CN106167869B - 一种替代qt500织机喷气件的铝合金材料及其金属型重力铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种替代QT500织机喷气件的铝合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：锰Mn:≤2%，镉Cd:0.1%～0.5%，铜Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%，钴Co：0.05%～0.5%；路易斯酸碱对总量1%×10‑2～2.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。

Description

一种替代QT500织机喷气件的铝合金材料及其金属型重力铸 造方法

技术领域

本发明涉及一种替代QT500织机喷气件的铝合金材料及其制备方法。

背景技术

球墨铸铁（简称球铁）是钢铁产业中的主要基础材料之一，被广泛而大量地用于制造受力复杂，强度、韧性、耐磨性等要求较高的零件，如通用机械、起重、农业、汽车、铸造、纺织、机床、电力、石化、船舶零件等，主要形态和类型为液压壳体、泵体、管道、阀体、缸体、轮毂、轴件、球连接、传动件、悬挂件、钩扣件、导流件、转向件等；

球铁之所以用途广泛，还在于它有着细分的标准牌号，每种牌号规定了较为严格精确的化学成分组合、热处理规范参数、力学性能和物理指标等，从而对应着细分应用品类。见表1。

表1 GB/T 1348确定的球墨铸铁牌号对应的力学性能及组织

球铁的这种机械性能指标及其分类标准，可以作为铝合金材料创新设计、提高性能的对标基础，同时可以作为“以铝代钢”的比较通道，即：如果铝合金可以替代某牌号球铁，则进一步替代与此牌号性能接近的钢材，就足以在产业界引领一种潮流或时尚。

从自然特性和经验积累的角度来看，铝及铝合金较球铁具有多种优点：

①铝材料具有极好的低温性能，其力学性能随温度降低而提高，在寒冷季节和低温环境作为结构材料具有独特优势，而球铁则随温度降低逐渐发生由韧性向脆性的转变，尤其在脆性转变温度以下，其冲击值急剧下降，甚至发生“低温脆断”。

②铝及铝合金比强度高，具有良好的断裂韧性，而球铁随屈服强度提高而延伸率下降，对应力集中的敏感性明显增加，表现为屈服以后变形量较小即断裂，这种“疲劳脆断”本性往往是重大工程结构无征兆突然整体崩溃式破坏的潜在硬伤，是许多重大恶性事故的罪魁祸首。

③由于铝及铝合金较球铁和钢材的热容大和导热性好，故其防火、防爆、预警性更好。

④铝及铝合金本身的抗氧化腐蚀性远远高于钢铁且更适宜于进行高技术表面防腐和装饰一体化处理。

⑤铝材料合金化和热处理工艺较球铁简单，铝的合金化温度一般低于750℃，热处理温度在150～600℃之间，按作用划分也只有固溶、时效、均匀化退火几种简单工艺，而球铁的合金化温度超过1400℃，热处理温度则在500～1000℃，按作用划分为消应力退火、高温石墨化退火、正火、淬火及回火、多温淬火、表面淬火、化学热处理等一系列复杂工艺，不但过程复杂、装备技术要求高，而且消耗和排放也是铝材料几倍乃至十多倍。

从机械（压力）加工工艺和装备来比较，铝材料可以很容易地采用铸、轧、挤、锻、锯、铣、焊、冲压等工艺，而球铁不能挤压加工，其它的加工方法也需要采用比铝材料的规格和功率大得多的加工设备和工装，到成品件的制作过程，几乎每一道工序环节球铁和钢材都要消耗比铝材料更高的功率。

⑦沿着零部件应用的整个寿命周期，球铁因其惯性大、笨重、易腐蚀、易脆断等缺陷，其物耗、能耗和维护成本远远高于铝材料，其循环利用的价值也远低于铝材料。

前述这些钢材欠缺而铝材料独具的优异品质，为“以铝代钢”的显著进步性提供了人类社会文明进步追求的现实基础。

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；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Al_xCu(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。

在关于铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的传统观念中，由于从来都认为Al-Cu二元相是合金强化的主要因素，因此，材料研究和设计关注的重点，就是使Al-Cu二元相各亚稳态实现在合金中的最佳组合。虽然也发现有T三元相，但都不认为T相对合金强度的贡献能够与Al-Cu二元各亚稳相的组合相比，而且认为T相容易在晶界聚集形成粗大脆性相，因此要严格控制其数量。

GP区、θ＂、θ＇或者其它盘片状的二元Al-Cu亚稳相对合金强度的贡献特点属于位错切过质点方式，其特点是盘片长得越大，切过越困难，因此对强度的贡献也越大，但是，当盘片大到一定程度(直径超过150nm而厚度只有1～3nm)，其晶格点阵与基体晶格点阵的失配度过高，就不再能与基体保持完全共格，而逐渐显出脆性相的特征。因此，既要保持共格又有最大的失配应力场以发挥最大阻碍位错滑移能力，二元Al-Cu各亚稳相质点有一个最佳组合的问题，同时也需要它对基体的延伸率保持较大的贡献，这是以前乃至今后材料设计始终要考虑的主要问题之一。

如前所述，传统用球铁（QT500）制作的织机喷气件，在实际制造、使用过程中存在以下缺陷：

①因球铁延伸率较低，对应力集中的敏感性明显增加，表现为屈服以后变形

量较小易断裂，造成事故。

②球铁热处理工艺过程复杂、装备技术要求高，而且消耗和排放也很大。

③沿着零部件应用的整个寿命周期，球铁因其惯性大、笨重、易腐蚀、易脆断等缺陷，其物耗、能耗和维护成本很高于，其循环利用的价值较低。

铝合金制作织机喷气件在国内未见相关研究，因为普通铝合金基础材料的局限性，其力学性能较低，尤其是高温耐热性能，承受的温度小于300℃，严重影响了织机喷气件的寿命，甚至增加了安全风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种替代QT500织机喷气件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QT500织机喷气件的铝合金制品。

本发明的技术方案为：一种替代QT500织机喷气件的铝合金材料，主成分含量按重量百分比计：锰Mn:≤2%，镉Cd:0.05%～0.5%，铜Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%，钴Co：0.1%～0.5%；路易斯酸碱对总量1%×10^-2～2.0%，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≥3个/平方微米。

所述路易斯酸碱对为金属与配体结合而成的氢合物、复杂配体化合物、主族类元素、内过渡类元素中的一种，或者一种以上混合。

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：Bi＜0.2%，Ni＜0.2%，BiH₃＜0.1%，La＜0.1%，0.4%＜Si＜2%。

一种替代QT500织机喷气件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；

(6)铸造：采用重力铸造浇注。

所述重力铸造浇注，步骤如下：

①过滤后可浇注铸造；

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。

对铝合金熔体来说，复杂配体化合物如TiOCl₂，Na₂TiO₃，Na₂[PtCl₆]，Na₃[AlF₆]，K₂[SiF₆]，Al₂S₃，CuFeS₂，Mn(CO)₄(NO)，Fe(C₅H₅)₂，超大杂多化合物如H₃[P(Mo₃O₁₀)₄]，金属氰合物如K₄[Fe(CN)₆]、金属硫氰基复合配体如Tc(NCS)₂、金属卤合物如CrCl₃、金属卤氨合物如[Co(NH₃)₆]Cl₃、氢合物如LiH、NaBH₄，过渡元素金属羰基配合物如V(CO)₅，这些物质分子中提供电子或电子对的-Cl₂、-O₃、-Cl₆、-F₆、-F₆、-Al₂、-CuFe、-(CO)₄(NO)、-(Mo₃O₁₀)₄、-C₅H₅、-P、-(CN)₆、-(NCS)₂、-Cl₃、-[(NH₃)₆]Cl₃、-Li、-H₄和-(CO)₅属于路易斯碱，而-TiO、-Ti、-Pt、-Al、-Si、-S₃、-S₂、-Mn、-Fe、-(Mo₃O₁₀)₄、-Fe、-Tc、-Cr、-Co、-H、-B和-V，是接受电子或电子对的受体，属于路易斯酸；这些分子是路易斯酸碱对。

综上，本发明所述路易斯酸碱对，可以表现为多种形态，包括金属氰合物、金属硫氰基复合配体、金属卤合物、金属卤氨合物、氢合物、主族类元素、内过渡类元素中的一种，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。

本发明基于对合金微观结构极高分辨率的衬度图像和精微选区结构分析，发现了晶内存在着次微米级的(T+θH)棒叉状组合相的超精细结构。与Al-Cu各二元相比较，(T+θH)组合相有许多优点，包括：质点粒度大，抗位错滑移面大；主干部分T是高硬高稳定化合物聚合而成的棒状孪晶，能够以位错绕过方式为合金提供强度支撑；其次生θH附着相在主干上斜向或垂直于T棒轴方向而向周围基体生长同时又与基体共格，增强了主干对周围晶格点阵的收紧能力，或者换句话说，T棒轴通过附着其上向周围生长的θH次生相，把收紧作用向周围的基体空间传递和扩散，这种作用，在次微米区域内对基体产生了类似建筑结构中钢筋网格在混凝土中的强化作用，使基体强度大大提高。这种作用，如果从单体比较，是基体中薄片状Al-Cu亚稳相(GP区、θ＂、θ＇或者其它盘片相)或者其组合都远不能相比的；但是，在常见的铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金中，由于各二元Al-Cu亚稳相在基体内部的分布密度远远高于(T+θH)组合相的分布密度，致使(T+θH)组合相的作用被掩盖而一直没有被发现。

(T+θH)组合相中的θH却以不同位向和大得多的厚度，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3个/[μm]²以上。因此，主成分设计为按重量百分比：锰Mn:≤2%，镉Cd:0.1%～0.5%，铜Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%，钴Co：0.05%～0.5%；路易斯酸碱对总量1%×10^-2～2.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。增加了过渡族类元素钴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。

具体实施方式

本发明具体实施方式包括2个部分，第一部分为提示和说明，第二部分为具体实施例。

第一部分：提示和说明

合金熔体准备的步骤：

(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，编制合金生产配料表，并按配料表选足各种备料。

(2)往熔炼炉中加入适量的铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700℃以上保温；为防止熔体吸入过多的空气，熔化过程应尽可能在短时间内和封闭环境内完成。

(3)按配方比例加入锰Mn、镉Cd、铜Cu、钴Co，搅拌均匀后，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。

所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体块状，可直接加入熔体或者以按压辅助方式加入熔体；

所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体丝线状，可以在线自动送丝方式，在铸造时连续加入，或者切成合适小段，在每次铸造前加入浇包或舀瓢；

所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体粉末状，可以选择向熔体直接吹送或者以保护性气体带动的流态化方式连续吹送，所述吹送可以选择从熔体上部垂直插入熔体中吹送、从炉体侧面斜插熔体吹送或者从炉底透气砖孔吹送。

所述路易斯酸碱对，活泼金属元素选择以保护形态加入熔体，高熔点难溶金属元素选择配合物形态，易溶重金属选择单质状态。

所述路易斯酸碱对或者组合，化合物或配合物选择预先制成固体粉末形态。

所述路易斯酸碱对或者组合，选择于合金主元素熔炼完成后加入熔体，或者在熔体精炼时加入熔体，或者在精炼净化后加入熔体，或者在铸造成形之前再加入熔体。

(4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼，所述精炼选择在封闭环境中操作，所述封闭环境选择以抽风方式连续排除精炼产生的废气。

(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；

所述调整化学成分选择以加入路易斯酸碱对或者组合的方式进行调整；

调温至650℃以上，合金液出炉，在线除气、除渣；

所述除气可以选择石墨管空心转子搅动吹入净化气体；

所述净化气体可以选择氮气、氩气、氯气或者它们的混合物；

所述除渣可以选择表面除去浮渣或者选择过滤法除去熔体内粗大质点或者熔体底部的沉渣；

所述过滤法可以选择陶瓷过滤板或者玻璃纤维或者滤布作为过滤介质；

所述过滤可以进行单级过滤或者双级过滤或者多级过滤；

所述粗大质点可以是颗粒度不小于10微米的质点。

(6)铸造：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；

所述整体荧光检测是将铸件浸泡荧光液后经照射观察表面及一定深度有无微细裂纹、针孔、微孔等缺陷；

所述X光检测是铸件经X光透射以检测其内部冶金质量，观察有无针孔、气孔、缩孔、疏松、缩松、偏析、粗大相颗粒、夹杂、夹渣、冷隔、冷豆或裂纹。

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。

第二部分：具体实施例

实施例1

1、一种替代QT500的铝合金织机喷气件材料组分重量百分比为：锰Mn:0.85%，镉Cd:0.3%，铜Cu:6.2%，钴Co：0.45%，Si：1.5%，Ni：0.1%，Bi：0.1%，La：0.03%，BiH₃：0.04%，余量为铝Al；

2、制备方法：熔体→浇注→充型凝固→开模取件→固溶→时效

（1）熔体浇注温度≥720℃；

（2）模具预热温度≥400℃；

（3）充型时间≤10s；

（4）热处理状态：T6-固溶加完全人工时效；

3、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度70-80μm，晶粒内(T+θH)组合相数量3-4个/[μm]²；

4、铸件机械性能：:抗拉强度560Mpa，屈服强度360 Mpa，断后延伸率8.3%，布氏硬度160。

实施例2

1、一种替代QT500的铝合金织机喷气件材料组分重量百分比为：锰Mn:0.8%，镉Cd:0.25%，铜Cu:6.5%，钴Co：0.30%，Si：1.2%，Ni：0.1%，Bi：0.1%，La：0.02%，BiH₃：0.03%，余量为铝Al；

2、具体制备方法与实施例1相同；

3、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度70-85μm，晶粒内(T+θH)组合相数量3个/[μm]²；

4、铸件机械性能：:抗拉强度550Mpa，屈服强度355 Mpa，断后延伸率8.1%，布氏硬度157。

实施例3

1、一种替代QT500的铝合金织机喷气件材料组分重量百分比为：锰Mn:0.8%，镉Cd:0.25%，铜Cu:5.5%，钴Co：0.10%，Mn(CO)₄(NO)：0.13%，余量为铝Al；

2、具体制备方法与实施例1相同；

3、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度70-85μm，晶粒内(T+θH)组合相数量3个/[μm]²；

4、铸件机械性能：:抗拉强度540Mpa，屈服强度350 Mpa，断后延伸率8.1%，布氏硬度152。

Claims (5)

1.一种替代QT500织机喷气件的铝合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：锰Mn:≤2%，镉Cd:0.05%～0.5%，铜Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%，钴Co：0.1%～0.5%；余量为铝Al；添加剂总量1%×10^-2～2.0%，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≥3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+Al_xCu)，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氢合物，或主族类元素、内过渡类元素中的一种与前述化合物混合。

2.根据权利要求1所述的一种替代QT500织机喷气件的铝合金材料，其特征在于：合金晶粒为等轴晶。

3.根据权利要求1-2之一所述的一种替代QT500织机喷气件的铝合金材料，其特征在于：所述添加剂，按元素添加量占Al基体重量百分比，范围为：Bi＜0.2%，Ni＜0.2%，BiH₃＜0.1%，La＜0.1%，0.4%＜Si＜2%。

4.如权利要求3所述的一种替代QT500织机喷气件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；(6)铸造：采用重力铸造浇注。

5.根据权利要求4所述的一种替代QT500织机喷气件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过滤后浇注铸造；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。