CN105200272A - 一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，包括如下步骤：S1配制铝合金前驱体；S2：将所述铝合金前驱体加入熔炼炉升温至690-710℃，完全熔融后得铝液；选用氮气或混合惰性气体，通过旋转喷吹设备通入铝液中精炼，净化扒渣；S3：随后调整熔炼温度至710-730℃，加入AlSr变质剂反应10-30min；再次调整熔炼温度为700-720℃，加入AlTiB晶粒细化剂均匀搅拌5-10min，然后加入六氯乙烷精炼剂反应，结束后扒渣得精炼铝液；S4：将精炼铝液浇入模腔内挤压铸造后得到铸态铸件；S5：将铸态铸件热处理后即可得到所述变形铝合金灯罩。本发明所制备出的变形铝合金灯罩组织致密、耐腐蚀性强、抗拉强度高、延伸率高。
Description
技术领域
本发明属于灯罩制备领域，尤其是涉及一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法。
背景技术
机场跑道灯盖要承受飞机起降的冲击，阴雨天雨水的冲刷渗透，因此，灯盖必须具有优良的综合力学性能，确保机场跑道在夜间和特殊天气正常运作。若采用传统的低压铸造，合金凝固速度慢，晶粒粗大，在壁厚厚大部位常常出现缩孔疏松缺陷；而传统压铸工艺中易形成裂纹、“缩水”等缺陷，并且压铸件难以进行热处理以提高其力学性能。挤压铸造作为一种近净成形技术近年来广泛运用于家电、汽车、机械、军工、以及航天航空领域,它不但可以消除铸件内部的缩孔、疏松等缺陷，还能细化晶粒，改善微观组织和力学性能，后续可进行阳极处理，进一步提升耐蚀性能。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，进而制备出组织致密、耐腐蚀性强、抗拉强度高、延伸率的变形铝合金灯罩。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，包括如下步骤：
S1：配制铝合金前驱体，包含以下质量百分比的各组分，Si：0.8-2.0％，Mg：0.8-2.0％，Mn：0.1-0.8％，Fe﹤0.3％，Cu﹤0.3％，Zn﹤0.3％，含量低于0.05％的Ti、B、Re、Zr中至少一种微量元素，余量为Al；
S2：将步骤S1中所述铝合金前驱体加入熔炼炉升温至690-710℃，完全熔融后得铝液；选用氮气或混合惰性气体，通过旋转喷吹设备通入铝液中精炼，净化扒渣；
S3：随后调整熔炼温度至710-730℃，加入AlSr变质剂反应10-30min；再次调整熔炼温度为700-720℃，加入AlTiB晶粒细化剂均匀搅拌5-10min，然后加入六氯乙烷精炼剂反应，结束后扒渣得精炼铝液；
S4：将步骤S3中所述精炼铝液浇入模腔内挤压铸造后得到铸态铸件；
S5：将步骤S4中所述铸态铸件热处理后即可得到所述变形铝合金灯罩。
进一步的，步骤S2中所述熔炼炉的气体流量3～5m/h、石墨杆的转速200-300r/min、精炼时间10～20min。
进一步的，步骤S3中所述AlSr变质剂占铝液的质量百分比为0.1-0.3％，所述AlTiB晶粒细化剂占铝液的质量百分比为0.2-0.4％；所述六氯乙烷精炼剂占铝液的质量百分比为0.3～0.6％。
进一步的，步骤S4中所述挤压铸造的工艺参数如下：压射比压为70-150MPa，铸态铸件温度为640-670℃，模具温度为200-250℃，保压时间为4-8s。
进一步的，步骤S5中所述热处理工艺为：固溶温度525±5℃，固溶时间6-8h，出炉立即水冷，时效温度165±5℃，时效时间6-8h，空冷得到变形铝合金灯罩。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，通过将变形铝合金和间接挤压铸造工艺两者相结合，制备出了内部组织致密均匀、抗拉强度高、耐腐蚀性高的变形铝合金灯罩，提高了毛坯精度，减少了加工余量，材料利用率可达90％以上，有效降低成本。通过优化铝合金成分，使其更适于挤压铸造生产工艺，使得所制备的灯罩综合性能好。在大量实验的基础上，优化了熔炼和挤压铸造的工艺参数，使得合金在充分的压力下结晶成型，因而其组织致密均匀，晶粒较细，不会在制品内出现气孔，缩孔及针孔等缺陷。优化了热处理工艺，产品的机械性能得到进一步强化，具有更高的抗拉强度，硬度，其机械性能优于以往使用铸造铝合金进行间接挤压铸造的产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，包括如下步骤：
S1：配制铝合金前驱体，包含以下质量百分比的各组分，Si：0.8％，Mg：0.8％，Mn：0.1％，Fe﹤0.3％，Cu﹤0.3％，Zn﹤0.3％，含量低于0.05％的Ti、B、Re、Zr中至少一种微量元素，余量为Al；
S2：将步骤S1中所述铝合金前驱体加入熔炼炉升温至690-710℃，完全熔融后得铝液；选用氮气或混合惰性气体，通过旋转喷吹设备通入铝液中精炼，设定气体流量3m3/h、石墨杆的转速200r/min、精炼时间10min，净化扒渣；
S3：随后调整熔炼温度至710-730℃，加入占铝液质量百分比0.1％的AlSr变质剂反应10-30min；再次调整熔炼温度至700-720℃，加入占铝液质量百分比0.2％的AlTiB晶粒细化剂均匀搅拌5-10min；然后加入占铝液质量百分比0.4％的六氯乙烷精炼剂反应，用钟罩将精炼剂缓缓压下，在铝液液面下100mm锅底上100mm之间缓缓作圆周运动，上下运动，使气泡均匀到每个角落。当液面无气泡冒出时(10-20min)提出钟罩，扒渣后得精炼铝液；
S4：将步骤S3中所述精炼铝液浇入模腔内挤压铸造，即将铝液浇入模腔内、合模、加压后得到铸态铸件；间接挤压铸造的工艺参数：压射比压为80MPa，浇注温度为640℃，模具温度为200℃，保压时间为4S；
S5：将步骤S4中所述铸态铸件热处理后即可得到所述变形铝合金灯罩，即固溶温度520℃，固溶时间6h，出炉立即水冷，时效温度160℃，时效时间6h，空冷得到变形铝合金灯罩。
制造的变形铝合金灯罩实体取样测试，抗拉强度285MPa，延伸率12.2％，硬度平均值为101HB。
实施例2
一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，包括如下步骤：
S1：配制铝合金前驱体，包含以下质量百分比的各组分，Si：1.4％，Mg：1.4％，Mn：0.5％，Fe﹤0.3％，Cu﹤0.3％，Zn﹤0.3％，含量低于0.05％的Ti、B、Re、Zr中至少一种微量元素，余量为Al；
S2：将步骤S1中所述铝合金前驱体加入熔炼炉升温至690-710℃，完全熔融后得铝液；选用氮气或混合惰性气体，通过旋转喷吹设备通入铝液中精炼，设定气体流量4m3/h、石墨杆的转速250r/min、精炼时间15min，净化扒渣；
S3：随后调整熔炼温度至710-730℃，加入占铝液质量百分比0.2％的AlSr变质剂反应10-30min；再次调整熔炼温度至700-720℃，加入占铝液质量百分比0.3％的AlTiB晶粒细化剂均匀搅拌5-10min；然后加入占铝液质量百分比0.5％的六氯乙烷精炼剂反应，用钟罩将精炼剂缓缓压下，在铝液液面下100mm锅底上100mm之间缓缓作圆周运动，上下运动，使气泡均匀到每个角落。当液面无气泡冒出时(10-20min)提出钟罩，扒渣后得精炼铝液；
S4：将步骤S3中所述精炼铝液浇入模腔内挤压铸造，即将铝液浇入模腔内、合模、加压后得到铸态铸件；间接挤压铸造的工艺参数：压射比压为100MPa，浇注温度为660℃，模具温度为220℃，保压时间为6s；
S5：将步骤S4中所述铸态铸件热处理后即可得到所述变形铝合金灯罩，即固溶温度525℃，固溶时间7h，出炉立即水冷，时效温度165℃，时效时间7h，空冷得到变形铝合金灯罩。
制造的变形铝合金灯罩实体取样测试，抗拉强度297MPa，延伸率11.3％，硬度平均值为105HB。
实施例3
一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，包括如下步骤：
S1：配制铝合金前驱体，包含以下质量百分比的各组分，Si：2％，Mg：2％，Mn：0.8％，Fe﹤0.3％，Cu﹤0.3％，Zn﹤0.3％，含量低于0.05％的Ti、B、Re、Zr中至少一种微量元素，余量为Al；
S2：将步骤S1中所述铝合金前驱体加入熔炼炉升温至690-710℃，完全熔融后得铝液；选用氮气或混合惰性气体，通过旋转喷吹设备通入铝液中精炼，设定气体流量5m3/h、石墨杆的转速300r/min、精炼时间20min，净化扒渣；
S3：随后调整熔炼温度至710-730℃，加入占铝液质量百分比0.3％的AlSr变质剂反应10-30min；再次调整熔炼温度至700-720℃，加入占铝液质量百分比0.4％的AlTiB晶粒细化剂均匀搅拌5-10min；然后加入占铝液质量百分比0.6％的六氯乙烷精炼剂反应，用钟罩将精炼剂缓缓压下，在铝液液面下100mm锅底上100mm之间缓缓作圆周运动，上下运动，使气泡均匀到每个角落。当液面无气泡冒出时(10-20min)提出钟罩，扒渣后得精炼铝液；
S4：将步骤S3中所述精炼铝液浇入模腔内挤压铸造，即将铝液浇入模腔内、合模、加压后得到铸态铸件；间接挤压铸造的工艺参数：压射比压为120MPa，浇注温度为670℃，模具温度为240℃，保压时间为8s；
S5：将步骤S4中所述铸态铸件热处理后即可得到所述变形铝合金灯罩，即固溶温度530℃，固溶时间8h，出炉立即水冷，时效温度170℃，时效时间8h，空冷得到变形铝合金灯罩。
制造的变形铝合金灯罩实体取样测试，抗拉强度306MPa，延伸率10.5％，硬度平均值为107HB。
Si是改善流动性能的主要成份，与Mg形成Mg2Si化合物。低于0.8％，流动性较差，铸件无法成形。若高于2.0％，Mg2Si化合物组织粗大，阻碍氧化膜的形成，降低氧化膜的光滑度，氧化膜呈灰色甚至灰黑色。因此Si的含量的下限是0.8％，其上限是2.0％。Mg是提高铸件抗腐蚀性的主要成份，与Si形成Mg2Si化合物，从而提升氧化膜耐久性；低于0.8％，铸件内部性能差，抗拉强度低；若高于2.0％，Mg2Si化合物组织粗大，阻碍氧化膜的形成，降低氧化膜的光滑度；因此Mg的含量的下限是0.8％，其上限是2.0％。Mn能提高铝合金再结晶温度，细化晶粒，并溶解杂质铁，形成Al6Fe减少铁的有害影响；低于0.1％时，几乎不会形成这些化合物，因此得不到氧化膜期望的耐久性提高效果；另一方面，当超过0.8％时，合金的强度反而随Mn含量的进一步增加而降低，延伸率也随之下降。因此，Mn的含量的下限为0.1％，其上限为0.8％。在铝合金阳极氧化过程中，Fe、Cu和Zn元素会成为氧化的起点，成膜效率低。若含量超过0.3％，其中Fe、Cu和会与合金中的铝发生置换反应，沉积到工件表面，氧化膜表面会出现暗色条纹、黑色斑点等缺陷，氧化膜透明度、硬度、耐磨性等性能降低。因此，Fe、Cu和Zn的各含量低于0.3％。为了实现更低污染化，含有含量低于0.05％Ti、B、Re、Zr的至少一种微量元素。
加入AlSr变质剂作变质处理，改善了合金的显微组织，提高了强度和延性。加入量低于0.1％时，共晶硅无任何变化，随着AlSr变质剂加入量的增多，Sr，在铸锭中将存在T-AlFeSi相，从而可大大缩短铸锭均匀化时间。当加入量高于0.3％时，并无明显的改变。因此AlSr变质剂加入量为0.1-0.3％。加入AlTiB晶粒细化剂作细化处理，改善了合金的显微组织，提高了强度和延性。加入量低于0.2％时，晶粒尺寸不发生变化，随着AlTiB晶粒细化剂加入量的增多，晶粒的尺寸变小，组织变得均匀。当加入量为0.4％时，细化后的铝合金的晶粒尺寸最小，达到最佳细化效果。超过这个数值，铝合金晶粒尺寸增大，细化效果降低。因此AlTiB晶粒细化剂加入量为0.1-0.3％。
若比压低于70MPa，补缩不好，铸件内部发现大量缩松区域，使得铸件的性能下降。伴随着比压提升，铸件内存在的气孔、缩松等缺陷会大量减少。到达某一特定值后，比压的再次提升，对铸件内部质量无明显作用。只是增大了金属液过冷度，使得晶粒细化，力学性能略微提升。比压高于150MPa，会使得合金液频繁冲刷模具，造成模具提早失效。因此压射比压范围为70-150MPa。当浇注温度低于640℃，合金液在进入型腔内，迅速冷却。自由凝固层较厚，后续压力越来越难以传递过来，出现冷隔、缺料等问题。若浇注温度高于670℃浇注，铸件易出现热裂纹。因此压射比压范围为640-670℃。预热温度低时，金属液与模具内壁贴合迅速凝固，凝固层阻碍补缩压力向铸件心部延伸，导致铸件内部存在大片缩松缺陷。温度高时，铸件的凝固周期延长，铸件内部组织晶粒粗大，浇注过程中合金液出现喷射现象。因此预热温度范围为200-250℃。保压时间过短，铸件内部区域没有完成凝固，自由凝固成形，组织出现一系列缺陷；过长的话，使得脱模时间长，生产效率低，模具的温度下降，导致下一挤压铸造过程生产出来产品存在质量隐患；因此保压时间范围为4-8S。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：配制铝合金前驱体，包含以下质量百分比的各组分，Si：0.8-2.0％，Mg：0.8-2.0％，Mn：0.1-0.8％，Fe﹤0.3％，Cu﹤0.3％，Zn﹤0.3％，含量低于0.05％的Ti、B、Re、Zr中至少一种微量元素，余量为Al；
S2：将步骤S1中所述铝合金前驱体加入熔炼炉升温至690-710℃，完全熔融后得铝液；选用氮气或混合惰性气体，通过旋转喷吹设备通入铝液中精炼，净化扒渣；
S3：随后调整熔炼温度至710-730℃，加入AlSr变质剂反应10-30min；再次调整熔炼温度为700-720℃，加入AlTiB晶粒细化剂均匀搅拌5-10min，然后加入六氯乙烷精炼剂反应，结束后扒渣得精炼铝液；
S4：将步骤S3中所述精炼铝液浇入模腔内挤压铸造后得到铸态铸件；
S5：将步骤S4中所述铸态铸件热处理后即可得到所述变形铝合金灯罩。
2.根据权利要求1所述的一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，其特征在于，步骤S2中所述熔炼炉的气体流量3～5m/h、石墨杆的转速200-300r/min、精炼时间10～20min。
3.根据权利要求1所述的一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，其特征在于，步骤S3中所述AlSr变质剂占铝液的质量百分比为0.1-0.3％，所述AlTiB晶粒细化剂占铝液的质量百分比为0.2-0.4％；所述六氯乙烷精炼剂占铝液的质量百分比为0.3～0.6％。
4.根据权利要求1所述的一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，其特征在于，步骤S4中所述挤压铸造的工艺参数如下：压射比压为70-150MPa，铸态铸件温度为640-670℃，模具温度为200-250℃，保压时间为4-8s。
5.根据权利要求1所述的一种变形铝合金灯罩的挤压铸造方法，其特征在于，步骤S5中所述热处理工艺为：固溶温度525±5℃，固溶时间6-8h，出炉立即水冷，时效温度165±5℃，时效时间6-8h，空冷得到变形铝合金灯罩。
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