CN102051505B - 高强度铸造铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高强度铸造铝合金，用于制造电站、地铁、隧道等轴流风机动叶轮叶片，属于铝合金材料的技术领域，由以下重量百分比的组分配制而成：Si：9.0～11.0%、Cu：0.3～0.5%、Mg：0.3～0.4%、Mn：0.3～0.5%、Zn：0.2～0.35%、Fe≤0.4%，余量为Al。本发明高强度铸造铝合金，在低压压铸条件下，其室温抗拉强度为320-350Mpa，伸长率为2.5－4％，布氏硬度大于75。
Description
技术领域
本发明公开一种高强度铸造铝合金，用于制造电站、地铁、隧道等轴流风机动叶轮叶片，属于铝合金材料的技术领域。
背景技术
目前，国内外风机行业用于制造轴流风机动叶轮的铸造铝合金多为铝硅系（YL104、360）和铝硅铜系（YL112、380）两类。其中，铝硅系合金流动性好，热脆性及收缩倾向小，致密性好且不易产生裂纹；而铝硅铜系合金因铜合金元素成分较多，其热裂和收缩倾向加大，流动性也稍差，不适合铸造形状复杂的薄壁零件。因此，铝硅系合金是风机行业制造叶片的材料首选，但如何最大限度的提高强度是需要解决的主要课题。
发明内容
为了克服铝硅系合金强度偏低、而铝硅铜系合金铸造工艺性稍差的不足，本发明提供一种室温抗拉强度大于320Mpa、伸长率为2.5-4%的高强度铸造铝合金。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种高强度铸造铝合金，由以下重量百分比的组分配制而成：Si：9.0～11.0%、Cu：0.3～0.5%、Mg：0.3～0.4%、Mn：0.3～0.5%、Zn：0.2～0.35%、Fe≤0.4%，余量为Al。
作为上述方案的进一步设置，本发明高强度铸造铝合金由以下重量百分比的组分配制而成：Si：11.0%、Cu：0.4%、Mg：0.3%、Mn：0.5%、Zn：0.2%、Fe：0.1%，余量为Al。
所述高强度铸造铝合金，在铸造的工序中，熔炼温度740-770℃，除渣、脱气温度730-750℃；铸件成型后再进行固溶处理和人工时效，其中固溶加热温度535±5℃ ，保温时间3-4h，转移时间＜20s，冷却介质为40-60℃温水；时效采用完全人工时效，在固溶处理后1h内进行，时效的加热温度为175±5℃，保温时间6-8h，然后在室温空气中冷却至室温。
本发明高强度铸造铝合金，汲取了铝硅系和铝硅铜系两类合金的各自特点，根据合金中各主要元素在合金中的影响，在铝硅系合金的基础上，通过调整各主要元素的质量分数，来达到既能保证铸造工艺性良好，又能提高合金强度的目的。
下面结合合金中各主要元素在合金中的作用来进一步说明。
1.硅（Si）：合金中的主要元素。硅可以增加合金的流动性，改善铸造工艺性能，并对合金的抗拉强度和硬度有直接影响。但过量的硅会降低合金的伸长率，容易产生热裂纹。从相图上分析，当硅的质量分数为11%时，合金的凝固范围最窄，有利于防止产生缩松和热裂。故选定硅的质量分数为9-11%；
2.镁（Mg）：在铝硅系和铝硅铜系合金中，镁通常作为杂质元素，过多的镁会导致凝固范围宽，收缩倾向大，影响合金的铸造工艺性。但镁对铝也有明显的强化作用，特别是铸件需要热处理时，镁的强化作用更为明显。新材料中将其质量分数控制在0.3-0.4%；
3.锰（Mn）：在铝硅系和铝硅铜系合金中，锰也通常作为杂质元素存在，锰也有一定的补充强化作用，特别是锰能溶解杂质铁以减小其有害影响。锰的质量分数控制在0.3-0.5%；
4.铜（Cu）：铜是重要的合金元素，特别是铝硅铜系合金中，高强度主要是含有较多的铜元素，并通过热处理强化促成的。但铜含量过高，收缩和热裂倾向加大，会严重影响合金的铸造工艺性。新材料中将其质量分数定为0.3-0.5%；
5.锌（Zn）：适量的锌可可改善合金液的流动性和合金的抗拉强度，但过量的锌也会使合金热裂倾向增加，伸长率下降。其质量分数控制在0.2-0.35%；
6.铁（Fe）：铁是铝合金中的主要有害元素，其质量分数严格控制在0.4%以下。
需要注意的是，铝合金在生产过程中，不可避免的会带有杂质，这是公知常识，本发明将杂质的百分含量控制在≤0.15%的范围内。杂质一般包括镍（Ni）、钛（Ti）、铬（Cr）、锡（Sn）、铅（Pb）、鋯（Zr）等。
本发明高强度铸造铝合金，在低压压铸条件下，其室温抗拉强度为320-350Mpa，伸长率为2.5－4％，布氏硬度大于75。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不受以下实施例所限定。
实施例1
本发明高强度铸造铝合金，由以下重量百分比的组分配制而成：Si：11.0%、Cu：0.4%、Mg：0.3%、Mn：0.5%、Zn：0.2%、Fe：0.1%，余量为Al。
本发明采用以上重量百分比组分时，所使用的铸造方法为金属模低压压铸：
1.熔炼采用独立熔炼方式，即专炉专用，但加热方式不限。铁质坩埚、熔炼工具、包括模具和铝液接触部位都要采取严格的隔离措施。
2.在严格保证化学成分的前提下，使用回炉料以不超过25%为宜。
3.熔炼温度740℃，除渣、脱气温度730℃。随后添加3‰的铝-锶长效变质剂，充分搅拌后静置15min后便可进行压铸。
在保证熔炼、除渣、脱气、变质等工步符合工艺规定的时限基础上，各操作过程中应尽量保持铝液液面平稳，操作简练、流畅，缩短时间，即可节约能源，又可减少铝的烧损和保证变质剂的有效性。
建议每炉铝液在4h内使用完毕。
上述铸件成型后再进行固溶处理和人工时效：
1.固溶加热温度530℃ ，保温时间4h。转移时间15s，这点非常重要，否则将直接影响到铸件的强度。冷却介质为40℃温水，特别是冬季、雨季需要特别注意，可适当提高和降低水的温度。
2.时效采用T6即完全人工时效，要求在固溶处理后1h内进行。时效的加热温度为170℃，保温时间8h，然后在室温空气中冷却。
通过以上组分和工艺生产出来的高强度铸造铝合金，其室温抗拉强度为350Mpa，伸长率为4％。
实施例2
本发明高强度铸造铝合金，由以下重量百分比的组分配制而成：Si：9.0%、Cu：0.3%、Mg：0.4%、Mn：0.3%、Zn：0.25%、Fe：0.15%，余量为Al。
本发明采用以上重量百分比组分时，所使用的铸造方法为金属模低压压铸：
1.熔炼采用独立熔炼方式，即专炉专用，但加热方式不限。铁质坩埚、熔炼工具、包括模具和铝液接触部位都要采取严格的隔离措施。
2.在严格保证化学成分的前提下，使用回炉料以不超过25%为宜。
3.熔炼温度745℃，除渣、脱气温度735℃。随后添加3‰的铝-锶长效变质剂，充分搅拌后静置15min后便可进行压铸。
在保证熔炼、除渣、脱气、变质等工步符合工艺规定的时限基础上，各操作过程中应尽量保持铝液液面平稳，操作简练、流畅，缩短时间，即可节约能源，又可减少铝的烧损和保证变质剂的有效性。
建议每炉铝液在4h内使用完毕。
上述铸件成型后再进行固溶处理和人工时效：
1.固溶加热温度535℃ ，保温时间4h。转移时间18s，这点非常重要，否则将直接影响到铸件的强度。冷却介质为45℃温水，特别是冬季、雨季需要特别注意，可适当提高和降低水的温度。
2.时效采用T6即完全人工时效，要求在固溶处理后1h内进行。时效的加热温度为175℃，保温时间7.5h，然后在室温空气中冷却。
通过以上组分和工艺生产出来的高强度铸造铝合金，其室温抗拉强度为335Mpa，伸长率为3％。
实施例3
本发明高强度铸造铝合金，由以下重量百分比的组分配制而成：Si：10.0%、Cu：0.5%、Mg：0.35%、Mn：0.4%、Zn：0.35%、Fe：0.2%，余量为Al。
本发明采用以上重量百分比组分时，所使用的铸造方法为金属模低压压铸：
1.熔炼采用独立熔炼方式，即专炉专用，但加热方式不限。铁质坩埚、熔炼工具、包括模具和铝液接触部位都要采取严格的隔离措施。
2.在严格保证化学成分的前提下，使用回炉料以不超过25%为宜。
3.熔炼温度750℃，除渣、脱气温度740℃。随后添加3‰的铝-锶长效变质剂，充分搅拌后静置15min后便可进行压铸。
在保证熔炼、除渣、脱气、变质等工步符合工艺规定的时限基础上，各操作过程中应尽量保持铝液液面平稳，操作简练、流畅，缩短时间，即可节约能源，又可减少铝的烧损和保证变质剂的有效性。
建议每炉铝液在4h内使用完毕。
上述铸件成型后再进行固溶处理和人工时效：
1.固溶加热温度535℃ ，保温时间3.5h。转移时间15s，这点非常重要，否则将直接影响到铸件的强度。冷却介质为50℃温水，特别是冬季、雨季需要特别注意，可适当提高和降低水的温度。
2.时效采用T6即完全人工时效，要求在固溶处理后1h内进行。时效的加热温度为175℃，保温时间7h，然后在室温空气中冷却。
通过以上组分和工艺生产出来的高强度铸造铝合金，其室温抗拉强度为340Mpa，伸长率为3.5％。
实施例4
本发明高强度铸造铝合金，由以下重量百分比的组分配制而成：Si：11.0%、Cu：0.5%、Mg：0.4%、Mn：0.5%、Zn：0.3%、Fe：0.3%，余量为Al。
本发明采用以上重量百分比组分时，所使用的铸造方法为金属模低压压铸：
1.熔炼采用独立熔炼方式，即专炉专用，但加热方式不限。铁质坩埚、熔炼工具、包括模具和铝液接触部位都要采取严格的隔离措施。
2.在严格保证化学成分的前提下，使用回炉料以不超过25%为宜。
3.熔炼温度760℃，除渣、脱气温度745℃。随后添加3‰的铝-锶长效变质剂，充分搅拌后静置15min后便可进行压铸。
在保证熔炼、除渣、脱气、变质等工步符合工艺规定的时限基础上，各操作过程中应尽量保持铝液液面平稳，操作简练、流畅，缩短时间，即可节约能源，又可减少铝的烧损和保证变质剂的有效性。
建议每炉铝液在4h内使用完毕。
上述铸件成型后再进行固溶处理和人工时效：
1.固溶加热温度540℃ ，保温时间3h。转移时间15s，这点非常重要，否则将直接影响到铸件的强度。冷却介质为55℃温水，特别是冬季、雨季需要特别注意，可适当提高和降低水的温度。
2.时效采用T6即完全人工时效，要求在固溶处理后1h内进行。时效的加热温度为180℃，保温时间6.5h，然后在室温空气中冷却。
通过以上组分和工艺生产出来的高强度铸造铝合金，其室温抗拉强度为325Mpa，伸长率为3％。
实施例5
本发明高强度铸造铝合金，由以下重量百分比的组分配制而成：Si：10.5%、Cu：0.3%、Mg：0.3%、Mn：0.4%、Zn：0.35%、Fe：0.2%，余量为Al。
本发明采用以上重量百分比组分时，所使用的铸造方法为金属模低压压铸：
1.熔炼采用独立熔炼方式，即专炉专用，但加热方式不限。铁质坩埚、熔炼工具、包括模具和铝液接触部位都要采取严格的隔离措施。
2.在严格保证化学成分的前提下，使用回炉料以不超过25%为宜。
3.熔炼温度770℃，除渣、脱气温度750℃。随后添加3‰的铝-锶长效变质剂，充分搅拌后静置15min后便可进行压铸。
在保证熔炼、除渣、脱气、变质等工步符合工艺规定的时限基础上，各操作过程中应尽量保持铝液液面平稳，操作简练、流畅，缩短时间，即可节约能源，又可减少铝的烧损和保证变质剂的有效性。
建议每炉铝液在4h内使用完毕。
上述铸件成型后再进行固溶处理和人工时效：
1.固溶加热温度540℃ ，保温时间3h。转移时间18s，这点非常重要，否则将直接影响到铸件的强度。冷却介质为60℃温水，特别是冬季、雨季需要特别注意，可适当提高和降低水的温度。
2.时效采用T6即完全人工时效，要求在固溶处理后1h内进行。时效的加热温度为180℃，保温时间6h，然后在室温空气中冷却。
通过以上组分和工艺生产出来的高强度铸造铝合金，其室温抗拉强度为340Mpa，伸长率为3％。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种高强度铸造铝合金，其特征在于由以下重量百分比的组分配制而成：Si：9.0～11.0%、Cu：0.3～0.5%、Mg：0.3～0.4%、Mn：0.3～0.5%、Zn：0.2～0.35%、Fe≤0.4%，余量为Al；
所述高强度铸造铝合金，在铸造的工序中，熔炼温度740-770℃，除渣、脱气温度730-750℃；铸件成型后再进行固溶处理和人工时效，其中固溶加热温度535±5℃ ，保温时间3-4h，转移时间＜20s，冷却介质为40-60℃温水；时效采用完全人工时效，在固溶处理后1h内进行，时效的加热温度为175±5℃，保温时间6-8h，然后在室温空气中冷却至室温。
2.如权利要求1所述的高强度铸造铝合金，其特征在于：由以下重量百分比的组分配制而成：Si：11.0%、Cu：0.4%、Mg：0.3%、Mn：0.5%、Zn：0.2%、Fe：0.1%，余量为Al。
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