CN103898377A - 一种高耐磨铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

一种高耐磨铝合金型材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨铝合金型材及其制备方法，按质量百分数比该合金化学成分为：Si12-16、Mg5.8-6.6、Mn0.2-0.3、Cr0.15-0.25、Mo0.3-0.5、Ti0.25-0.35、Co0.4-0.6、W0.1-0.2、Ce0.05-0.1、Dy0.04-0.08，余量为Al。本发明通过优化Si、Mg的含量，并添加了Co、W、Ce、Dy等元素，相互协同作用，显著提高铝合金的耐磨性能，且具有较高的强度和耐热性，完全满足汽车发动机活塞材料的性能要求。

Description

一种高耐磨铝合金型材及其制备方法
技术领域
    本发明涉及一种高耐磨铝合金型材及其制备方法，属于铝合金材料领域。
背景技术
铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，易于加工，可制成各种型材，具有优良的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。铝合金型材广泛应用于航空航天、交通运输、机械制造、建筑装修、化学工业等，是一种重要的有色金属结构材料。随着科学技术以及工业经济的飞速发展，汽车发动机活塞材料对铝合金耐磨性的要求日益提高，因此，急需开发一种高耐磨铝合金型材，以满足汽车发动机活塞材料的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐磨铝合金型材及其制备方法，在保证铝合金高强度、耐热性的同时，提高材料的耐磨性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
    一种高耐磨铝合金型材，按质量百分数比该合金化学成分为：Si 12-16、Mg 5.8-6.6、Mn 0.2-0.3、Cr 0.15-0.25、Mo 0.3-0.5、Ti 0.25-0.35、Co 0.4-0.6、W 0.1-0.2、Ce 0.05-0.1、Dy 0.04-0.08，余量为Al。
    本发明高耐磨铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
    （1）按配方配比计算称取炉料，取铝锭、镁锭加入熔化炉中加热熔化，当熔液温度达720-740℃时，依次加入硅锭、Al-10wt%Mn中间合金、Al-12wt%Mo中间合金，搅拌均匀后继续升温至760-790℃，依次加入Al-4wt%W中间合金、Al-15wt%Co中间合金、Al-5wt%Cr中间合金，炉料全部熔化后，搅拌20-30min，使成分均匀，调整温度至740-760℃，通过氮气将精炼剂吹入至熔液面2/3处进行精炼，精炼剂用量为熔液重量的1.5-2.5%，精炼15-20min后扒渣，静置10-15min，调整温度至710-730℃，加入其它剩余合金元素成分，搅拌5-10min后，取样分析，调整至合格；以气体流量为1-2L/min通80%N2+20%Ar混合气体除气精炼10-15min，扒渣，升温至735-755℃，保温静置15-20min后即可出炉浇注，浇注温度为670-690℃；
    （2）将步骤（1）得到的铸坯加入到熔化炉中，加热至715-735℃，待其完全熔化后，搅拌20-30min后进行第二次取样分析，然后调整温度至700-720℃，以气体流量为1.5-2.5L/min通70%N2+20%Cl2+10%CO混合气体除气精炼15-20min，扒渣后静置20-30min，取样进行炉前快速分析，分析结果符合合金成分要求即可出炉浇注，浇注温度为685-705℃；
    （3）将步骤（2）得到的重熔铸坯在均匀化处理炉中经460-480℃，5-10h均匀化处理后强风冷却至200-250℃再水冷至室温；
    （4）将均匀化后的铸坯挤压成型，挤压温度为490-510℃，挤压速率为14-18m/min，然后将挤出的型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，淬火后进行拉伸矫直, 拉伸变形量为1-2%；
    （5）将拉伸矫直后的铝合金型材进行三级时效处理：先在115-135℃下保温12-18h，然后空冷至室温停放36-48h后放入180-200℃盐浴中保温0.5-1h，再置于0-3℃冰水中水淬至50℃以下，最后在100-120℃下保温15-20h，出炉空冷至室温。
    所述的精炼剂由以下重量份的的组分组成：硝酸钠18-24、氟酸钛钾5-10、氯化钾33-41、氯化锌15-20、硫酸钠3-8、五氯化磷10-15、氟硼酸钠12-18、氟化铝8-14、碳酸钙16-22、木炭粉10-15。
本发明的有益效果：
本发明通过优化Si、Mg的含量，并添加了Co、W、Ce、Dy等元素，相互协同作用，显著提高铝合金的耐磨性能，且具有较高的强度和耐热性，完全满足汽车发动机活塞材料的性能要求。
具体实施方式
    实施例
    一种高耐磨铝合金型材，按质量百分数比该合金化学成分为：Si 12-16、Mg 5.8-6.6、Mn 0.2-0.3、Cr 0.15-0.25、Mo 0.3-0.5、Ti 0.25-0.35、Co 0.4-0.6、W 0.1-0.2、Ce 0.05-0.1、Dy 0.04-0.08，余量为Al。
    高耐磨铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
    （1）按配方配比计算称取炉料，取铝锭、镁锭加入熔化炉中加热熔化，当熔液温度达725℃时，依次加入硅锭、Al-10wt%Mn中间合金、Al-12wt%Mo中间合金，搅拌均匀后继续升温至770℃，依次加入Al-4wt%W中间合金、Al-15wt%Co中间合金、Al-5wt%Cr中间合金，炉料全部熔化后，搅拌20-30min，使成分均匀，调整温度至750℃，通过氮气将精炼剂吹入至熔液面2/3处进行精炼，精炼剂用量为熔液重量的2%，精炼20min后扒渣，静置15min，调整温度至720℃，加入其它剩余合金元素成分，搅拌5-10min后，取样分析，调整至合格；以气体流量为1.5L/min通80%N2+20%Ar混合气体除气精炼15min，扒渣，升温至745℃，保温静置20min后即可出炉浇注，浇注温度为680℃；
    （2）将步骤（1）得到的铸坯加入到熔化炉中，加热至720℃，待其完全熔化后，搅拌25min后进行第二次取样分析，然后调整温度至710℃，以气体流量为2L/min通70%N2+20%Cl2+10%CO混合气体除气精炼15min，扒渣后静置30min，取样进行炉前快速分析，分析结果符合合金成分要求即可出炉浇注，浇注温度为695℃；
    （3）将步骤（2）得到的重熔铸坯在均匀化处理炉中经470℃，8h均匀化处理后强风冷却至200℃再水冷至室温；
    （4）将均匀化后的铸坯挤压成型，挤压温度为510℃，挤压速率为16m/min，然后将挤出的型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，淬火后进行拉伸矫直, 拉伸变形量为1.5%；
    （5）将拉伸矫直后的铝合金型材进行三级时效处理：先在125℃下保温16h，然后空冷至室温停放48h后放入180℃盐浴中保温、1h，再置于2℃冰水中水淬至50℃以下，最后在110℃下保温20h，出炉空冷至室温。
所述的精炼剂由以下重量份的的组分组成：硝酸钠22、氟酸钛钾8、氯化钾36、氯化锌18、硫酸钠5、五氯化磷12、氟硼酸钠16、氟化铝12、碳酸钙18、木炭粉10。
    经检验，所得铝合金型材的主要性能为：抗拉强度527MPa，屈服强度366MPa，伸长率11.2%、M2000摩擦磨损试验机（200r/min，200N，2h）磨损率6.5×10-3mm3/m。

Claims (3)

1.一种高耐磨铝合金型材，其特征在于，按质量百分数比该合金化学成分为：Si 12-16、Mg 5.8-6.6、Mn 0.2-0.3、Cr 0.15-0.25、Mo 0.3-0.5、Ti 0.25-0.35、Co 0.4-0.6、W 0.1-0.2、Ce 0.05-0.1、Dy 0.04-0.08，余量为Al。
2.如权利要求1所述的高耐磨铝合金型材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按配方配比计算称取炉料，取铝锭、镁锭加入熔化炉中加热熔化，当熔液温度达720-740℃时，依次加入硅锭、Al-10wt%Mn中间合金、Al-12wt%Mo中间合金，搅拌均匀后继续升温至760-790℃，依次加入Al-4wt%W中间合金、Al-15wt%Co中间合金、Al-5wt%Cr中间合金，炉料全部熔化后，搅拌20-30min，使成分均匀，调整温度至740-760℃，通过氮气将精炼剂吹入至熔液面2/3处进行精炼，精炼剂用量为熔液重量的1.5-2.5%，精炼15-20min后扒渣，静置10-15min，调整温度至710-730℃，加入其它剩余合金元素成分，搅拌5-10min后，取样分析，调整至合格；以气体流量为1-2L/min通80%N2+20%Ar混合气体除气精炼10-15min，扒渣，升温至735-755℃，保温静置15-20min后即可出炉浇注，浇注温度为670-690℃；
（2）将步骤（1）得到的铸坯加入到熔化炉中，加热至715-735℃，待其完全熔化后，搅拌20-30min后进行第二次取样分析，然后调整温度至700-720℃，以气体流量为1.5-2.5L/min通70%N2+20%Cl2+10%CO混合气体除气精炼15-20min，扒渣后静置20-30min，取样进行炉前快速分析，分析结果符合合金成分要求即可出炉浇注，浇注温度为685-705℃；
（3）将步骤（2）得到的重熔铸坯在均匀化处理炉中经460-480℃，5-10h均匀化处理后强风冷却至200-250℃再水冷至室温；
（4）将均匀化后的铸坯挤压成型，挤压温度为490-510℃，挤压速率为14-18m/min，然后将挤出的型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，淬火后进行拉伸矫直, 拉伸变形量为1-2%；
（5）将拉伸矫直后的铝合金型材进行三级时效处理：先在115-135℃下保温12-18h，然后空冷至室温停放36-48h后放入180-200℃盐浴中保温0.5-1h，再置于0-3℃冰水中水淬至50℃以下，最后在100-120℃下保温15-20h，出炉空冷至室温。
3.根据权利要求2所述的高耐磨铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述的精炼剂由以下重量份的的组分组成：硝酸钠18-24、氟酸钛钾5-10、氯化钾33-41、氯化锌15-20、硫酸钠3-8、五氯化磷10-15、氟硼酸钠12-18、氟化铝8-14、碳酸钙16-22、木炭粉10-15。
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