CN105970045B - 一种替代qt400弹性座封甲阀的铝合金材料及其重力铸造方法 - Google Patents

一种替代qt400弹性座封甲阀的铝合金材料及其重力铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：钴Co:0.04％‑0.09％，锰Mn:≤2％，镉Cd:0.05％～0.5％，铜Cu:4.2％～8.0％且Cu≥0.8Mn+4.05％；路易斯酸碱对总量1％×10‑4～2.0％，使合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。

Description

一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料及其重力铸造 方法
技术领域
本发明涉及一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料及其重力铸造方法。
背景技术
弹性座封甲阀以其优良的结构特点被广泛运用于自来水、污水、建筑、石油、化工、食品、医药、轻纺、电力、船舶、冶金、能源系统等流体管线上，而球墨铸铁(以下简称球铁)弹性座封甲阀运用尤为广泛，主要原因是由于价格较低，强度较好。
在“以铝代钢”的技术升级中，为了充分发挥铝合金以“轻”为代表的系列优越特性，必须先使其在“强”的方面有长足发展，同时不能有不可接受的制造成本增量，才能大大拓展其使用领域。这就要求必须在铝合金新材料设计上首先取得突破。
从材料制备的方法审视，由于材料特征是由承载着该特征的功能性微观物相组合贡献出来的，因此获得良好的功能性物相组合，例如高强度、高熔点、高塑性、高硬度、耐腐蚀等，是各种制备方法追求的最终结果，从而，铝合金的化学成分设计与其制备技术存在着紧密的内在统一性，这种统一性，简言之，是一种原子如何结合成所需的“物相分子”的关系，即材料的物相可以看成是一种分子结构。配方元素的混合熔炼和铸造结晶，是熔铸法形成材料物相分子组合结构的主要决定性环节，在熔铸过程中，固溶体晶粒和晶界的金属间化合物分子物相决定了合金的晶态组合(亚微米级颗粒:尺度10～300μm左右)，后续热处理或者冷作硬化则是对晶态组合框架下微细结构(微米级颗粒:尺度1～30μm左右)乃至更加微观的精微结构(亚纳米级或次微米级质点:尺度10nm～＜1μm)进行调整和完善，这种调整和完善的程度和范围，在公知技术和传统观念中，认为主要由合金化学成分所处的合金相图区域给定的物相组合决定，但是，合金相图没有给出其它微量元素的添加和排除产生的影响，更不具备预测添加和排除其它微量元素对物相影响的指导性。借鉴合金溶液化学的理论和方法改善熔体结构，比如保护膜的覆盖，造渣剂、精炼剂或变质剂的添加，除气除渣净化等，是改善合金晶态组合、微细结构乃至更加微观的精微结构的重要技术手段，但这些手段，由于是从制备合金的过程中摸索积累得来，因此常常被看作为“制备工艺”而不是“成分设计”的一部分。
在工程应用上，铝合金固溶体晶粒的大小和状态，以及分布在晶界的金属间化合物的大小形态，对合金的力学性能有着决定性的影响。粗大的平面晶、树枝晶、柱状晶等不规则晶体和分布在晶界的粗大的脆硬性金属间化合物，能够把合金好的微细结构和精微结构对基体的强韧性贡献全部抵消掉，因为这些粗大晶粒遵从的成长规律是缘于铸造型腔的型壁生核、自外向液体内部单向延伸的生长方式，造成了合金的成分偏析、结晶粗大单向、宏观性能不均匀的缺陷，从而成为合金的一些常见缺陷，如针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、裂纹等的根源。目前采用的常规变质手段和细化晶粒的手段，如添加铝钛硼或铝钛碳中间合金，最好的效果只能使平均晶粒度细化到120～150微米，而枝晶的形态往往没有根本的转变，这是合金力学性能提高的一个重要瓶颈问题。因为对铝合金来说，获得强度和韧性同时提高的途径，只有晶粒的细化和圆整化；热处理工艺的调整，在晶态结构已经确定的状态下，只能使强度或韧性一个方面获得优化。因此，如何进一步细化和圆整合金的平均晶粒度，是产业界始终追求的目标。
从材料设计角度看，211Z材料也存在一些难以克服的问题。微观分析发现，有一些大颗粒有很高的钛Ti和稀土浓度，作为用来促使晶粒细化的物质，这种现象表明Ti和稀土走向了需要解决问题的对立面；而在211Z合金铸件的生产过程中，也发生着与普通铝合金一样常见的缺陷，包括针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、夹杂(渣)、冷隔、冷豆、裂纹、变质缺陷、固溶不足和过烧等。
这些缺陷，主要原因仍然要从合金本身的化学成分及其形成的微观物相结构入手来研究，尤其是对物相分子组合结构的形成机理进行深入研究，才能认清本质，进而找到解决问题、消除缺陷的有效途径。
通过对铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金最高达0.08nm的极高分辨率的球差校正扫描透射电子显微镜(STEM)精微选区分析，获得了建立在原子尺度上的各种物相结构、原子分辨和化学元素分布。证实其中存在一系列强化相，包括众所周知的Al-Cu二元亚稳相(GP区、θ＂、θ＇)、新的盘片相和平衡相θ(Al2Cu)；其中在基体晶粒内部，新发现一种棒叉状(T+θH)组合相，该组合相的主干部分T相是Al-Cu-Mn三元相，分子结构式Al20Cu2Mn3，分子物相特征是直径约100nm、长度约600～1000nm呈棒轴状且其(010)面与铝合金基体的{010}面共格；而T相周围附着生长了尺寸较大(厚度约20nm、长约50nm)的Al-Cu二元次生相，由于该次生相与基体中其它Al-Cu亚稳相(GP区、θ＂、θ＇或者其它盘片相)比较，在结构上有很大差别，特别是厚度比其它Al-Cu亚稳相厚得多，因此本发明称之为θH相，其分子结构式AlxCu(x可能小于2)，是一种富Cu分子。
根据合金强化理论，合金的强度是材料中界面或位错滑移受到质点的阻碍而产生的，阻碍越强，材料的强度也越大。而质点阻碍行为与材料中界面或位错滑移相互作用的结果，有两种：一种是当质点本身强硬度不够高时，位错将切过质点继续滑移，另一种是质点强度很高，位错无法切过，则只能绕过质点而继续滑移，而在质点周围留下一圈位错环。
两种结果对材料强度贡献的大小是显而易见的：绕过质点比切过质点对材料强度的贡献大；切过质点能够提供材料较好的延伸率，而绕过质点由于位错环的增强作用，将提供材料更高的屈服强度和抗拉强度。
传统的球铁弹性座封甲阀经常由于温度变化而造成锁死现象，需使用铜合金材料，才能适应较恶劣的污水工作环境。现有的闸阀在阀体、阀盖及各部件均完好的情况下，仅仅是密封面稍有变形或腐蚀，阀门就不能使用。修复这些阀门非专业厂不行，所以造成极大的浪费。因此用户希望的闸阀是：阀座、阀板密封面不易变形，耐腐蚀，易损的密封材料可换。阀板在启闭时与密封面不要有磨擦或尽量减少磨擦，这样可以避免弹性座封闸阀的种种不足，而球铁弹性座封甲阀由于其自身过重，不利于高空或复杂工况下更换零部件，并且不耐腐蚀等缺陷也大大制约了其使用，铝合金弹性座封甲阀以其较轻的重量，超强的耐腐蚀性，价格方面也较铜合金材料便宜许多，而现有铝合金弹性座封甲阀由于强度不够，往往得不到广泛运用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料及其制备方法，其中添加路易斯酸碱对，以有效催生临界晶核(得到等轴晶)，使合金在凝固之前获得最佳的分子物相组合结构((T+θH)组合相)，促使合金晶态优化，使铝合金基材实现500MPa及更高的强度等级，从而达到生产替代QT400弹性座封甲阀的铝合金制品。
本发明的技术方案是：一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料，主成分含量按重量百分比计：钴Co:0.04％-0.09％，锰Mn:≤2％，镉Cd:0.05％～0.5％，铜Cu:4.2％～8.0％且Cu≥0.8Mn+4.05％；路易斯酸碱对总量1％×10-4～2.0％，使合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。
所述的合金晶粒为等轴晶。
所述的合金晶粒内亚纳米(T+θH)组合相数量达到≥1个/平方微米。
所述路易斯酸碱对为金属与配体结合而成的正、负离子体、金属卤合物、主族类元素。
所述的金属与配体结合而成的正离子体、负离子体：包括六羰合锰正离子体Mn(CO)6 +，异硫氰合铁正离子体[Fe(NCS)]2+，四羰合钴负离子体Co(CO)4 －，六氯合铬负离子体[CrCl6]3－。
所述的复杂配体化合物或超大杂多化合物，包括环戊二烯基铁Fe(C5H5)2。
所述路易斯酸碱对，按元素添加量占Al基体重量百分比，范围为：Mg:＜0.1％，Fe:＜0.03％，CrCl3:＜0.1％，Mn(CO)6 +＜0.05％，
[Fe(NCS)]2+＜0.05％。
一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量；
(2)往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在700℃以上保温；
(3)加入锰Mn、镉Cd、铜Cu、钴Co，搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易斯酸碱对组合，搅拌均匀；
(4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；
(5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的偏差范围内；调温至650℃以上，合金液出炉，在线除气、除渣；准备铸造前加入钛Ti进行充分搅拌。
(6)铸造：采用重力金属模铸造浇注。
所述重力铸造浇注，步骤如下：
①过滤后可浇注；
②铸造前应将模具预热，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净；
③采取人工浇注或自动化浇注，用浇包从炉内舀取合金液倒入模具浇口通过内浇道充满型腔；自然冷却或强冷；
④开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边；
⑤外观质量检测：毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的浇冒口应清理到铸件表面齐平；
⑥内部质量检测；
⑦固溶处理：将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560℃以下固溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷；
⑧时效强化：将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，在230℃以下时效强化，保温后，出炉自然冷却；
⑨取样分析测试验证；
⑩实用性能验证。
本发明的有益效果：把路易斯酸碱理论所指向的、能在铝合金熔体中发生分子解体或有助于次纳米区域内(即小于1纳米的范围)物相分子结构优化的“酸碱对”物质，应用于熔体纳米尺度范围的精细结构调整，是本发明的最主要的创造性技术手段。
通过运用路易斯酸碱理论，使有关路易斯酸碱对承载的微量元素的添加和排除，在铝合金熔体环境发生分子解体和转化，以提供熔体超精细微区内(0.1nm～10nm尺度范围)的充分扰动和激活效应，达到催生临界晶核大量形成，使合金晶粒度得到进一步细化，形态更加圆整；同时优化微细区域(微米级:尺度1～30μm左右)和精微区域(亚纳米级或次微米级质点:尺度10nm～＜1μm)的物相分子组合结构，增加(T+θH)组合相在合金基体中的含量，是本发明解决的合金强化的机理问题。
由于(T+θH)组合相的发现，在铝合金强化设计时，就可以通过增加(T+θH)组合相，使铝合金材料的基体强度获得大的提升，在屈服强度在400～600MPa之间得到良好控制，这是本发明要解决的工程应用问题，即替代系列球铁材料和制品。
正离子体和负离子体作为路易斯“酸碱对”，对合金晶粒细化具有普通物质无法实现的优异效果，这是由于：这些离子体在常温下与正常的物质分子一样能稳定存在，而在铝合金熔体这样的高温酸碱环境中发生分子解体，生成路易斯酸和路易斯碱；由于是分子解体，故而是一种次纳米范围的原子组合结构的“散架”，其配体部分以气态排放出来，释放出来的核心金属离子则重新选择结合其它原子。
这种发生在铝合金熔体中的解体和重构，与普通的物质溶解不同，因为：①高温下分解释放的气态物质形成的初始气泡只有一个分子大小(小于1nm，即次纳米级)，比表面积最大，具有极强的活性和纳米范围的扰动能力，正处于结晶临界晶核形成的尺寸范围，由此而造成的熔体超精微区内原子的能量起伏、结构起伏和浓度起伏等状态起伏都带有极强的突变特征，促使邻近的更多原子跨越结晶势垒，故而特别有利于临界晶核的大量形成，对金属间化合物生成反应的催化和合金组织晶粒细化都产生了优于普通变质剂如铝钛硼的好作用；同时正、负离子体这种在次纳米范围的超精微区内扰动和激活效应，是常规外加净化气体形成的气泡(直径大于0.5mm)无法实现的；②分解释放的金属原子或正离子具有比配体更小的体积和更大的比表面积，其对周围原子的扰动和激活效应更强，造成的超精微区状态起伏更加显著，对金属间化合物生成反应催化和合金基体组织晶粒细化作用也更强；③酸碱对在高温熔体中的分裂和重构增强了质点在微区的分散和扩散速度，不会象普通金属或添加剂那样造成团簇化，而有效地抑制了因添加剂造成的合金成分偏析以及大颗粒质点的聚集和长大，这能有效解决常规晶粒细化剂在结晶过程中粗大化的倾向，例如可防止钛Ti和稀土相的粗化；④配体气泡还可以发生次生反应，经过一系列变化后随从净化气体排出熔体(比如生成CO2、CH4、N2、NH3或H2S)或进入熔渣(比如Al2O3、Al(HO)3或Al4C3)，这种净化作用，能够以最稳定的固态或气态物质，把溶解在熔体中的H和氧化物杂质吸收和分解，从而其净化作用比常规的气体净化方式效果更好。这就是正、负离子体作为路易斯酸碱对的添加和排除，在铝合金熔体环境发生分子解体、酸碱转化和超精微区内原子重构，以提供熔体超精微区内的充分扰动和激活效应，达到催生临界晶核大量生成和抑制晶粒长大作用，并实现更好净化效果的机理。通过这种机理，使基体结晶状态普遍成为等轴晶，晶粒度平均小于120μm，进一步的优化效果可达到晶粒度平均在50～100μm。这种效果，是单纯使用铝钛硼和铝钛碳等常规晶粒细化剂以及常规的气体净化技术所无法实现的。
路易斯酸碱对在纳米尺度的扰动和激活效应能够增加亚纳米级质点(T+θH)组合相和纳米级质点GP区、θ＂、θ＇系列强化相的机理。
综上，本发明所述路易斯酸碱对，可以表现为多种形态，包括金属与配体结合而成的正、负离子体、复杂配体化合物、金属氰合物、过渡元素金属羰基配合物、主族类元素中的一种，或者一种以上混合。
另外，由于路易斯酸碱对能够提供给合金熔体更大的异类物质浓度，因此增大了熔体结晶过程的成分过冷度，导致晶核在更强结晶动力下快速越过临界尺寸，而在过冷的液体中自由成核和生长，形成具有各向同性和形状更接近于球形的等轴晶粒；由于等轴晶的这种缘于液体内部自由生长的内生机制，改变了平面晶、树枝晶、柱状晶等不规则晶体缘于铸造型腔的型壁生核、自外向液体内部单向延伸的生长方式，因此避免或减轻了合金的成分偏析、结晶粗大单向、宏观性能不均匀的缺陷，从而有效避免或减轻了合金的一些常见缺陷，如针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、裂纹等。
(T+θH)组合相中的θH却以不同位向和大得多的厚度(约20nm)，对合金基体产生了优于以游离态存在的GP区、θ＂、θ＇或者其它盘片状的二元Al-Cu亚稳相的强化贡献：θH除了把主干T相的收紧作用向周围的基体空间传递和扩散外，由于抗基体滑移面更大，故对基体增强作用更大；由于方向更多，故对基体的强化作用显出各向同性的均匀性；由于不属于高硬性质点，所以仍可以位错切过方式提供给基体较好的塑韧性；总之，(T+θH)组合相优化了铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的物相分子组合结构，为基体提供了高硬质点T相的绕过强化效应和高于游离态Al-Cu亚稳相组合的切过强化效应两种作用；所以，研究发挥这种优异的综合效应，必须把材料设计关注的重点从传统单纯对Al-Cu亚稳相组合转移出来，而集中在对(T+θH)组合相的催生效果上。
本发明配方设计作为主要技术手段之一，是使合金的晶态组合实现平均晶粒度＜120微米的等轴晶前提下，还可实现合金晶粒内部(T+θH)组合相数量在1个/[μm]2以上。因此，主成分含量按重量百分比计：钴Co:0.04％-0.09％，锰Mn:≤2％，镉Cd:0.05％～0.5％，铜Cu:4.2％～8.0％且Cu≥0.8Mn+4.05％；路易斯酸碱对总量1％×10-4～2.0％，使合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。
钴(Co)作为复杂合金化的微量添加元素，在合金中形成AlCo、Al9Co2等8种弥散性高温强化相，Co是复杂合金化的高强度铸造铝合金的微量添加元素，它与Mn共存时，形成Al4(CoFeMn)等很复杂的强化相于枝晶间，阻碍位错、阻止晶粒滑移，有效地提高了合金的室温和高温(400℃下)强度。对弹性座封甲阀适应复杂工况起到了关键性因素。
根据材料强化理论——位错对质点的绕过和切过理论，材料的破坏过程首先是其中大颗粒质点的集中受力，然后是次一级的较小颗粒质点集中受力，然后是更小颗粒的质点受力，以次类推；当发生破坏时，综合抗力最弱的质点先破坏，综合抗力最强的质点最后破坏，只有当所有的颗粒都抵抗不住时，材料才发生宏观的破坏。
由于(T+θH)组合相与各级Al-Cu二元弥散相θ′、θ″、GPI区依次分别具有次微米级、亚纳米级和纳米级的晶格畸变作用，只要如本发明技术方案把基体中(T+θH)组合相的数量和分布密度提高，就能实现与Al-Cu二元弥散相在大小、数量和分布状态方面搭配相对均匀、结构紧凑，则其相互之间就会产生最强晶格畸变应力场(最大点阵失配度)，同时又与基体整体完全共格或半共格，因此在整个晶粒三维空间中形成了一个立体弹塑性网阵，在整个晶粒内部产生了类似“钢筋混凝土”对建筑物结构增强作用的层级式强化结构(以下简称“类砼强化结构”)，大大改善了合金的力学性能；这种在晶粒尺度范围内均匀分布的超弹塑性张力结构具有能够有效调动尽可能多的质点共同参与抵抗、分摊和吸收外部冲击动量(动静载荷)的能力，从而微观上具有强大的抗疲劳特性，在宏观上具有高强、高韧、高硬“三高统一”的特征，这种“类砼强化结构”与钢铁材料类的球墨铸铁中只有球状石墨与铁基体两种平行结构、且晶粒度须从15～500μm之间变化以获得强硬度与韧性不可共同提高(一方的提高以降低另一方为前提)的基体特性相比较，显然具有更高的工程应用价值。
铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的化学热效应发生的温度范围高低限之差有100℃，在Al-Cu二元各相中，平衡态的Al2Cu(θ)相共晶的熔点最高为548℃，在DSC曲线上处于开始发生热效应的温度位置，当温度在648.5℃时热效应最大，温度更高之后就没有了化学热效应。这种情况的合理推断是与基体共格的(T+θH)组合相发生熔化(基体同时熔化)而造成的吸热现象。
作为熔化的逆过程，凝固结晶时的凝固点等于熔点，由此可知，当合金由液态向固态转变过程中(铸造过程)，T作为Al-Cu-Mn三元相的结晶温度比二元Al-Cu各相结晶温度高出很多，而等到Al-Cu各相开始结晶时，T相早已析出并长成相当大的质点颗粒了。
所以，(T+θH)组合相的主干T相大大提高了合金的耐热性和热强度；而(T+θH)组合相数量和分布密度的提高，则同时提升了合金的强度、硬度和延伸率。
根据金属凝固理论，从宏观角度看，临界晶核的大量形成需要给熔体中处于游离态的原子向晶格点阵有序态的“跳跃”降低势能门槛，而这种低门槛来自于两个条件：一是降低液态金属的表面张力使原始晶核容易扩散和容易吸收周围游离态的原子，一种形式就是创造尽可能多的稳态异质结晶核心。
在铝合金中，碱金属元素、碱土金属元素或低熔点金属元素有降低表面张力的效果，而过渡元素或者其高温碳化物、氮化物、硼化物的细小分子能够形成稳态异质结晶核心。
具体实施方式
第一部分：提示和说明
一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量；
(2)往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在700℃以上保温；
(3)加入锰Mn、镉Cd、铜Cu、钴Co，搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易斯酸碱对组合，搅拌均匀；
(4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；
(5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的偏差范围内；调温至650℃以上，合金液出炉，在线除气、除渣；准备铸造前加入钛Ti进行充分搅拌。
(6)铸造：采用重力金属模铸造浇注。
——所述重力铸造，步骤如下：
①熔体过滤后可浇注铸造，铸造温度控制可在700～730℃；
②铸造前应将模具预热到450℃左右，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净，防止夹杂物进入合金造成废品；
③在翻转式重力铸机上完成，可采取人工浇注或自动化浇注，合上模具并使铸机翻转到一定角度，用浇包从炉内舀取适量合金液倒入模具转接包内，使铸机缓慢翻转到水平位置，在翻转过程中，合金液从转接包通过内浇道充满型腔；自然冷却或强冷；
④开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边；
⑤外观质量检测。毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的浇冒口应清理到铸件表面齐平；
铸件可以肉眼或用低倍放大镜或其它试验方法检验外观质量，所述铸件外观质量是指包括表面粗糙度、表面缺陷或尺寸精度；
在铸件的非加工面上，允许铸件有分型、顶杆及排气塞等痕迹，允许有精加工可切除的缺陷，但不允许有焊接、粘胶等修补痕迹，待加工面的浇冒口残留量不得大于2mm；
毛坯铸件上所有铸造的标识必须清晰可辨识；
对符合表面粗糙度要求的毛坯进行封样，待验收件与封样件对比验收；
⑥内部质量检测。剖面着色探伤检测或者整体荧光或X光检测；
所述剖面着色探伤检测，可每炉批的铸件随机抽查一件或数件进行解剖，检查铸件主要热节部位或壁厚较大部位的内部质量；
所述剖面，可锯开最易产生气孔、砂眼的铸造部位如壳体安装脚、阀体安装孔、侧盖安装孔或主缸尾部等的厚大部位，用着色剂检测，目测是否有气孔、砂眼等缺陷；
⑦固溶处理。将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560℃以下的固溶处理，保温后立刻淬火，水冷或油冷；
⑧时效强化。将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，时效强化工艺150～240℃，保温后，出炉自然冷却；铸件表面可进行抛丸清理。
⑨取样分析测试验证。从经过热处理以后的铸件上切取试棒，取样部位选在毛坯本体有加工余量的适当位置、铸件本体受载荷均匀或集中的部位，每个取样部位应切取三根试棒；
⑩实用性能验证。通过机械加工、表面处理和装配后，进行模拟使用工况的实用性能检测试验，包括选择疲劳试验、磨损试验、逆向超载试验或超压试验。
第二部分：具体实施例
实施例1
一种替代QT400的铝合金弹性座封甲阀及其重力铸造方法
1、制品规格：
公称通径(mm) 公称压力(MPa) 工作温度(℃) 适用介质
50～400 10～25 0～80 水、油、气等
2、生产流程：熔炼→除气→浇注→冷却→开模取件→清理、锯切→热处理
3、合金配方 重量百分比(％)
4、熔体浇注温度700～730℃；
5、模具预热温度≥250℃；
6、倾转浇注方式，充型时间≤20s；
7、冷却时间：≥110s；
8、热处理：T6(固溶加完全人工时效)；
9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度50μm，晶粒内(T+θH)组合相数量8个/[μm]2；
10、机械性能
实施例2
一种替代QT400的铝合金弹性座封甲阀及其压力铸造方法
1、制品规格：
公称通径(mm) 公称压力(MPa) 工作温度(℃) 适用介质
50～400 10～25 0～80 水、油、气等
2、生产流程：熔炼→浇注→金属模加压充型→充型凝固→泄压开模取件→清理、锯切→热处理
3、合金配方 重量百分比(％)
4、熔体浇注温度≥700℃；
5、金属模预热温度≥350℃；
6、充型时间≥6s,充型压力≥0.02Mpa；
7、保压时间≥120s,保压压力≥0.05Mpa；
8、热处理：T5(固溶加不完全人工时效)；
9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度90～105μm，晶粒内(T+θH)组合相数量3个/[μm]2；
10、机械性能
实施例3
一种替代QT400的铝合金弹性座封甲阀及其重力铸造方法
1、制品规格：
公称通径(mm) 公称压力(MPa) 工作温度(℃) 适用介质
50～400 10～25 0～80 水、油、气等
2、生产流程：熔炼→除气→浇注→冷却→开模取件→清理、锯切→热处理；
3、合金配方 重量百分比(％)
4、熔体浇注温度700～730℃；
5、模具预热温度≥250℃；
6、倾转浇注方式，充型时间≤20s；
7、冷却时间：≥110s；
8、热处理：T6(固溶加完全人工时效)；
9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度50μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5个/[μm]2；
10、机械性能

Claims (5)

1.一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：钴Co:0.04%-0.09%，锰Mn:≤2%，镉Cd:0.05%～0.5%，铜Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%；余量为铝Al；添加剂总量1%×10-4～2.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，合金晶粒内亚纳米(T+θH)组合相数量达到≥1个/平方微米；合金晶粒内亚纳米(T+θH)组合相的分子结构式为(Al20Cu2Mn3+AlxCu)，其中x小于2，θH相的厚度为20nm、长为50nm；所述添加剂为金属与配体结合而成的正、负离子体、金属卤化物中的一种，或者一种以上混合，或主族类元素中的一种与前述化合物中的一种以上混合。
2.根据权利要求1所述的一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料，其特征在于：合金晶粒为等轴晶。
3.根据权利要求2所述的一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料，其特征在于：所述的金属与配体结合而成的正离子体、负离子体：包括六羰合锰正离子体Mn(CO)6 +，异硫氰合铁正离子体[Fe(NCS)]2+，四羰合钴负离子体Co(CO)4 －，六氯合铬负离子体[CrCl6]3－。
4.如权利要求1-3之一所述的一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤： (1)在前述添加剂、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量；(2)往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在700℃以上保温；(3)加入锰Mn、镉Cd、铜Cu、钴Co，搅拌，加入选定的添加剂，或者加入选定的添加剂组合，搅拌均匀；(4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；(5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的偏差范围内；调温至650℃以上，合金液出炉，在线除气、除渣；准备铸造前加入钛Ti进行充分搅拌；(6)铸造：采用重力金属模铸造浇注。
5.根据权利要求4所述的一种替代QT400弹性座封甲阀的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述重力铸造浇注，步骤如下：①过滤后浇注；②铸造前应将模具预热，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净；③采取人工浇注或自动化浇注，用浇包从炉内舀取合金液倒入模具浇口通过内浇道充满型腔；自然冷却或强冷；④开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边；⑤外观质量检测：毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的浇冒口应清理到铸件表面齐平；⑥内部质量检测；⑦固溶处理：将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560℃以下固溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷；⑧时效强化：将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，在230℃以下时效强化，保温后，出炉自然冷却；⑨取样分析测试验证；⑩实用性能验证。
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