CN1032872C

CN1032872C - 高强度高致密度铸造铝硅合金

Info

Publication number: CN1032872C
Application number: CN 93106415
Authority: CN
Inventors: 王秉玉; 舒秋阳; 王永正; 章捷; 张风娥
Original assignee: No211 Factory
Current assignee: No211 Factory
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1996-09-25
Anticipated expiration: 2013-06-03
Also published as: CN1096059A

Abstract

一种不含有毒合金元素(如铍等)，使用普通工业纯原材料生产的高强度、高致密度铸造铝硅合金，其化学成分为：Si7-10%、Mg0.15-0.3%、Cu1.75-2.5%、Mn0.2-0.35%、RE0.01-0.04%，主要杂质Fe≤0.3%，其中RE不作为变质剂使用，仅作为添加剂，以提高合金的伸长率。本发明的熔制成本低、工艺简便易行，取代ZL101A、ZL114A等合金可获得很高的经济效益。

Description

本发明涉及一种铸造铝硅系合金，特别是一种高强度高致密度铸造铝硅合金。

众所周知，目前常用铸造铝硅系合金，如ZL104、ZL101等虽有好的铸造性能及高的致密度，但其机械性能，特别是伸长率低，已不能适应日益发展的高科技的需要。

当前国外，在高强度、高致密度铸造铝硅合金方面已取得很大进展，并已用于生产。几种有代表性的合金列于表1：(表1见文后)

这些合金的特点是：有高的致密度和高的机械性能。在J、T₆状态下，σ_b均大于294MPa；δ₅也能大于3％；在S、T₆状态下，σ_b虽能基本上达到294MPa的水平，但δ₅仍然较低，仅处于≥2％。这些合金的机械性能之所以能达到目前的水平，主要原因是使用了高纯度的材料，合金杂质铁(Fe)含量控制在0.2％以下，或者是在合金中加入了毒性较大的合金元素铍(Be)，或者是二者兼有之。

目前，国内在同类型合金研究与应用方面也取得了较大的进展，几种有代表性的合金列于表2。(表2见文后)

表2所列合金机械性能提高的途径也是使用了高纯度的原材料或使用了Be，如ZL101A、ZL114A、ZL116A等；有的虽未使用高纯度的原材料或Be，如T84，尽管它的σ_b较高，但δ₅太低，尚不足1％，因此仍不能满足需要。

本发明的目的在于提供一种既不使用高纯度的原材料进行熔制，又不加入毒性大的合金元素铍的高强度高致密度铸造铝硅合金。

本发明可以通过以下措施来实现：

本发明所述合金的成分及其含量范围如下：Cu1.75-2.5％、Si7-10％、Mg0.15-0.3％、Mn0.2-0.35％、富铈混合稀土RE0.01-0.04％、B、Ti微量，主要杂质Fe≤0.3％，Al为余量。由于该合金的含硅量较高，固可保证它具有良好的铸造性能和高的致密度；Cu和Mg均参与时效强化，可比Cu或Mg单独参与时效强化得到更好的强化效果，因此该合金具有更高的抗拉强度。

由表2可见，T85、T84合金中尽管也加入了锰，以降低杂质Fe的有害影响(同Tens-50合金相比)，合金的伸长率仍然很低，其原因显而易见的，即锰的作用远不及铍。鉴于上述这一原因，本发明则另辟新的工艺途径，通过大量试验，使用富铈混合稀土金属取代铍并取得了成功。

当前国内外均将富铈混合稀土金属做为铸造铝硅合金的变质剂使用，其用量在0.2％以上(占合金液总重)。本发明则不同，将其做为一种添加剂，提高合金的伸长率，故用量极低。研究结果表明随合金中RE含量的变化，合金的抗拉强度变化不大，但δ₅变化很大。起初随RE量的增加，δ₅增加，当RE含量达到0.025％左右时，δ₅达到最高值，此后若继续增加RE含量，δ₅便快速下降。可见适量的RE对合金机械性能的影响与Mg、Cu等不同，它的优势在于，基本上不损失σ_b的同时可使原合金的δ₅提高30％左右。

合金熔炼在电阻坩埚炉中进行，合金熔制过程中合金液的最高温度≤760℃，合金在740-750C进行除气处理，除气剂为C₂Cl₆用量为合金液总量的0.4％；除气后合金静置5-10分钟后，进行孕育处理，然后加入铝稀土中间合金，加入温度为740-750℃，最后进行变质处理，变质剂为NaCl、NaF、KCl的混合物，用量为合金液重量的1.4-1.5％。Al-Mn、Al-Cu、Al-Si等中间合金同重熔用铝锭一起加入。重熔用镁锭在合金液除气前加入，加入温度为720℃。

该合金的热处理工艺在空气循环电炉中进行，热处理的工艺参数见表3。(表3见文后)

本发明所述合金符合设计和生产要求，具有良好的性能，与国内外高强度铸造铝硅系合金相比达到国际水平，具有如下优点：

由于本发明中对合金机械性能危害极大的杂质铁的允许含量较高，可达0.3％，又不含有毒的合金元素Be等，因此本发明可以使用普通工业纯的原材料进行熔制，故可大大降低合金成本，熔炼设备无需进行技术改造，并可节省环保投资；加之合金元素含量范围宽，合金成分易于保证，熔炼工艺简便易行。有多种使用状态，易满足不同用户的使用要求。正因如此，本发明的成本与ZL104等普通铸造铝合金相近，但机械性能却达到了高纯铝生产的铝硅合金的水平。

下面列举4个具体实施例：

实施例1：

合金熔炼在30Kg电阻坩埚炉中进行，原材料配比如下：

合金成分	含量
合金成分	含量	Mg	0.3
Mn	0.25	Mg	0.3
Mn	0.25	Si	8
Cu	2.2	Si	8
Cu	2.2	RE	0.03
Fe	≤0.3	RE	0.03
Fe	≤0.3	Al	余量

熔炼该合金所用金属材料如下：重熔用铝锭、重熔用镁锭、Al-Mn10％中间合金、Al-Cu50％中间合金、Al-RE10％中间合金、Al-Si14％中间合金，RE中Ce的含量在45％以上。

熔炼工艺如下：

717℃加镁

742℃除气，除气剂C₂Cl₆≥50％

742℃孕育处理，孕育剂Ti/B＝5

740℃加RE

740℃变质处理，变质剂为三元：NaCl40％、NaF45％、KCl15％

浇注温度为690℃，熔炼总时间不超过6小时。成品成分见下表：

Si	0.92
Si	0.92	Cu	2.30
Mg	0.19	Cu	2.30
Mg	0.19	Mn	0.27
Ti	0.0091	Mn	0.27
Ti	0.0091	B	0.0017
RE	0.025	B	0.0017
RE	0.025	Fe(杂质)	0.26

机械性能和热处理参数见下表：(表4见文后)

熔炼设备及原料配比同实施例1，熔炼工艺如下：

实施例2

熔炼设备及原料配比同实施例1，熔炼工艺如下：

716℃加镁

740℃除气、孕育处理、加RE

738℃变质处理

浇铸温度690℃成品成分见下表：

Si	7.64
Si	7.64	Cu	2.11
Mg	0.20	Cu	2.11
Mg	0.20	Mn	0.27
Ti	0.0064	Mn	0.27
Ti	0.0064	B
RE	0.024	B
RE	0.024	Fe(杂质)	0.24

机械性能和热处理参数见下表：(表5见文后)

实施例3

熔炼设备及原料配比同上，熔炼工艺如下：

720℃加镁

740℃除气、孕育处理

737℃加RE

740℃变质处理

浇铸温度690℃成品成分见下表：

Si	0.07
Si	0.07	Cu	1.99
Mg	0.18	Cu	1.99
Mg	0.18	Mn	0.29
Ti	0.009	Mn	0.29
Ti	0.009	B
RE	0.023	B
RE	0.023	Fe(杂质)	0.30

机械性能和热处理参数见下表：(表6见文后)实施例4熔炼设备及原料配比同上，熔炼工艺如下：725℃加镁740℃除气、孕育处理735℃加RE730℃开始浇铸，浇铸温度690℃-700℃成品成分见下表：

Si	8.24
Si	8.24	Cu	2.18
Mg	0.22	Cu	2.18
Mg	0.22	Mn	0.28
Ti	0.0051	Mn	0.28
Ti	0.0051	B	0.0016
RE	0.022	B	0.0016
RE	0.022	Fe(杂质)	0.30

机械性能和热处理参数见下表：(表7见文后)

表1

国别	合金牌号	杂质铁含量％	铸型条件	热处理状态	机械性能		备注
					机械性能		备注	σ_bMPa	δ₅％
					美	A356	≤0.2	σ_bMPa	δ₅％		S^*	T₆ ^*	≥234	≥3.5	ASTMB686-85
美	Tens-50	≤0.3	S	T₆	美	A356	≤0.2	288	3	合Be0.1-0.4％	S^*	T₆ ^*	≥234	≥3.5	ASTMB686-85
美	Tens-50	≤0.3	S	T₆	美	A357	≤0.2	288	3	合Be0.1-0.4％	J^*	T₆	≥310.0	≥3.0	AMS4219A
原苏联	BAЛ5	≤0.3	S	T₅	美	A357	≤0.2	≥294	≥2	含Be0.1-0.3％OCT2685-75	J^*	T₆	≥310.0	≥3.0	AMS4219A
			S	T₅	J		≥333.2	≥294	≥2		4
			原苏联	AЛ4Л	J		≥333.2	≤0.2	J		4	T₆ ^*	274.4	3	OCT92-1516含Zr、Be
T₆ ^*	294	3										T₆ ^*	274.4	3

S^* -砂型铸造J-金属型铸造T₆-固溶处理加完全人工时效T₅-固溶处理加不完全人工时效T₅-固溶处理加不完全人工时效

表2

序号	合金牌号	杂质铁含量％	铸型条件	热处理状态	机械性能
					机械性能		σ_bMPa	δ₅％
					1	ZL114A	σ_bMPa	δ₅％	≤0.2	SB^*	T₅	≥290.2	≥2
J、JB	≥310	≥3								SB^*		≥290.2	≥2
J、JB	≥310	≥3	2	T85			≤0.3	J		T₆		343.0	1.5
3	T84	≤0.3	2	T85	S	T₆	≤0.3	J	323.4	T₆	～1.0	343.0	1.5
3	T84	≤0.3	4	ZL101A	S	T₆	≤0.2	SB	323.4	T₅	～1.0	≥231	≥4
J	≥261	≥4						SB				≥231	≥4
J	≥261	≥4			5	ZL101A		≤0.2	S		T₆	≥271	≥2
J	≥290	≥3							S			≥271	≥2

SB^*-变质处理

表3

热处理状态	固溶处理				时效处理		固溶处理介质及温度℃
	固溶处理				时效处理			一级		二级		温度℃	时间h
	温度℃	时间h	温度℃	时间h				一级		二级
	温度℃	时间h	温度℃	时间h	T₅	485-495		4	520-525	8	160-165			6	水，50-100
T₆	170-175	6			T₅						160-165			6
T₆	170-175	6

表4

铸型条件	试样种类	热处理状态	机械性能
			机械性能			σ_bMPa	δ₅	HB
			SB	单铸	淬火490℃保温4hT₆ 525℃保温8h时效175℃保温6h	σ_bMPa	δ₅	HB	299.4	2.3	106

表5

铸型条件	试样种类	热处理状态	机械性能
			机械性能			σ_bMPa	δ₅	HB
			SB	单铸	淬火490℃保温4hT₅ 530℃保温8h不完全时效162℃保温6h	σ_bMPa	δ₅	HB	280.3	3.4	103
淬火490℃保温4hT₆ 525℃保温8h时效175℃保温6h	299.9	2.4			淬火490℃保温4hT₅ 530℃保温8h不完全时效162℃保温6h	110			280.3	3.4	103

表6

铸型条件	试样种类	热处理状态	机械性能
			机械性能			σ_bMPa	δ₅	HB
			SB	单铸	淬火490℃保温4hT₅ 525℃保温8h不完全时效162℃保温6h	σ_bMPa	δ₅	HB	278.6	3.4	101

表7

铸型条件	试样种类	热处理状态	机械性能
			机械性能			σ_bMPa	δ₅	HB
			sb	单铸	淬火490℃保温4hT₅ 525℃保温8h不完全时效160℃保温6h	σ_bMPa	δ₅	HB	322	4.2	113
淬火490℃保温4hT₆ 525℃保温8h时效175℃保温6h	340	2.07			淬火490℃保温4hT₅ 525℃保温8h不完全时效160℃保温6h	115			322	4.2	113

Claims

1.一种高强度高致密度铸造铝硅合金，其化学成分为：Si7-10％、Mg0.15-0.3％、Cu1.75-2.5％、Mn0.2-0.35％、富铈混合稀土(RE)0.01-0.04％、杂质Fe≤0.3％、Al为余量。