CN1020037C - 铝-锌-镁系合金铸造-模锻组合成型工艺 - Google Patents

Abstract

铝-锌-镁系合金铸造一模锻组合成型工艺是将配制好的液体金属浇入铸型内，然后将清理好的铸件放入经预热的锻模内给予一定压力，使原来铸件受压变形并充满整个锻模。铸件经压力加工后，气孔、缩孔被压扁或熔接，提高了铸件密度，由于再结晶结果，细化了晶粒。与锻造工艺相比，工序减少，设备与耗能少，材料利用率高，成本降低。

Description

本发明涉及一种铝-锌-镁系合金的铸造-模锻组合成型工艺。

目前，连续铸造出来的铸件，在轧制成型后，还需进行回火处理，这点是非常重要的。但在铸造过程中，由于模具型腔壁冷却不均匀，铸件内会形成许多空腔，为了消除这些空腔，采用具有高缩减比的轧制工序，以便产生足够大的压力而将铸件空腔闭合。然而这种大压力易使铸件产生很大内应力，导致铸件产生裂纹，特别是存在成份偏析时，裂纹情况更严重。

为此，GB2095592A公开了一种长形铝质产品（包括铝合金）的制作工艺。这一工艺包括连续铸造、连续挤压和连续轧制三道工序。该专利介绍的连续铸造过程是借助连续铸轮装置实现的，该装置的主体是一连续铸轮，沿其周向轮面备有一凹槽。连续铸轮由其上的金属环形传送带带动，其上凹槽和金属环形传输带之间形成液态铝冷凝通道。金属环形传输带安装在位于连续铸轮四周的导向轮上，导向轮带动传输带转动，传输带又带动连续铸轮转动，液态铝进入漏斗后再由漏斗流入连续铸轮上的冷凝通道中，此时，位于环形传输带外的喷水装置向传输带喷水，使液态铝冷却凝固，最后形成与铸轮凹槽形状相同的长形铝铸棒，连续铸轮不断转动使长形铝铸棒逐渐离开连续铸轮。挤压机的主体是一直径为450mm的挤擦轮，此挤擦轮每分钟旋转55圈。沿挤擦轮的圆形轮面上开有凹槽，凹槽对应100°的圆心角范围，装有一盖板，此盖板与所复盖的凹槽构成一个挤擦通道， 挤擦通道两端是挤压孔。上述的铝铸棒离开连续铸轮后从挤擦通道的一端挤压孔进入，由于挤擦轮的转动使铝铸棒在挤擦通道被挤擦后从另一端挤压孔伸出，最后送入轧制机轧制成长度大于横截面直径2倍以上的长形铝制品。

由上所述，此长形铝制品是经连续铸造、连续挤压、连续轧制三道工序制成。该制品金相组织较均匀且孔隙度小，从而使其结构、性能提高，然而不难看出，上述工艺操作程序复杂，只能制作长度大于截面积直径两倍以上的长形铝制品，而对其它形状的产品则无能为力，局限性大，且所使用的设备复杂。

本发明的目的是提供一种简单的铝-锌-镁系合金铸造和模锻组合成型工艺，以克服上述长形铝质产品制作工艺的缺点。

为此，本发明采用的铸造-模锻组合成型工艺如下所述：

第一阶段，即铸造工艺过程是：先将清理好的纯铝锭、回炉料、铝铬、铝锰中间合金放入温度为400℃～500℃的铁坩埚中，此铁坩埚是用电炉加热。待炉料熔化后，继续对铁坩埚进行加热，使其升温到700℃～720℃，加入铝钛中间合金及锌块，待上述所加入的物料全部熔化后进行搅拌，然后再使物料升温到720℃～730℃，此时用钟罩将镁锭压入铁坩埚内充分搅拌，再加热到740℃～750℃用氯化锌精炼，等5～8分钟后进行扒渣，待铁坩埚的液体金属温度为690℃～720℃时，浇入经过预热的铸型（金属型）内，此时铸型温度为200℃～350℃，然后将清理好的铸件放入320℃～400℃的锻模中。锻模腔壁内预先涂好润滑剂。始锻温度是420℃～540℃，再用压力机进行 模锻，模锻压力为600N/mm²～800N/mm²。铸件在模锻过程中变形并充满整个锻模，其变形量范围为20～80%。

铸型可根据情况采用金属型或砂型，模锻可采用开式模锻或闭式模锻。铸件经压力加工后，气孔、缩孔被压扁或熔接，提高了铸件密度;同时，由于再结晶结果，细化了组织，变形破碎了非金属夹杂物。因此提高了零件的机械性能和使用性能。

由此可见，本发明采用的铸造-模锻组合成型工艺，吸取了铸造、锻压两种工艺的优点，提高了零件的综合机械性能，适用于各种形状的铝-锌-镁-制品简化了设备和工艺，材料利用率几乎达到100%。

经多次试验证明，采用该组合成型工艺与单一铸造工艺相比，其主要机械性能提高的幅度如下：

抗拉强度：5～25%;延伸率：3～20%;

试样密度提高0.1～0.5%。

铸件变形后，晶粒显著细化。

用铸造-模锻组合成型工艺制成铝合金自行车闸叉作为本发明的实施例。

闸叉合金化学成份如下：

基体金属为铝，其余成份是：镁：1.5～2.0%、锌：3.5～4.5%、钛0.15～0.25%、锰：0.1～0.2%，而杂质铁与硅应小于0.3%。

根据上述闸叉合金化学成份计算出的纯铝锭清理好后与回炉料和铝锰中间合金放入450℃的铁坩埚中。此铁坩埚是用电炉加热。炉料熔化后使其升温到720℃，加入铝钛中间合金和锌块，待全部熔化后进行搅拌再加热到720℃，然后用钟罩将镁锭压入铁坩埚内，进 行充分搅拌，再加热到740℃用氯化锌精炼，等5分钟后扒渣，待铁坩埚中的液体金属到710℃时浇入经过预热的温度为200℃～250℃的金属型内。然后将清理好的铸件放入320℃～400℃的锻模中，模腔壁内预先涂以润滑剂，采用压力机进行模锻，始锻温度是450℃，模锻压力为600N/mm²～800N/mm²。闸叉采用闭合式模锻。

需要指出的是，铸件尺寸要考虑到变形，以便顺利地进行压力加工。根据变形量的要求，铸件各部位截面的高和宽与实际零件的高和宽不同（相对应截面面积相等）。本实施例中闸叉的变形量为40%。如设闸叉某部位高为h，则铸件，闸叉相对应部位的高度h′＝h/0.6，此部位的宽S′则相应减少，即S′＝S×0.6，其中S为闸叉相应部位的宽度。

闸叉的孔眼可先铸出较小的孔径，模锻时再扩充，也可不铸出孔眼，模锻时直接冲锻出。

利用单一锻造制造闸叉的工序达十一道，需反复加热数次，还采用锻锤、大型压力机等多种大型设备，原材料利用率仅30%左右。

采用本发明的组合工艺制造铝合金闸叉，其原材料利用率几乎达百分之百。铸造时的浇注系统，补缩系统，清理后，均可作为回炉料重熔，反复使用。金属型铸造毛坯效率高，不需铸型材料，不需造型。铸件只需一次加热，进行一次模锻。整个生产过程工序少，耗能少，材料利用率高，制造一套闸叉所需成本为单一锻造的1/2～1/3。其力学性能完全达到IH04210-1982的自行车安全标准。

Claims (4)

1、一种铝-锌-镁系合金铸造一模锻组合成型工艺，其特征在于，将清理好的纯铝锭、回炉料和铝锰、铝铬中间合金放入用电炉加热，温度为400℃～500℃的铁坩埚中，待炉料熔化后，使炉料升温到700℃～720℃，加入铝钛中间合金及锌块，全部熔化后进行搅拌，然后再加热到720℃～730℃，用钟罩将镁锭压入铁坩埚内充分搅拌，再加热到740℃～750℃用氯化锌精炼，5～8分钟后扒渣，使690℃～720℃的液体金属浇入200℃～350℃的金属型内，然后将清理好的铸件放入320℃～400℃的锻模内，锻模腔壁内涂以润滑剂，铸件始锻温度是420℃～540℃，采用压力机进行模锻，模锻压力为600N/mm²～800N/mm²，铸件在模锻过程中受压变形，其变形量范围为20～80%。

2、根据权利要求1所述的铝-锌-镁系合金铸造-模锻组合成型工艺，其特征在于所述的铸型采用砂型。

3、根据权利要求1所述的铝-锌-镁系合金铸造-模锻组合成型工艺，其特征在于采用开式模锻。

4、根据权利要求1所述的铝-锌-镁系合金铸造-模锻组合成型工艺，其特征在于采用闭式模锻。