CN104694794A - 一种汽车安全零部件用变质铸造铝合金的制备方法 - Google Patents

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李志琴
郭强
冯啸
姜淑珍
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Abstract

本发明涉及一种汽车安全零部件用变质铝合金的制备方法，包括细化变质母铝合金液的制备及新型细化变质亚共晶铝合金材料的制备。本合金材料具有高温耐磨、高温抗疲劳、高强高韧等优点，用于制造汽车后制动钳、制动主缸、转向壳体等汽车安全零部件，大大提高了其使用寿命和安全系数。在对新型细化变质亚共晶铝合金材料热处理后检测其力学性能，接近高强度铝合金的标准（抗拉强度≥400MPa），而延伸率和屈服强度远远优于高强度硬质铝合金。

Description

一种汽车安全零部件用变质铸造铝合金的制备方法
技术领域
本发明属有色金属材料制备技术和变质处理工艺领域，特别涉及一种汽车安全零部件用变质铝合金的制备方法。
背景技术
金属组织细化是提高金属材料各项机械性能的方法途径之一，也是不牺牲材料强度指标的前提下提高材料塑性指标的唯一途径。、
通过检索，只发现如下两篇涉及本专利申请的公开专利文献：
1、一种大直径铸造铝合金液力偶合器叶轮热处理工艺（CN101148744），其特征在于，由以下步骤组成：对大直径铸造铝合金液力偶合器叶轮热处理前准备，将大直径铸造铝合金液力偶合器叶轮热放入低于350℃的固熔加热炉内进行固溶处理，并随炉阶梯升温，热处理温度为530℃－540℃，保温4－9小时；固溶后用60～100℃清水冷却；对大直径铸造铝合金液力偶合器叶轮热的时效处理，本发明的优点是可以热处理直径1m至1.5m的大直径铸造铝合金液力偶合器叶轮，提高大直叶轮生产合格率。
2、高精铝合金液炉外精炼用耐火浇注料（CN101475389），由骨料、粉料和外加剂组成。骨料由高铝矾土熟料、亚白刚玉组成；粉料由α-Al2O3、亚白刚玉粉、CA70纯铝酸钙水泥、钛白粉、硫酸钡组成。外加剂由六偏磷酸钠和水组成。本发明克服了现有技术高温下会与铝合金液粘结，并会将耐火材料中的硅、铁等杂质释放到铝合金液中的问题。可确保高精铝合金液炉外精炼中耐火内衬不开裂、不增硅、不增铁、不粘铝，价格较便宜，使用方便，适应范围大。
通过技术对比，上述两篇对比文献与本专利申请有本质的不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耐热、耐磨、抗疲劳的汽车安全零部件用变质铝合金的制备方法。
本发明实现目的的技术方案是：
一种汽车安全零部件用变质铝合金的制备方法，包括细化变质母铝合金液的制备及新型细化变质亚共晶铝合金材料的制备，具体步骤是：
A、Al+Sb+Ti细化变质母铝合金液的制备方法：
⑴按母铝合金液中元素质量百分比Ti：4～6%、Sb：4～6%、Al：88～92%分别称取钛剂、金属锑、重熔铝锭；
⑵按总投料的0.3～0.5%称取ST-1熔剂，按总投料的0.3～0.5%称取ST-1S覆盖剂，按总投料的0.1～0.2%称取ST无钠精炼剂；
⑶将步骤⑴步骤⑵中的所有原材料放入温度200-250℃的恒温余热干燥炉中干燥3～4小时；
⑷将步骤⑶中完全干燥的ST-1熔剂均匀铺散在熔化炉的炉底，再放入自恒温余热干燥炉中干燥后取出的重熔铝锭；
⑸熔化炉点火升温，点火2h～3h炉内的重熔铝锭全部熔化，在铝熔体表面均匀撒上步骤⑶中完全干燥的50%的ST-1S覆盖剂；继续升温至900～1000℃，加入步骤⑶中完全干燥的金属锑、钛剂并在900～1000℃的条件下保温1.5～2h至金属锑和钛剂完全熔化；
⑹关掉熔化炉的燃气开关，充分搅拌6～8min，测量母铝的熔体温度在750～800℃的条件下保温20～25min促进母铝熔体的合金化；
⑺将步骤⑶中完全干燥的ST无钠精炼剂的50%撒入母铝熔体内进行充分搅拌，测量母铝熔体温度，母铝熔体温度在710～750℃范围内，将剩余的50%ST无钠精炼剂放入自动喷粉机中，以惰性气体氩气为载体将ST无钠精炼剂均匀的喷入母铝熔体内进行精炼，氩气喷入的时间在5～8min，取样测定母铝合金的成分；
⑻在步骤⑺中精炼好的母铝熔体表面上均匀撒上剩余的完全干燥的50%的ST-1S覆盖剂，由此制成母铝合金液，并在700～730℃下保温备用；
B、新型细化变质亚共晶铝合金材料的制备方法：
⑴按新型细化变质亚共晶铝合金材料中元素质量百分比的要求计算出成分配比为Si：4.5～7.5%、Mg：0.10～0.35%、Al：87.2～93.7%及母铝合金液：1.7～5.0%，按以上比例分别称取金属硅、金属镁、重熔铝锭及母铝合金液；
⑵按总投料的0.1～0.2%称取ST无钠精炼剂；
⑶将步骤⑴、步骤⑵中的金属硅、金属镁、重熔铝锭和ST无钠精炼剂放入温度200-250℃的恒温余热干燥炉中干燥3～4h；
⑷将步骤⑶中完全干燥的金属硅放入蓄热熔化炉的炉体底部，上面将步骤⑶中完全干燥的重熔铝锭码放整齐；
⑸蓄热熔化炉点火升温，点火4h～5h炉内的重熔铝锭和工业硅全部熔化，加入母铝合金液，充分搅拌6～8min，继续升温至铝合金熔体的温度在770～800℃的范围内；
⑹关掉熔化炉的燃气开关，将经步骤⑶干燥处理的金属镁压入铝合金熔体内部3～5min至金属镁全部熔化，迅速搅拌4～5min；
⑺取样检测合金成分；
⑻测量铝合金熔体温度，在铝合金熔体温度730～750℃范围内将步骤⑶中完全干燥的ST无钠精炼剂的50%撒入铝合金熔体内进行充分搅拌，将剩余的50%ST无钠精炼剂放入自动喷粉机中，以惰性气体氩气为载体将ST无钠精炼剂均匀的喷入铝合金熔体内进行精炼，氩气喷入的时间控制在10～15min，进行打渣，打渣后静置；
⑼在铝合金熔液温度降至690～710℃时出炉。
而且，所述惰性气体均为氩气。
本发明的优点和有益效果为：
本合金材料具有高温耐磨、高温抗疲劳、高强高韧等优点，用于制造汽车后制动钳、制动主缸、转向壳体等汽车安全零部件，大大提高了其使用寿命和安全系数。在对新型细化变质亚共晶铝合金材料热处理后检测其力学性能，接近高强度铝合金的标准（抗拉强度≥400MPa），而延伸率和屈服强度远远优于高强度硬质铝合金。
附图说明
图1为本发明对比实验结果图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种汽车安全零部件用变质铝合金的制备方法，包括细化变质母铝合金液的制备及新型细化变质亚共晶铝合金材料的制备，下面分别叙述：
一、Al+Sb+Ti细化变质母铝合金液的制备，共提供两个实施例：
实施例1：
按Ti：4～5%、Sb：4～5%、Al：90～92%制备母铝合金液
⑴按母铝合金液中元素质量百分比Ti：4～5%、Sb：4～5%、Al：90～92%分别称取钛剂（含Ti量75%）120Kg，金属锑90Kg，重熔铝锭1790Kg；
⑵按总投料的0.3～0.5%称取ST-1熔剂，按总投料的0.3～0.5%称取ST-1S覆盖剂，按总投料的0.1～0.2%称取ST无钠精炼剂；
⑶将步骤⑴步骤⑵中的所有原材料放入温度200-250℃的恒温余热干燥炉中干燥3～4小时；
⑷将步骤⑶中完全干燥的ST-1熔剂均匀铺散在熔化炉的炉底，再放入在恒温余热干燥炉中干燥后取出的重熔铝锭；
⑸熔化炉点火升温，点火2h～3h炉内的重熔铝锭全部熔化，在铝熔体表面均匀撒上步骤⑶中完全干燥的50%的ST-1S覆盖剂。继续升温至900～1000℃，加入步骤⑶中完全干燥的金属锑、钛剂并在900～1000℃的条件下保温1.5～2h至金属锑和钛剂完全熔化；
⑹关掉熔化炉的燃气开关，充分搅拌6～8min测量母铝的熔体温度在750～800℃的条件下保温20～25min促进母铝的熔体的合金化；
⑺精炼除气。将步骤⑶中完全干燥的ST无钠精炼剂的50%撒入母铝熔体内进行充分搅拌，测量母铝的熔体温度，母铝的熔体温度在710～750℃范围内，将剩余的50%ST无钠精炼剂放入自动喷粉机中，以惰性气体氩气为载体将ST无钠精炼剂均匀的喷入母铝熔体内进行精炼，氩气喷入的时间在5～8min。
⑻取样测定母铝合金的成分，成分结果：Ti：4.52%、Sb：4.51%、Al：余量
⑼在步骤⑺中精炼好的母铝熔体表面上均匀的撒上剩余的步骤⑶中完全干燥的50%的ST-1S覆盖剂，并在700～730℃下保温备用。
实施例2
按Ti：5～6%、Sb：5～6%、Al：88～90%制备母铝合金液
本实施方式与实施例1不同的是：步骤⑴中所述母铝合金液按元素质量百分比Ti：5～6%、Sb：5～6%、Al：88～90%分别称取钛剂（含Ti量75%）147Kg，金属锑110Kg，重熔铝锭1743Kg；步骤⑻测定母液成分为：Ti：5.52%、Sb：5.51%、Al：余量。
其它与实施例1相同。
二、新型细化变质亚共晶铝合金材料的制备，共提供四个实施例。其中实施例1及实施例2采用Al+Sb+Ti细化变质母铝合金液的实施例1所制备的母铝合金液；实施例3及实施例4采用Al+Sb+Ti细化变质母铝合金液实施例2所制备的母铝合金液。
实施例1：
按Si:4.5～5.5%、Mg:0.1～0.3%、母铝合金液（步骤1中的实施例1）：2.2～3.3%制备新型细化变质亚共晶铝合金材料
⑴按新型细化变质亚共晶铝合金材料中元素质量百分比的要求计算出成分配比为Si:4.5～5.5%、Mg:0.1～0.3%、母铝合金液（步骤1中的实施例1）：2.2～3.3%，按以上比例分别称取金属硅1000kg、金属镁40kg、母铝合金液560kg、重熔铝锭18000kg；
⑵按总投料的0.1～0.2%称取ST无钠精炼剂；
⑶将步骤⑴步骤⑵中的金属硅、金属镁、重熔铝锭和ST无钠精炼剂放入温度200-250℃的恒温余热干燥炉中干燥3～4h；
⑷将步骤⑶中完全干燥的金属硅放入蓄热熔化炉的炉体底部，上面将步骤⑶中完全干燥重熔铝锭码放整齐；
⑸蓄热熔化炉点火升温，点火4h～5h炉内的重熔铝锭和工业硅全部熔化，加入步骤⑴中称取的母铝合金液。充分搅拌6～8min，继续升温至铝合金熔体的温度在770～800℃的范围内；
⑹关掉熔化炉的燃气开关，将经步骤⑶干燥处理的金属镁压入铝合金熔体内部3～5min至金属镁全部熔化，迅速搅拌4～5min；
⑺取样检测合金成分，合金成分为：Si:5.1%、Mg:0.2%、Ti：0.129%、Sb：0.128%；
⑻精炼除气。测量铝合金熔体温度，在铝合金熔体温度730～750℃范围内将步骤⑶中完全干燥的ST无钠精炼剂的50%撒入铝合金熔体内进行充分搅拌，将剩余的50%ST无钠精炼剂放入自动喷粉机中，以惰性气体氩气为载体将ST无钠精炼剂均匀的喷入铝合金熔体内进行精炼。氩气喷入的时间控制在10～15min，进行打渣，打渣后静置；
⑼在铝合金熔液温度降至690～710℃时出炉。
通过检验，本实验方法制备的铝合金热处理状态抗拉强度为415Mpa，屈服强度165Mpa，延伸率为20.1%。
实施例2：
按Si:5.5～6.5%、Mg:0.3～0.6%、母铝合金液（步骤1中的实施例1）：3.3～4.4%制备新型细化变质亚共晶铝合金材料
本实施方式与实施例1不同的是：
步骤⑴中按Si:5.5～6.5%、Mg:0.3～0.6%、母铝合金液（步骤1中的实施例1）：3.3～4.4%比例制备新型细化变质亚共晶铝合金材料，分别称取金属硅1200kg、金属镁90kg、母铝合金液760kg；重熔铝锭17400kg；步骤⑺中合金成分为：Si:6.2%、Mg:0.43%、Ti：0.176%、Sb：0.176%；其它与实施例3相同。
通过检验，本实验方法制备的铝合金热处理状态抗拉强度为430Mpa，屈服强度170Mpa，延伸率为21.3%。
实施例3
按Si:6.5～7.5%、Mg:0.6～1.0%、母铝合金液（步骤1中的实施例2）：3.0～3.6%制备新型细化变质亚共晶铝合金材料
本实施方式与实施例1或2之一不同的是：
步骤⑴中按Si:6.5～7.5%、Mg:0.6～1.0%、母铝合金液（步骤1中的实施例2）：3.0～3.6%比例制备新型细化变质亚共晶铝合金材料，分别称取金属硅1400kg、金属镁160kg、母铝合金液680kg；重熔铝锭17760kg；步骤⑺中合金成分为：Si:7.0%、Mg:0.79%、Ti：0.188%、Sb：0.187%；其它与实施例3或4之一相同。
通过检验，本实验方法制备的铝合金热处理状态抗拉强度为438Mpa，屈服强度170Mpa，延伸率为21.9%。
实施例4：
按Si:6.5～7.5%、Mg:0.6～1.0%、母铝合金液（步骤1中的实施例2）：2.5～3.0%制备新型细化变质亚共晶铝合金材料
本实施方式与实施例1至3之一不同的是：
步骤⑴中按Si:6.5～7.5%、Mg:0.6～1.0%、母铝合金液（步骤1中的实施例2）：2.5～3.0%比例制备新型细化变质亚共晶铝合金材料，分别称取金属硅1440kg、金属镁170kg、母铝合金液560kg；重熔铝锭17880kg；步骤⑺中合金检测成分为：Si:7.2%、Mg:0.84%、Ti：0.154%、Sb：0.154%；其它与实施例3至5之一相同。
通过检验，本实验方法制备的铝合金力学性能抗拉强度为423Mpa，屈服强度170Mpa，延伸率为21.1%。
下面以A356.2铝合金锭和加入Al+Sb+Ti细化变质母铝合金液的新型亚共晶铝合金锭为例抗疲劳性能的对比实验结果如图1所示。与A356.2合金相比，新型亚共晶铝合金疲劳强度大大增加，提高了约50%，延长汽车零部件的使用寿命，同时提高了汽车的安全系数。
此外，本发明还提供了采用本长效变质剂的新型亚共晶铝合金与采用钛锶做细化变质剂的A356.2亚共晶铝合金元素成分对比，以及采用本长效变质剂的新型亚共晶铝合金与采用钛锶做细化变质剂的A356.2亚共晶铝合金力学性能对比，参见表1及表2。
表1
表2

Claims (2)

1.一种汽车安全零部件用变质铝合金的制备方法，其特征在于：包括细化变质母铝合金液的制备及新型细化变质亚共晶铝合金材料的制备，具体步骤是：
A、Al+Sb+Ti细化变质母铝合金液的制备方法：
⑴按母铝合金液中元素质量百分比Ti：4～6%、Sb：4～6%、Al：88～92%分别称取钛剂、金属锑、重熔铝锭；
⑵按总投料的0.3～0.5%称取ST-1熔剂，按总投料的0.3～0.5%称取ST-1S覆盖剂，按总投料的0.1～0.2%称取ST无钠精炼剂；
⑶将步骤⑴步骤⑵中的所有原材料放入温度200-250℃的恒温余热干燥炉中干燥3～4h；
⑷将步骤⑶中完全干燥的ST-1熔剂均匀铺散在熔化炉的炉底，再放入自恒温余热干燥炉中干燥后取出的重熔铝锭；
⑸熔化炉点火升温，点火2h～3h炉内的重熔铝锭全部熔化，在铝熔体表面均匀撒上步骤⑶中完全干燥的50%的ST-1S覆盖剂；继续升温至900～1000℃，加入步骤⑶中完全干燥的金属锑、钛剂并在900～1000℃的条件下保温1.5～2h至金属锑和钛剂完全熔化；
⑹关掉熔化炉的燃气开关，充分搅拌6～8min，测量母铝的熔体温度在750～800℃的条件下保温20～25min促进母铝熔体的合金化；
⑺将步骤⑶中完全干燥的ST无钠精炼剂的50%撒入母铝熔体内进行充分搅拌，测量母铝的熔体温度，母铝的熔体温度在710～750℃范围内，将剩余的50%ST无钠精炼剂放入自动喷粉机中，以惰性气体为载体将ST无钠精炼剂均匀的喷入母铝熔体内进行精炼，喷入的时间在5～8min，取样测定母铝合金的成分；
⑻在步骤⑺中精炼好的母铝熔体表面上均匀撒上剩余的完全干燥的50%的ST-1S覆盖剂，由此制成母铝合金液，并在700～730℃下保温备用；
B、新型细化变质亚共晶铝合金材料的制备方法：
⑴按新型细化变质亚共晶铝合金材料中元素质量百分比的要求计算出成分配比为Si：4.5～7.5%、Mg：0.10～0.35%、Al：87.2～93.7%及母铝合金液：1.7～5.0%，按以上比例分别称取金属硅、金属镁、重熔铝锭及母铝合金液；
⑵按总投料的0.1～0.2%称取ST无钠精炼剂；
⑶将步骤⑴、步骤⑵中的金属硅、金属镁、重熔铝锭和ST无钠精炼剂放入温度200-250℃的恒温余热干燥炉中干燥3～4h；
⑷将步骤⑶中完全干燥的金属硅放入蓄热熔化炉的炉体底部，上面将步骤⑶中完全干燥重熔铝锭码放整齐；
⑸蓄热熔化炉点火升温，点火4h～5h炉内的重熔铝锭和工业硅全部熔化，加入母铝合金液，充分搅拌6～8min，继续升温至铝合金熔体的温度在770～800℃的范围内；
⑹关掉熔化炉的燃气开关，将经步骤⑶干燥处理的金属镁压入铝合金熔体内部3～5min至金属镁全部熔化，迅速搅拌4～5min；
⑺取样检测合金成分；
⑻测量铝合金熔体温度，在铝合金熔体温度730～750℃范围内将步骤⑶中完全干燥的ST无钠精炼剂的50%撒入铝合金熔体内进行充分搅拌，将剩余的50%ST无钠精炼剂放入自动喷粉机中，以惰性气体为载体将ST无钠精炼剂均匀的喷入铝合金熔体内进行精炼，喷入的时间控制在10～15min，进行打渣，打渣后静置；
⑼在铝合金熔液温度降至690～710℃时出炉。
2.根据权利要求1所述的汽车安全零部件用变质铝合金的制备方法，其特征在于：所述惰性气体均为氩气。
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C04 Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20150610