临力学性能有待提高的问题。

铝铜合金中含有3-11％的铜元素，使合金的室温和高温力学性能有了大幅度提高，如ZL205A合金是目前世界上强度最高的铝合金之一，拉伸强度达到了490Mpa。还有如ZL206、ZL207、ZL208合金，具有很好的耐热性能，这类合金主要用作承受大载荷的结构件和耐热零件。但是铝铜合金铸造性能较差，铸造过程中容易产生裂纹等缺陷，所以很难用于一些结构复杂的大中型铸件，这限制了铝铜合金的应用。

为此，结合铝硅与铝铜合金的优点，通过优化合金组分及制造方法产生了一种新的铝硅铜合金。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决现有技术的铝合金铸造性能和力学性能较差的问题，本发明的目的在于提供一种铸造铝合金的制造方法。利用本发明的方法，使得铝合金具备良好的铸造性能和力学性能，可以满足现代工程结构中大型、复杂和高强铝合金的需要。

为了达到上述发明目的，本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是提供一种的铸造铝合金的制造方法，包括如下步骤：

步骤1：配料，包括：

1-1.根据合金化学成分要求与元素烧损规律，计算每种元素所需百分含量，包括：Si，Cu，Mn，Cd，Ti，余量为Al；

1-2.根据每种元素所需百分含量计算所需每种元素的重量；

1-3.原材料使用Al、Al-12wt％Si、Al-50wt％Cu、Al-10wt％Mn、Cd、Al-5wt％Ti；计算各自配料重量；

步骤2：熔炼，包括：

2-1.称量好的纯Al及中间合金预热至400～450℃，保温3小时以上；Cd在炉旁预热；

2-2.使用二级回炉料，二级回炉料重量小于炉料重量的30％，回炉料的使用总量小于炉料重量的60％；

2-3.使用电阻坩埚炉熔炼，坩埚升温预热至500～600℃，依次加入纯Al、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti，加入少量Al-Ti-B和Al-Be；

2-4.金属液完全熔化后搅拌均匀，进行精炼处理，采用C₂Cl₆精炼剂，精炼温度720～750℃，精炼时间10～12min，精炼后静置10min以上；

2-5.精炼后进行变质处理，采用三元或四元钠盐变质剂，变质温度720～750℃，变质时间12～20min；

步骤3：浇注，包括：

3-1.用砂型模具，浇注时在浇注系统中放置过滤网；

3-2.调整合金液温度至710℃，进行浇注；

步骤4：热处理，包括如下的步骤：

4-1.使用箱式电阻炉热处理；

4-2.固溶处理：490±5℃×4h→500±5℃×4～6h→510±5℃×8～12h→40～80℃水冷；

4-3.时效处理：160±5℃×3～6h→空冷。

上述步骤1-1，每种元素的百分含量为如下的化学成分：

6.5～7.5Si，3.5～5.3Cu，0.05～0.40Mn，0.05～0.25Cd，0.05～0.25Ti，0～0.05B，0～0.08Be，余下为Al；杂质Fe含量不大于0.20％，杂质总量不大于0.40％。

上述步骤1-2，根据每种元素所需百分含量计算200kg原料所需每种元素的重量为：Si：14kg；Cu：8kg；Mn：0.4kg；Cd：0.3kg；Ti：0.3Kg；Al：177kg。

上述步骤1-3，熔炼200kg铸造铝合金原材料，原材料各自配料重量为；Si：117kg；Cu：16kg；Mn：4kg；Cd：0.3kg；Ti：6kg；Al：56.7kg。

上述步骤2-2，使用预制的合金锭；在合金完全熔化后，进行精炼和变质处理，静置30分钟后调整到浇注温度，浇注铸件。

本发明铸造铝合金的制造方法，采用上述化学成分及其制备方法得到的铸造铝合金材料，经测试，室温下砂型铸造试样达到：σ_b≥300MPa，δ≥1.5％，布氏硬度≥110HBW；金属型铸造试样：σ_b≥320MPa，δ≥2.0％，布氏硬度≥120HBW。因此，本发明方法制造的铸造铝合金材料取得了强度和硬度高，铸造性能好的有益效果。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细的描述。

本发明的实施例以熔炼200kg铸造铝合金原材料为例，该方法包括如下的步骤：

步骤1：配料，包括：

1-1.根据合金化学成分要求与元素烧损规律，计算每种元素所需百分含量如下(wt％)：7Si，4Cu，0.2Mn，0.15Cd，0.15Ti，余量为Al。

1-2.根据每种元素所需百分含量计算200kg原料所需每种元素的重量。Si：14kg；Cu：8kg；Mn：0.4kg；Cd：0.3kg；Ti：0.3Kg；Al：177kg。

1-3.原材料使用Al、Al-12wt％Si、Al-50wt％Cu、Al-10wt％Mn、Cd、Al-5wt％Ti。计算各自配料重量。Al-12wt％Si：117kg；Al-50wt％Cu：16kg；Al-10wt％Mn：4kg；Cd：0.3kg；Al-5wt％Ti：6kg；Al：56.7kg。

步骤2：熔炼，包括：

2-1.称量好的纯Al及中间合金预热至400～450℃，保温3小时以上。Cd在炉旁预热。

2-2.不得使用三级回炉料，二级回炉料不得超过炉料重量的30％，回炉料的使用总量不得超过炉料重量的60％。

2-3.用电阻坩埚炉熔炼，坩埚升温预热至暗红色，约500～600℃，依次加入纯Al、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti，为进一步提高合金力学性能可以加入少量的Al-Ti-B和Al-Be。

2-4.金属液完全熔化后搅拌均匀，进行精炼处理，采用C₂Cl₆精炼剂，精炼温度720～750℃，精炼时间10～12min，精炼后静置10min以上。

2-5.精炼后进行变质处理，采用三元或四元钠盐变质剂，变质温度720～750℃，变质时间12～20min。

步骤3：浇注，包括：

3-1.砂型模具，浇注时在浇注系统中放置过滤网。

3-2.调整合金液温度至710℃，进行浇注。

步骤4：热处理，包括：

4-1.用箱式电阻炉热处理。

4-2.固溶处理：(490±5)℃×4h→(500±5)℃×(4～6)h→(510±5)℃×(8～12)h→(40～80)℃水冷。

4-3.时效处理：(160±5)℃×(3～6)h→空冷。

上述步骤1，配料，每种元素的百分含量(wt％)可以为如下的化学成分：

6.5～7.5Si，3.5～5.3Cu，0.05～0.40Mn，0.05～0.25Cd，0.05～0.25Ti，0～0.05B，0～0.08Be，余下为Al。杂质Fe含量不大于0.20％，杂质总量不大于0.40％。

上述步骤2；熔炼，依次加入纯Al、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Be原材料，可使用回炉料，也可使用预制的合金锭。在合金完全熔化后，进行精炼和变质处理，静置30分钟后调整到适宜的浇注温度浇注铸件。

本发明采用上述方法，将原材料经熔炼(精炼、变质)、凝固、热处理后而获得该合金材料。该合金适用于砂型铸造和金属型铸造，具有强度高，硬度高，流动性好，疏松、偏析和裂纹倾向小的特点，适宜制作航天和航空等行业用零件。

下面对本发明铸造铝合金制造方法的原理进行描述：

上述步骤1；配料，由于铝合金中，Fe是有害元素，需要严格限制，要求不大于0.20％。一般需要加入少量的Mn和Be以消除Fe的有害作用，以改善合金的机械性能。Mn元素一部分溶入α固溶体起到固溶强化的目的，一部分形成T(Al₁₂Mn₂Cu)相，在进行时效处理时发生分解形成细小的T相质点提高合金的屈服强度和高温性能。但Mn含量不能太高，否则形成的T相尺寸较大且连接成网状使力学性能下降。Be可以有效抑制合金的氧化和吸气。Cd促进时效时亚稳定相θ’的析出和生长，提高合金的强度和硬度。Cd在铝合金中577℃时的溶解度为0.24％，327℃时为0.05％。Ti作为组织细化元素加入，形成的TiAl₃相可作为异质形核的核心。但Ti含量过高会造成TiAl₃聚集长大、粗化，从而恶化合金力学性能。B强烈促进Ti的细化效果，Ti和B二者一起使用时细化效果更好。

本发明的方法采用上述化学成分及其制备方法得到的铸造铝合金材料强度和硬度高，铸造性能好。经测试，在室温下，砂型铸造试样：σ_b≥300MPa，δ≥1.5％，布氏硬度≥110HBW；金属型铸造试样：σ_b≥320MPa，δ≥2.0％，布氏硬度≥120HBW。

Claims

1.一种铸造铝合金的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：配料，包括：

1-1.根据合金化学成分要求与元素烧损规律，计算每种元素所需百分含量，包括如下元素：Si，Cu，Mn，Cd，Ti，Al；

1-2.根据每种元素所需百分含量计算每种所需元素的重量；

1-3.原材料使用Al、Al-12wt％Si、Al-50wt％Cu、Al-10wt％Mn、Cd、Al-5wt％Ti；计算配料各自重量；

步骤2：熔炼，包括：

步骤3：浇注，包括：

3-1.用砂型模具，浇注时在浇注系统中放置过滤网；

3-2.调整合金液温度至710℃，进行浇注；

步骤4：热处理，包括：

4-1.使用箱式电阻炉热处理；

4-3.时效处理：160±5℃×3～6h→空冷。

2.如权利要求1所述的铸造铝合金的制造方法，其特征在于，所述的步骤1-1，每种元素的百分含量如下：

3.如权利要求1所述的铸造铝合金的制造方法，其特征在于，所述的步骤1-2，根据每种元素所需百分含量计算200kg原料所需每种元素的重量为：Si：14kg；Cu：8kg；Mn：0.4kg；Cd：0.3kg；Ti：0.3Kg；Al：177kg。

4.如权利要求1所述的铸造铝合金的制造方法，其特征在于，所述的步骤1-3，熔炼200kg铸造铝合金原材料，原材料各自配料重量为；Si：117kg；Cu：16kg；Mn：4kg；Cd：0.3kg；Ti：6kg；Al：56.7kg。

5.如权利要求1所述的铸造铝合金的制造方法，其特征在于，所述的步骤2-2，使用预制的合金锭；在合金完全熔化后，进行精炼和变质处理，静置30分钟后调整到浇注温度，浇注铸件。