CN104561684A - 高硅铝合金空心铸锭制造方法 - Google Patents

高硅铝合金空心铸锭制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高硅铝合金空心铸锭制造方法，主要包括以下步骤：合金熔炼→成分调整→合金熔液精炼→精炼结束后铝合金熔液静置→铸造→均匀化→挤压的工艺流程，即先铸造得到空心铸锭、再挤压成形，与传统工艺相比，本方法短流程，有效提高了生产效率，无切削过程，显著提高了材料利用率；挤压过程可充分保证环坯材料的铸态改性，获得细密且均匀化的组织；抗拉强度高，硬度高，耐磨性明显优于传统的缸套生产工艺；选用材料为常规易得材料，价格低廉，整体工艺流程简单，在有效保证空心铸锭性能的同时还缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本，经济效益明显。

Description

高硅铝合金空心铸锭制造方法
技术领域
本发明属于铝合金铸造领域，具体涉及一种发动机缸套用高硅铝合金空心铸锭制造方法。
背景技术
现有技术中，生产铝合金管主要采用两种方法：一种是分流组合模进行生产，该方法会在管壁上留下焊缝，其力学性能较差，不利于作为缸套使用。另一种是利用车床将实心铸锭加工成管状坯，再对管状坯进行无缝管挤压，该方法虽解决了焊缝问题，但会造成铝合金材料浪费，加工时间长，生产效率低下的问题；若工艺控制不当，还会对挤压无缝管内壁的表面质量产生破坏性影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工艺步骤简单、可有效减少材料浪费及生产缺陷的高硅铝合金空心铸锭制造方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高硅铝合金空心铸锭制造方法，主要包括以下步骤：
(1)合金熔炼：按成分配比将高硅铝合金原料投入熔化炉中熔炼，熔炼温度为720℃～760℃，熔炼时间为8h～10h；
(2)成分调整：控制高硅铝合金铸锭内各成分配比，其中：Si 18～22％，Mg 0～0.7％，Fe 0.1～0.2％，Cu 0.2～4.5％，Mn 0.01～0.1％，Ti 0.01～0.03％，Zn 0.01～0.03％；
(3)合金熔液精炼：向熔化炉内加入精炼剂，并向炉内吹入氩气与氯气的混合气体，精炼10～20min，精炼后溶液中氢气含量≤0.25ml/100g；
(4)精炼结束后铝合金熔液静置30min；
(5)铸造：在半连续铸造机上进行空心铸锭浇铸，浇铸温度为710～730℃，铸造速度为18～25mm/min，水流量为5.6～6m3/h；
(6)均匀化；
(7)挤压。
进一步，所述第(1)步骤中，熔炼高硅铝合金的原料选用纯铝锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金、铝铬中间合金熔炼，铝锌中间合金及铝钛硼细化剂，待炉中炉料熔化后投入纯镁锭。
进一步，所述第(3)步骤中，精炼剂在熔化炉内温度为735℃时加入；氩气与氯气的体积比为(31～33.5)∶1。
进一步，所述第(3)步骤中，精炼剂的加入量为熔化炉中铝合金熔液总量的0.45％～0.55％。
进一步，所述第(5)步骤中的铸造过程为：先让铝合金熔液充满整个结晶器型腔，整个过程中开启电磁搅拌，待液面超过石墨环后开始起车下拉出铸棒，铸造过程中控制流槽液面高度，结束时关闭水阀门，继而关闭铸造机，停止下拉铸棒，待铸棒冷却后吊出。
进一步，所述第(6)步骤中，在均质炉中进行均匀化处理，温度为525℃～535℃，保温时间为16h。
本发明的有益效果在于：本发明的高硅铝合金空心铸锭制造方法采用合金熔炼→合金熔液精炼→铸造→均匀化→挤压的工艺流程，即先铸造得到空心铸锭、再挤压成形，与传统工艺相比，具有以下优点：
1)短流程，有效提高生产效率；
2)无切削过程，显著提高了材料利用率；
3)挤压过程可充分保证环坯材料的铸态改性，获得细密且均匀化的组织；
4)抗拉强度高，硬度高，耐磨性明显优于传统的缸套生产工艺。
选用材料为常规易得材料，价格低廉，整体工艺流程简单，在有效保证空心铸锭性能的同时还缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本，经济效益明显。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细的描述。
第一实施例
本实施例的高硅铝合金空心铸锭制造方法，主要包括以下步骤：
(1)合金熔炼：按成分配比将高硅铝合金原料投入熔化炉中熔炼，熔炼温度为720℃，熔炼时间为10h；其中，熔炼原料选用纯铝锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金、铝铬中间合金熔炼，铝锌中间合金及铝钛硼细化剂，待炉中炉料熔化后投入纯镁锭。
(2)成分调整：控制高硅铝合金铸锭内各成分配比，其中：Si 18％，Mg 0，Fe 0.1％，Cu 0.2％，Mn 0.01％，Ti 0.01％，Zn 0.01％；
(3)合金熔液精炼：熔化炉内温度为735℃时向熔化炉内加入精炼剂，精炼剂的加入量为熔化炉中铝合金熔液总量的0.45％；精炼剂加入后利用气压泵向炉内吹入氩气与氯气的混合气体，氩气与氯气的体积比为31∶1；精炼20min，精炼后溶液中氢气含量≤0.25ml/100g；
(4)精炼结束后铝合金熔液静置30min；
(5)铸造：在半连续铸造机上进行空心铸锭浇铸，浇铸温度为710℃，铸造速度为18mm/min，水流量为5.6m3/h；具体的铸造过程为：让铝合金熔液充满整个结晶器型腔，待液面超过石墨环后开始起车下拉出铸棒。充盈过程中开启电磁搅拌，以减小初晶硅尺寸；铸造过程中控制流槽液面高度；铸造快结束时关闭水阀门，避免水飞溅到铸件表面而引起铸件表面开裂；关闭水阀门后，关闭铸造机，停止下拉铸棒，待铸棒冷却后吊出检测。
(6)均匀化：在均质炉中进行均匀化处理，温度为525℃，保温时间为16h。
(7)挤压。
本实施例中，铝合金原料选用的为现用常规产品，精炼剂可选用常规精炼剂或六氯乙烷，材料易得，价格低廉，整体工艺流程简单，在有效保证空心铸锭性能的同时还缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本，经济效益明显。
采用该工艺方法获得的空心铸锭，其初晶硅颗粒平均尺寸＜30μm，抗拉强度≥250Mpa，250℃下抗拉强度≥150Mpa，硬度HB≥120，耐磨性明显优于传统的缸套生产工艺。
第二实施例
本实施例的高硅铝合金空心铸锭制造方法，主要包括以下步骤：
(1)合金熔炼：按成分配比将高硅铝合金原料投入熔化炉中熔炼，熔炼温度为760℃，熔炼时间为8h；其中，熔炼原料选用纯铝锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金、铝铬中间合金熔炼，铝锌中间合金及铝钛硼细化剂，待炉中炉料熔化后投入纯镁锭。
(2)成分调整：控制高硅铝合金铸锭内各成分配比，其中：Si 22％，Mg 0.7％，Fe 0.2％，Cu 4.5％，Mn 0.1％，Ti 0.03％，Zn 0.03％；
(3)合金熔液精炼：熔化炉内温度为735℃时向熔化炉内加入精炼剂，精炼剂的加入量为熔化炉中铝合金熔液总量的0.55％；精炼剂加入后利用气压泵向炉内吹入氩气与氯气的混合气体，氩气与氯气的体积比为33.5∶1；精炼10min，精炼后溶液中氢气含量≤0.25ml/100g；
(4)精炼结束后铝合金熔液静置30min；
(5)铸造：在半连续铸造机上进行空心铸锭浇铸，浇铸温度为730℃，铸造速度为25mm/min，水流量为6m3/h；具体的铸造过程为：让铝合金熔液充满整个结晶器型腔，待液面超过石墨环后开始起车下拉出铸棒。充盈过程中开启电磁搅拌，以减小初晶硅尺寸；铸造过程中控制流槽液面高度；铸造快结束时关闭水阀门，避免水飞溅到铸件表面而引起铸件表面开裂；关闭水阀门后，关闭铸造机，停止下拉铸棒，待铸棒冷却后吊出检测。
(6)均匀化：在均质炉中进行均匀化处理，温度为535℃，保温时间为16h。
(7)挤压。
本实施例中，铝合金原料选用的为现用常规产品，精炼剂可选用常规精炼剂或六氯乙烷，材料易得，价格低廉，整体工艺流程简单，在有效保证空心铸锭性能的同时还缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本，经济效益明显。
采用该工艺方法获得的空心铸锭，其初晶硅颗粒平均尺寸＜30μm，抗拉强度≥250Mpa，250℃下抗拉强度≥150Mpa，硬度HB≥120，耐磨性明显优于传统的缸套生产工艺。
第三实施例
本实施例的高硅铝合金空心铸锭制造方法，主要包括以下步骤：
(1)合金熔炼：按成分配比将高硅铝合金原料投入熔化炉中熔炼，熔炼温度为735℃，熔炼时间为9h；其中，熔炼原料选用纯铝锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金、铝铬中间合金熔炼，铝锌中间合金及铝钛硼细化剂，待炉中炉料熔化后投入纯镁锭。
(2)成分调整：控制高硅铝合金铸锭内各成分配比，其中：Si 19％，Mg 0.3％，Fe 0.15％，Cu 2％，Mn 0.04％，Ti 0.015％，Zn 0.015％；
(3)合金熔液精炼：熔化炉内温度为735℃时向熔化炉内加入精炼剂，精炼剂的加入量为熔化炉中铝合金熔液总量的0.5％；精炼剂加入后利用气压泵向炉内吹入氩气与氯气的混合气体，氩气与氯气的体积比为32∶1；精炼13min，精炼后溶液中氢气含量≤0.25ml/100g；
(4)精炼结束后铝合金熔液静置30min；
(5)铸造：在半连续铸造机上进行空心铸锭浇铸，浇铸温度为715℃，铸造速度为20mm/min，水流量为5.7m3/h；具体的铸造过程为：让铝合金熔液充满整个结晶器型腔，待液面超过石墨环后开始起车下拉出铸棒。充盈过程中开启电磁搅拌，以减小初晶硅尺寸；铸造过程中控制流槽液面高度；铸造快结束时关闭水阀门，避免水飞溅到铸件表面而引起铸件表面开裂；关闭水阀门后，关闭铸造机，停止下拉铸棒，待铸棒冷却后吊出检测。
(6)均匀化：在均质炉中进行均匀化处理，温度为530℃，保温时间为16h。
(7)挤压。
本实施例中，铝合金原料选用的为现用常规产品，精炼剂可选用常规精炼剂或六氯乙烷，材料易得，价格低廉，整体工艺流程简单，在有效保证空心铸锭性能的同时还缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本，经济效益明显。
采用该工艺方法获得的空心铸锭，其初晶硅颗粒平均尺寸＜30μm，抗拉强度≥250Mpa，250℃下抗拉强度≥150Mpa，硬度HB≥120，耐磨性明显优于传统的缸套生产工艺。
第四实施例
本实施例的高硅铝合金空心铸锭制造方法，主要包括以下步骤：
(1)合金熔炼：按成分配比将高硅铝合金原料投入熔化炉中熔炼，熔炼温度为750℃，熔炼时间为8h；其中，熔炼原料选用纯铝锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金、铝铬中间合金熔炼，铝锌中间合金及铝钛硼细化剂，待炉中炉料熔化后投入纯镁锭。
(2)成分调整：控制高硅铝合金铸锭内各成分配比，其中：Si 20％，Mg 0.5％，Fe 0.17％，Cu 3％，Mn 0.08％，Ti 0.02％，Zn 0.02％；
(3)合金熔液精炼：熔化炉内温度为735℃时向熔化炉内加入精炼剂，精炼剂的加入量为熔化炉中铝合金熔液总量的0.52％；精炼剂加入后利用气压泵向炉内吹入氩气与氯气的混合气体，氩气与氯气的体积比为33∶1；精炼16min，精炼后溶液中氢气含量≤0.25ml/100g；
(4)精炼结束后铝合金熔液静置30min；
(5)铸造：在半连续铸造机上进行空心铸锭浇铸，浇铸温度为725℃，铸造速度为22mm/min，水流量为5.9m3/h；具体的铸造过程为：让铝合金熔液充满整个结晶器型腔，待液面超过石墨环后开始起车下拉出铸棒。充盈过程中开启电磁搅拌，以减小初晶硅尺寸；铸造过程中控制流槽液面高度；铸造快结束时关闭水阀门，避免水飞溅到铸件表面而引起铸件表面开裂；关闭水阀门后，关闭铸造机，停止下拉铸棒，待铸棒冷却后吊出检测。
(6)均匀化：在均质炉中进行均匀化处理，温度为533℃，保温时间为16h。
(7)挤压。
本实施例中，铝合金原料选用的为现用常规产品，精炼剂可选用常规精炼剂或六氯乙烷，材料易得，价格低廉，整体工艺流程简单，在有效保证空心铸锭性能的同时还缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本，经济效益明显。
采用该工艺方法获得的空心铸锭，其初晶硅颗粒平均尺寸＜30μm，抗拉强度≥250Mpa，250℃下抗拉强度≥150Mpa，硬度HB≥120，耐磨性明显优于传统的缸套生产工艺。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种高硅铝合金空心铸锭制造方法，其特征在于主要包括以下步骤：
(1)合金熔炼：按成分配比将高硅铝合金原料投入熔化炉中熔炼，熔炼温度为720℃～760℃，熔炼时间为8h～10h；
(2)成分调整：控制高硅铝合金铸锭内各成分配比，其中：Si 18～22％，Mg 0～0.7％，Fe 0.1～0.2％，Cu 0.2～4.5％，Mn 0.01～0.1％，Ti 0.01～0.03％，Zn 0.01～0.03％；
(3)合金熔液精炼：向熔化炉内加入精炼剂，并向炉内吹入氩气与氯气的混合气体，精炼10～20min，精炼后溶液中氢气含量≤0.25ml/100g；
(4)精炼结束后铝合金熔液静置30min；
(5)铸造：在半连续铸造机上进行空心铸锭浇铸，浇铸温度为710～730℃，铸造速度为18～25mm/min，水流量为5.6～6m3/h；
(6)均匀化；
(7)挤压。
2.根据权利要求1所述的高硅铝合金空心铸锭制造方法，其特征在于：所述第(1)步骤中，熔炼高硅铝合金的原料选用纯铝锭、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金、铝铬中间合金熔炼，铝锌中间合金及铝钛硼细化剂，待炉中炉料熔化后投入纯镁锭。
3.根据权利要求1所述的高硅铝合金空心铸锭制造方法，其特征在于：所述第(3)步骤中，精炼剂在熔化炉内温度为735℃时加入；氩气与氯气的体积比为(31～33.5)∶1。
4.根据权利要求1所述的高硅铝合金空心铸锭制造方法，其特征在于：所述第(3)步骤中，精炼剂的加入量为熔化炉中铝合金熔液总量的0.45％～0.55％。
5.根据权利要求1所述的高硅铝合金空心铸锭制造方法，其特征在于所述第(5)步骤中的铸造过程为：先让铝合金熔液充满整个结晶器型腔，整个过程中开启电磁搅拌，待液面超过石墨环后开始起车下拉出铸棒，铸造过程中控制流槽液面高度，结束时关闭水阀门，继而关闭铸造机，停止下拉铸棒，待铸棒冷却后吊出。
6.根据权利要求1所述的高硅铝合金空心铸锭制造方法，其特征在于：所述第(6)步骤中，在均质炉中进行均匀化处理，温度为525℃～535℃，保温时间为16h。
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