CN105525158B

CN105525158B - 一种半固态压铸铝合金材料及使用该材料压铸成型的方法

Info

Publication number: CN105525158B
Application number: CN201610091885.XA
Authority: CN
Inventors: 杨杰; 郑江水; 薛财荣; 苏孙思; 钟学军; 陈建国
Original assignee: FUJIAN JINRUI HIGH-TECH Co Ltd
Current assignee: FUJIAN JINRUI HIGH-TECH Co Ltd
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2018-02-13
Anticipated expiration: 2036-02-19
Also published as: CN105525158A

Abstract

一种半固态压铸铝合金材料，包括Si 6%～9%，Cu≤0.3%，Mn 0.25%～0.55%，Mg 0.2%～0.5%，Fe 0.6%～1.2%，Ni≤0.15%，Zn≤0.15%，Pb≤0.15%，Sn≤0.05%，Ti≤0.2%，杂质总量≤0.15%，Al余量。本发明通过将Si含量控制在6%～9%，Fe含量控制在0.6%～1.2%，可以保证有良好的压铸成型性能、抗蚀性和脱模效果；同时添加0.25%～0.55%的Mn，形成MnAl6化合物，可以有效减小铁的有害影响，并且Mn能阻碍铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，为合金浆料的半固态制浆过程提供有利条件；另外，适量的含有0.2%～0.5%的Mg可以提高抗拉强度。

Description

一种半固态压铸铝合金材料及使用该材料压铸成型的方法

技术领域

本发明涉及一种合金材料及其压铸方法，尤其是指一种半固态压铸铝合金材料及使用该材料压铸成型的方法。

背景技术

半固态压铸是指在液态金属的凝固过程中进行强烈的搅拌，使普通铸造易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状组织形态，从而制成半固态金属液，然后将其压铸成坯料或铸件。

在普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到0.2左右时，枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性。半固态压铸是在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌，使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织，在固相率达0.5-0.6时仍具有一定的流变性，从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压，模锻等实现金属的成形。

发明内容

本发明提供一种半固态压铸铝合金材料及使用该材料压铸成型的方法，其主要目的在于克服普通铸造容易形成枝晶而失去宏观流动性，不利于压铸的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种半固态压铸铝合金材料，由以下以重量百分比计的原料制成：Si 6%～9%， Cu≤0.3%，Mn 0.25%～0.55%，Mg 0.2%～0.5%，Fe 0.6%～1.2%，Ni≤0.15%，Zn≤0.15%，Pb≤0.15%，Sn≤0.05%，Ti≤0.2%，杂质总量≤0.15%，Al余量。

进一步的，所述半固态压铸铝合金材料组成成分中，Si为7%。

进一步的，所述半固态压铸铝合金材料组成成分中，Mn为0.35%。

进一步的，所述半固态压铸铝合金材料组成成分中，Mg为0.3%。

进一步的，所述半固态压铸铝合金材料组成成分中，Fe为0.9%。

进一步的，还包含Cr≤0.02%，Sr≤0.02%，Zr≤0.02%。

进一步的，还包含Pr≤0.04%，Pm≤0.02%，Sm≤0.02%。

使用所述半固态压铸铝合金材料压铸成型的方法，包括以下步骤：

（1）按所述配比取出原材料，混合在一起进行熔炼，熔炼完后检测成分，检测合格后，将熔融液体倒入铝锭模具中，冷却后处理并制成铝锭；

（2）对铝锭进行烘干处理，之后将铝锭放置于坩埚内加热并熔融至720℃；

（3）往720℃的铝液中加入除渣剂，将除渣除气机的搅拌头插入坩埚内进行搅拌，同时往铝液中通入氮气，使原先在铝液中的气体同氮气一同排出，在搅拌5～15分钟之后，停止搅拌，并将浮在铝液上表面的杂质捞出；

（4）将铝液温度降低至640℃即达到共晶温度，并放置在保温炉中保温；

（5）用汤勺取出所需的铝液，通过半固态制浆机将汤勺中的铝液制成半固态浆料；

（6）半固态浆料一形成便立即移送至压射室内，进行压铸成型，制成铸件。

进一步的，步骤（6）中，将浆料压铸成微观组织为球状晶组织结构的铸件。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:

1、本发明中，Si（硅）和Fe（铁）是铝合金材料中的主要成分，通过将Si含量控制在6%～9%，Fe含量控制在0.6%～1.2%，可以保证有良好的压铸成型性能、抗蚀性和脱模效果；设置Cu（铜）≤0.3%,可以在提高合金强度的同时,又能使其抗蚀性不发生明显的改变；同时添加0.25%～0.55%的Mn（锰），形成MnAl6化合物，可以有效减小铁的有害影响，并且Mn能阻碍铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，为合金浆料的半固态制浆过程提供有利条件；另外，适量的含有0.2%～0.5%的Mg（镁）可以提高抗拉强度，在加Mg的同时加入Zn（锌），对合金的产生具有明显的强化作用；加入Ti（钛），使Ti和Al形成结晶，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。

2、在本发明中，添加少量的Cr（铬）,同样可以减少Fe的有害作用，并且Cr在组分中能形成（CrFe）Al7和（CrMn）Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性；Sr（锶）是表面活性元素，能改变金属间化合物相的行为，因此加入Sr元素能改善合金的塑性加工性和最终产品质量；Zr（锆）与Al能形成ZrAl3化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒，亦能细化铸造组织。

3、在本发明中，Pr（镨）、Pm（钷）、Sm（钐）都是稀土元素，加入Pr（镨）、Pm（钷）、Sm（钐）可以显著改善铝合金的金相组织，细化晶粒，去除铝合金中气体和有害杂质，减少铝合金的裂纹源，从而提高铝合金的强度，改善加工性能，还能改善铝合金的耐热性、可塑性和可锻性，提高硬度，增加强度和韧性。

4、在本发明中，半固态压铸铝合金材料制成的浆料具有流动性好、导热系数高等主要特点。经实验测试，可成型的散热片最薄壁厚达0.35mm，高达40mm。铸件本体取样测试，各项性能指标为：硬度HB80，抗拉强度240MPa，屈服强度235MPa，延伸率5.8%，导热系数147W/mk。

5、在本发明中，半固态铸造的铸件凝固收缩减小，气孔缩孔少，铸件尺寸精度高、外观质量好，变形量小，减少了机械加工量，甚至可以得到无机械加工余量铸件；消除了常规铸件中的柱状晶和粗大树枝晶，铸件组织细小、致密，分布均匀，不存在宏观偏析，流动性良好，可生产超薄壁件，导热率提高50%；金属充型平稳、无湍流、无飞溅，而且充型温度低，延长模具寿命；简化铸造工序，降低能耗，改善劳动条件，由于凝固速度快，生产率高；提高铸件力学性能。

6、在本发明中，半固态制浆机能把浆料压铸成微观组织为球状晶组织结构的铸件，球状晶组织结构与普通铝合金液态压铸件微观枝状晶组织结构相比不易失去流动性，更容易进行压铸。

具体实施方式

下面说明本发明的具体实施方式。

一种半固态压铸铝合金材料，由以下以重量百分比计的原料制成：Si 6%～9%， Cu≤0.3%，Mn 0.25%～0.55%，Mg 0.2%～0.5%，Fe 0.6%～1.2%，Ni≤0.15%，Zn≤0.15%，Pb≤0.15%，Sn≤0.05%，Ti≤0.2%，杂质总量≤0.15%，Al余量。通过将Si含量控制在6%～9%，Fe含量控制在0.6%～1.2%，可以保证有良好的压铸成型性能、抗蚀性和脱模效果；同时添加0.25%～0.55%的Mn，形成MnAl6化合物，可以有效减小铁的有害影响，并且Mn能阻碍铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，为合金浆料的半固态制浆过程提供有利条件；另外，适量的含有0.2%～0.5%的Mg可以提高抗拉强度。上述成分中，Si的含量最好为7%，Fe的含量最好0.9%，Mn的含量最好为0.35%，Mg的含量最好为0.3%。

除此之外，该铝合金材料中还可以包含Cr≤0.02%，Sr≤0.02%，Zr≤0.02%，通过添加少量的Cr（铬）,同样可以减少Fe的有害作用，并且Cr在组分中能形成（CrFe）Al7和（CrMn）Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性；Sr（锶）是表面活性元素，能改变金属间化合物相的行为，因此加入Sr元素能改善合金的塑性加工性和最终产品质量；Zr（锆）与Al能形成ZrAl3化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒，亦能细化铸造组织。

另外，该铝合金材料中还可以包含Pr≤0.04%，Pm≤0.02%，Sm≤0.02%，由于Pr（镨）、Pm（钷）、Sm（钐）都是稀土元素，加入Pr（镨）、Pm（钷）、Sm（钐）可以显著改善铝合金的金相组织，细化晶粒，去除铝合金中气体和有害杂质，减少铝合金的裂纹源，从而提高铝合金的强度，改善加工性能，还能改善铝合金的耐热性、可塑性和可锻性，提高硬度，增加强度和韧性。

使用上述半固态压铸铝合金材料制成的浆料具有流动性好、导热系数高等主要特点。经实验测试，可成型的散热片最薄壁厚达0.35mm，高达40mm。铸件本体取样测试，各项性能指标为：硬度HB80，抗拉强度240MPa，屈服强度235MPa，延伸率5.8%，导热系数147W/mk。相较于现有半固态压铸铝合金材料制成的浆料，性能更加优异。而且半固态铸造的铸件凝固收缩减小，气孔缩孔少，铸件尺寸精度高、外观质量好，变形量小，减少了机械加工量，甚至可以得到无机械加工余量铸件；消除了常规铸件中的柱状晶和粗大树枝晶，铸件组织细小、致密，分布均匀，不存在宏观偏析，流动性良好，可生产超薄壁件，导热率提高50%；金属充型平稳、无湍流、无飞溅，而且充型温度低，延长模具寿命；简化铸造工序，降低能耗，改善劳动条件，由于凝固速度快，生产率高；提高铸件力学性能。

步骤一

按所述配比取出原材料，混合在一起进行熔炼，熔炼完后检测成分，检测合格后，将熔融液体倒入铝锭模具中，冷却后处理并制成铝锭；

步骤二

对铝锭进行烘干处理，之后将铝锭放置于坩埚内加热并熔融至720℃；

步骤三

往720℃的铝液中加入除渣剂，将除渣除气机的搅拌头插入坩埚内进行搅拌，同时往铝液中通入氮气，使原先在铝液中的气体同氮气一同排出，在搅拌5～15分钟之后，停止搅拌，并将浮在铝液上表面的杂质捞出；

步骤四

将铝液温度降低至640℃即达到共晶温度，并放置在保温炉中保温；

步骤五

用汤勺取出所需的铝液，通过半固态制浆机将汤勺中的铝液制成半固态浆料；

步骤六

半固态浆料一形成便立即移送至压射室内，进行压铸成型，制成铸件。这种球状晶组织结构与普通铝合金液态压铸件微观枝状晶组织结构相比不易失去流动性，更容易进行压铸。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1.一种半固态压铸铝合金材料，其特征在于，由以下以重量百分比计的原料制成：Si6%～9%， Cu≤0.3%，Mn 0.25%～0.55%，Mg 0.2%～0.5%，Fe 0.6%～1.2%，Ni≤0.15%，Zn≤0.15%，Pb≤0.15%，Sn≤0.05%，Ti≤0.2%，Cr≤0.02%，Sr≤0.02%，Zr≤0.02%，Pr≤0.04%，Pm≤0.02%，Sm≤0.02%，杂质总量≤0.15%，Al余量；

使用所述一种半固态压铸铝合金材料压铸成型的方法，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述一种半固态压铸铝合金材料，其特征在于：所述半固态压铸铝合金材料组成成分中，Si为7%。

3.如权利要求1所述一种半固态压铸铝合金材料，其特征在于：所述半固态压铸铝合金材料组成成分中，Mn为0.35%。

4.如权利要求1所述一种半固态压铸铝合金材料，其特征在于：所述半固态压铸铝合金材料组成成分中，Mg为0.3%。

5.如权利要求1所述一种半固态压铸铝合金材料，其特征在于：所述半固态压铸铝合金材料组成成分中，Fe为0.9%。

6.如权利要求1所述一种使用半固态压铸铝合金材料压铸成型的方法，其特征在于：步骤（6）中，将浆料压铸成微观组织为球状晶组织结构的铸件。