CN104357715A - 汽车变速器泵体专用铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车变速器泵体专用铝合金及其制备方法，该铝合金组成成分的质量百分比如下：Si16.50~17.00%、Fe≤1.00%、Mg0.55~0.60%、Cu4.30~4.60%、Mn≤0.45%、Zn0.50~1.30%、Ni≤0.09%、Ti≤0.09%、Pb≤0.09%、Ca≤0.003%、Na≤0.002%、P0.006～0.015%，余量为Al，是由原铝锭、硅、纯金属铜、纯金属镁、AlFe10中间合金、锌件、铝磷合金、富磷合金经过熔炼、精炼、静置、铸造制成，该铝合金材料专用于制备汽车变速器泵体，具有较高的耐磨性、抗拉强度、抗热裂性且充型能力强，同时可延长了汽车变速器泵体使用寿命。

Description

汽车变速器泵体专用铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金及其制备方法，具体是一种汽车变速器泵体专用铝合金及其制备方法，属于铝合金材料生产技术领域。

背景技术

铝合金材料是工业中应用最广泛的一类 有色金属结构材料，现已经广泛在在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中大量应用。铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。

汽车轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。随着有色合金在汽车上应用量的快速增长，轻量化是汽车材料发展的大趋势，目前，在汽车制造业中铝合金已是常用的加工材料，例如发动机气缸体、气缸盖、活塞、进气歧管、摇臂、发动机悬置支架、空压机连杆、传动器壳体、离合器壳体、车轮、制动器零件、把手及罩盖壳体类零件等。

现有技术中，CN201210034433.X 公开了一种汽车空调蜗旋动静盘铝合金铸件材料，其特征是其成分含量如下：硅11.2～12%，镁0.1～0.2%，铜2.1～2.5%，铁0.3～0.6，锰0.05～0.1，锌0.2～0.5，锡＜0.2%，镍＜0.1%，锶合金0.05～0.08%；其余量为铝。CN201010130483.9 公开了一种汽车配件材料的制造方法，其步骤包括：备料；熔炼；加入细化剂；成份调整；精炼；浇铸；淬火；时效处理；包装，即制得含Si 0.4～0.8%，Mg 0.8～1.2%，Ti 0.16～0.22%，Zn 0.2～0.3%，Fe 0.6～0.8%，Cu 0.15～0.4%，Cr 0.08～0.32%，Mn 0.1～0.2%，RE稀土0.02～0.06%，Zr 0.02～0.06%，Sr 0.02～0.06%，余量为Al的高强度汽车铝合金轮辋材料。

汽车变速器泵体是汽车运行的一个重要部件，它的质量好坏直接影响到汽车性能的发挥。由于铝合金重量轻、强度高、韧性好，国内外的许多汽车变速器泵体采用铝合金材料制成。车变速器泵体的生产工艺，对其泵体材料的性能要求非常严格，生产出的泵体需具有较高的耐磨性、抗拉强度、抗热裂性，并且具备优良的冲击韧性。现有的用于铸造汽车变速器泵体的铝合金材料，存在耐磨性、抗拉强度、抗热裂性、充型能力不强的不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车变速器泵体专用铝合金，该铝合金材料专用于制备汽车变速器泵体，具有较高的耐磨性、抗拉强度、抗热裂性且充型能力强，同时可延长汽车变速器泵体使用寿命。

本发明的另一目的在于提供上述铝合金的生产工艺。

本发明的技术方案如下：一种汽车变速器泵体专用铝合金，该铝合金组成成分的质量百分比如下：Si 16.50~17.00%、Fe≤1.00%、Mg 0.55~0.60%、Cu 4.30~4.60%、Mn ≤0.45%、Zn 0.50~1.30%、 Ni≤0.09 %、Ti≤0.09%、Pb≤0.09%、Ca≤0.003%、Na≤0.002%、P  0.006～0.015%，余量为Al。

优选的，该汽车变速器泵体专用铝合金由以下重量百分比的原料组成：原铝锭70%、硅17%、纯金属铜3.8%、纯金属镁0.6%、AlFe10中间合金5.8%、锌件1%、铝磷合金1.2%、富磷合金0.6%；所述原铝锭为A l99.70，即含铝99.70%纯度的A00铝锭。

本发明汽车变速器泵体专用铝合金的制备采用如下步骤：

（1）熔炼：取硅、ALFe10中间合金、纯金属镁、纯金属铜、纯锌件、铝磷合金、富磷合金、原铝锭，加料时，先将硅置于熔炼炉的底层，然后用原铝锭将硅覆盖，接着再依次放入除纯金属镁以外的其余原料，然后对熔炼炉进行升温，当温度达到850~860℃时，使用搅拌装置将熔液搅拌均匀，制成铝合金熔液； 

（2）精炼、静置：将熔炼炉中的铝合金熔液导入合金炉内，使用高纯氮气通过冶金除渣装置将精炼剂喷入铝合金熔液中进行精炼除渣，精炼剂的加入量是铝合金熔液重量的2‰；精炼过程完成后，再加入纯金属镁，使用搅拌装置搅拌10min，然后加入P变质剂反应5~10min，变质温度保持在840~850℃，将变质后的铝合金熔液在合金炉内静置10~20min，合金炉内的温度保持在790~ 810℃； 

（3）铸造：将步骤（2）合金炉中的铝合金熔液通过自动浇铸机进行成型铸造，浇铸机速度为30~40Hz，并由自动码锭机进行码垛包装，即制成汽车变速器泵体专用铝合金；

其中，所述精炼剂由KCl、NaCl、CaF₂、K₂SiFb、K₂Al F₆、Na₂SiF₆、Na₃CO₃混合制成，精炼剂中各组分重量百分比为：KCl 45%、NaCl 10%、CaF₂ 5%、K₂SiFb 5%、K₂Al F₆ 15%、Na₂Si F₆ 15%、Na₃CO₃ 5%。

所述的P变质剂由占铝合金熔液重量12‰的铝磷合金和占铝合金熔液重量6‰的富磷合金组成。

所述的铝磷合金中，磷含量为4.5%；所述的富磷合金成分为铜磷合金，其中磷含量为14.6%。

本发明主要具有以下有益效果：

（1）采用本发明工艺生产出来的汽车变速器泵体铝合金材料，具有较高的耐磨性、抗拉强度、抗热裂性；主要由于加入P变质剂后使得铝液内部组织初晶硅分布更加细小、均匀，进而大大提高主体的耐磨性，同时加入纯金属镁和纯金属铜对铝液内部起到固溶强化，提高了主体抗拉强度；

（2）由于Al与P反应生成AlP高熔点（1000℃）化合物，其晶型和晶格常数与Si晶体相同和基本相近，最小原子间距也十分接近，因此AlP可以作为Si的异质晶核，形成多角形的初生晶体；同时，由于初生晶体析出能放出大量的结晶热，且其形态较为规整，强度低，能够以固液混合状态在液相线温度以下流动，其结晶潜热得到了极好的发挥，因而其流动性得到提高；此外，磷还可以阻碍共晶Si的长大，使其由片状或针状变为短杆状；P的加入消除了亚共晶组织中的α枝晶，铝液补缩条件得到改善，使得铸件组织较致密，常温以及高温机械性能均有所提高；合金的流动性提高；

（3）充型能力是指液态金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力，铸造所用的金属材料性质是影响充型能力的因素之一，本发明充分考虑了铝合金各组成的物化性质和特点，通过调整材料种类配置比例，采用本发明方法生产出来的铝合金材料，在用于铸造生产汽车变速器泵体时，铝合金液具有良好的流动性、较小的导热系数，因而具有优良的充型能力；

（4）可延长汽车变速器泵体使用寿命。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1取以下重量配比的原料：原铝锭70%、硅17%、纯金属铜3.8%、纯金属镁0.6%、AlFe10中间合金5.8%、锌件1%、铝磷合金1.2%、富磷合金0.6%；所述原铝锭为A l 99.70，即含铝99.70%纯度的A00铝锭，采用以下步骤实现本发明：

（1）熔炼：先将硅置于熔炼炉的底层，然后用原铝锭将硅覆盖，接着再依次放入除纯金属镁以外的其余原料，然后对熔炼炉进行升温，当温度达到850~860℃时，使用搅拌装置将熔液搅拌均匀，制成铝合金熔液； 

（2）精炼、静置：将熔炼炉中的铝合金熔液导入合金炉内，使用高纯氮气通过冶金除渣装置将精炼剂喷入铝合金熔液中进行精炼除渣，精炼剂的加入量是铝合金熔液重量的2‰；精炼过程完成后，再加入纯金属镁，使用搅拌装置搅拌10min，然后加入P变质剂（铝磷合金1.2%、富磷合金0.6%）反应10min，变质温度保持在840~850℃，将变质后的铝合金熔液在合金炉内静置20min，合金炉内的温度保持在790~ 810℃； 

（3）铸造：将步骤（2）合金炉中的铝合金熔液通过自动浇铸机进行成型铸造，浇铸机速度为30~40Hz，并由自动码锭机进行码垛包装，即制成汽车变速器泵体专用铝合金；

其中，精炼剂由以下重量百分比的组分组成：KCl 45%、NaCl 10%、CaF₂ 5%、K₂SiFb 5%、K₂Al F₆ 15%、Na₂Si F₆ 15%、Na₃CO₃ 5%。

实施例2取以下重量配比的原料：原铝锭70%、硅17%、纯金属铜3.8%、纯金属镁0.6%、AlFe10中间合金5.8%、锌件1%、铝磷合金1.2%、富磷合金0.6%；所述原铝锭为A l 99.70，即含铝99.70%纯度的A00铝锭，采用以下步骤实现本发明：

（1）熔炼：先将硅置于熔炼炉的底层，然后用原铝锭将硅覆盖，接着再依次放入除纯金属镁以外的其余原料，然后对熔炼炉进行升温，当温度达到850~860℃时，使用搅拌装置将熔液搅拌均匀，制成铝合金熔液； 

（2）精炼、静置：将熔炼炉中的铝合金熔液导入合金炉内，使用高纯氮气通过冶金除渣装置将精炼剂喷入铝合金熔液中进行精炼除渣，精炼剂的加入量是铝合金熔液重量的2‰；精炼过程完成后，再加入纯金属镁，使用搅拌装置搅拌10min，然后加入P变质剂（铝磷合金1.2%、富磷合金0.6%）反应5min，变质温度保持在840~850℃，将变质后的铝合金熔液在合金炉内静置10min，合金炉内的温度保持在790~ 810℃； 

（3）铸造：将步骤（2）合金炉中的铝合金熔液通过自动浇铸机进行成型铸造，浇铸机速度为30~40Hz，并由自动码锭机进行码垛包装，即制成汽车变速器泵体专用铝合金；

其中，精炼剂由以下重量百分比的组分组成：KCl 45%、NaCl 10%、CaF₂ 5%、K₂SiFb 5%、K₂Al F₆ 15%、Na₂Si F₆ 15%、Na₃CO₃ 5%。

所制备得到的铝合金与现有用于制造汽车变速器泵体的铝合金材料在硬度、延伸率、抗拉强度、屈服强度方面的性能对比，如下表所示。结果表明，本发明的铝合金材料相比于现有的常用同类铝合金具有更大的硬度、较小的延伸率和更大的抗拉强度，屈服强度对比结果显示，本发明铝合金具有较好的流动性和充型能力。

Claims (5)

1.一种汽车变速器泵体专用铝合金，其特征在于：其组成成分的质量百分比如下：Si 16.50~17.00%、Fe≤1.00%、Mg 0.55~0.60%、Cu 4.30~4.60%、Mn≤0.45%、Zn 0.50~1.30%、 Ni≤0.09 %、Ti≤0.09%、Pb≤0.09%、Ca≤0.003%、Na≤0.002%、P 0.006～0.015%，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的汽车变速器泵体专用铝合金，其特征在于：由以下重量百分比的原料组成：原铝锭70%、硅17%、纯金属铜3.8%、纯金属镁0.6%、AlFe10中间合金5.8%、锌件1%、铝磷合金1.2%、富磷合金0.6%；所述原铝锭为A l99.70，即含铝99.70%纯度的A00铝锭。

3.一种权利要求1所述的汽车变速器泵体专用铝合金的制备方法，其特征在于：采用如下步骤：

（1）熔炼：取硅、AlFe10中间合金、纯金属镁、纯金属铜、纯锌件、铝磷合金、富磷合金、原铝锭，加料时，先将硅置于熔炼炉的底层，然后用原铝锭将硅覆盖，接着再依次放入除纯金属镁以外的其余原料，然后对熔炼炉进行升温，当温度达到850~860℃时，使用搅拌装置将熔液搅拌均匀，制成铝合金熔液； 

（2）精炼、静置：将熔炼炉中的铝合金熔液导入合金炉内，使用高纯氮气通过冶金除渣装置将精炼剂喷入铝合金熔液中进行精炼除渣，精炼剂的加入量是铝合金熔液重量的2‰；精炼过程完成后，再加入纯金属镁，使用搅拌装置搅拌10min，然后加入P变质剂反应5~10min，变质温度保持在840~850℃，将变质后的铝合金熔液在合金炉内静置10~20min，合金炉内的温度保持在790~ 810℃； 

（3）铸造：将步骤（2）合金炉中的铝合金熔液通过自动浇铸机进行成型铸造，浇铸机速度为30~40Hz，并由自动码锭机进行码垛包装，即制成汽车变速器泵体专用铝合金；

所述的精炼剂由KCl、NaCl、CaF₂、K₂SiFb、K₂Al F₆、Na₂SiF₆、Na₃CO₃混合制成，精炼剂中各组分重量百分比为：KCl 45%、NaCl 10%、CaF₂ 5%、K₂SiFb 5%、K₂Al F₆ 15%、Na₂Si F₆ 15%、Na₃CO₃ 5%。

4.根据权利要求3所述的汽车变速器泵体专用铝合金的生产工艺，其特征在于：所述P变质剂由占铝合金熔液重量12‰的铝磷合金和占铝合金熔液重量6‰的富磷合金组成。

5.根据权利要求4所述的汽车变速器泵体专用铝合金的生产工艺，其特征在于：所述铝磷合金中，磷含量为4.5%；所述富磷合金成分为铜磷合金，其中磷含量为14.6%。