CN106566935B - 一种液态模锻铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种液态模锻铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液态模锻铝合金及其制备方法。液态模锻铝合金所用原材料的组成按质量百分比为：45~50%的废旧汽车铝车轮，25~30%的废旧汽车铝变速箱壳体，10~12%的废旧铝易拉罐，5~8%的废旧铝电线电缆，余量为铝锭。本发明以废铝为主要原材料，通过优化废铝原材料的组成直接再生高性能的液态模锻铝合金，提高了废铝的使用价值，降低了液态模锻铝合金的生产成本，生产的液态模锻铝合金具有强度高、塑性好的优点，可用于汽车、电子电器、机械装备、航空航天和武器装备等的承载受力结构件，具有广阔的应用前景。

Description

一种液态模锻铝合金及其制备方法
技术领域
本发明属于合金制备领域，具体涉及一种液态模锻铝合金及其制备方法。
背景技术
液态模锻技术是一种既具有铸造特点，又类似模锻的金属成形工艺，它是将一定量的金属液直接浇注入模具型腔中，在持续机械静压力作用下凝固成形。液态模锻技术可以消除因凝固收缩形成的缩孔，获得晶粒细小均匀、组织致密的高强度零部件。液态模锻技术广泛应用于汽车、电子电器、机械装备、航空航天和武器装备等领域。
随着液态模锻技术的发展和广泛应用，对高性能液态模锻铝合金的需求也日益增加。对文献资料检索发现，现有液态模锻铝合金主要是A356、ADC10、ADC12等常规牌号的铝硅合金，这几种合金普遍存在强度低、塑性差的问题。另外，现有技术主要以原生铝为原材料，在熔炼铸造过程中加入硅、铜、镁等合金元素来制备液态模锻铝合金。众所周知，原生铝是由氧化铝电解得到，而氧化铝的电解属于高能耗行业，再加上铝矿资源的开采和氧化铝的生产，导致原生铝的生产需要消耗大量的煤炭资源，同时还会排放大量的二氧化碳、粉尘和固体废弃物，造成严重的环境污染，最终导致液态模锻铝合金的生产较高。
我国是铝及铝合金的生产和消费大国，每年会源源不断的产生大量的废铝。利用废铝来再生铝合金，可以显著降低铝合金的生产成本，并减少煤炭资源的消耗以及二氧化碳、粉尘和固体废弃物的排放。但目前我国大部分的废铝主要用于再生低附加值的铸造铝合金，废铝中含有的硅、铜、镁等合金元素并没有得到有效利用，造成资源的巨大浪费。因此，利用废铝直接再生高附加值的高性能液态模锻铝合金，对于提高废铝的使用价值、降低液态模锻铝合金的生产成本都具有十分重要的意义。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题与不足，提供一种液态模锻铝合金及其制备方法，以废铝为主要原材料直接再生高性能的液态模锻铝合金，提高废铝的使用价值，降低液态模锻铝合金的生产成本。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
液态模锻铝合金所用原材料的组成按质量百分比为：45~50%的废旧汽车铝车轮，25~30%的废旧汽车铝变速箱壳体，10~12%的废旧铝易拉罐，5~8%的废旧铝电线电缆，余量为铝锭。
所述液态模锻铝合金的制备方法由以下步骤组成：
步骤一：将上述废旧汽车铝车轮、废旧汽车铝变速箱壳体、废旧铝易拉罐、废旧铝电线电缆和铝锭在700~780℃加热熔化成铝合金液；
步骤二：用原材料总质量百分比为0.2~0.5%的铝钛合金和0.1~0.3%的铝锶合金对铝合金液进行细化变质处理；
步骤三：用原材料总质量百分比为0.3~1.5%的精炼剂对铝合金液进行精炼除气除渣处理；
步骤四：将铝合金液在温度为680~760℃、压强为60~120MPa条件下液态模锻成铝合金；
步骤五：将液态模锻铝合金在465~485℃固溶2~8小时，水淬后在135~155℃时效8~36小时，然后随炉冷却。
上述废旧汽车铝车轮的化学成分及质量百分比为：Si 6.5~7.5%，Mg 0.5~1.2%，Cu≤0.05%，Mn ≤0.45%，Fe ≤1.5%，Zn ≤0.02%，Ti ≤0.15%，余量为Al和不可避免的杂质。
上述废旧汽车铝变速箱壳体的化学成分及质量百分比为：Si 9.5~10.5%，Mg 0.6~0.9%，Cu 0.2~1.0%，Mn ≤1.4%，Fe ≤0.6%，Zn ≤0.01%，Ti ≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质。
上述废旧铝易拉罐的化学成分及质量百分比为：Mn 0.9~2.5%，Mg ≤0.6%，Si ≤0.6%，Cu ≤0.3%，Fe ≤0.8%，Cr ≤0.2%，Zn ≤0.4%，Ti ≤0.1%，余量为Al和不可避免的杂质。
上述废旧铝电线电缆的化学成分及质量百分比为：Zr 0.5~1.5%，Si ≤1.5%，Mg≤1.5%，Cu ≤2.5%，Mn ≤1.0%，Ti ≤0.35%，Zn ≤0.5%，Fe ≤0.6%，余量为Al和不可避免的杂质。
上述铝锭的化学成分及质量百分比为：Si ≤0.02%，Mg ≤0.02%，Cu ≤0.1%，Mn≤0.01%，Zn ≤0.05%，Fe ≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质。
上述铝钛合金的化学成分及质量百分比为：Ti 19.5~20.5%，Mg ≤0.15%，Si ≤0.15%，Cu ≤0.1%，Fe ≤0.5%，余量为Al和不可避免的杂质。
上述铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 19.5~20.5%，Mg ≤0.15%，Si ≤0.15%，Cu ≤0.1%，Fe ≤0.5%，余量为Al和不可避免的杂质。
上述精炼剂的成分组成及质量百分比为：NaCl 10~11%，Na2CO3 24~25%，KCl 8~9%，MgC12 22~23%，Na3AlF6 5~6%，NaF 23~24%，余量为K2CO3。
本发明以废旧汽车铝车轮、废旧汽车铝变速箱壳体、废旧铝易拉罐和废旧铝电线电缆为主要原材料，通过优化原材料的组成，经细化变质处理后，直接再生高性能的液态模锻铝合金。与现有技术相比，本发明提高了废铝的使用价值，降低了液态模锻铝合金的生产成本，生产的液态模锻铝合金具有强度高、塑性好的特点，可用于液态模锻汽车、电子电器、机械装备、航空航天和武器装备等的承载受力结构件，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
液态模锻铝合金的原材料组成按质量百分比为：45%的废旧汽车铝车轮（化学成分及质量百分比为：Si 6.8%，Mg 0.6%，Cu 0.01%，Mn 0.4%，Fe 1.1%，Zn 0.01%，Ti 0.1%，余量为Al和不可避免的杂质），25%的废旧汽车铝变速箱壳体（化学成分及质量百分比为：Si9.9%，Mg 0.79%，Cu 0.5%，Mn 1.1%，Fe 0.5%，Zn 0.01%，Ti 0.02%，余量为Al和不可避免的杂质），10%的废旧铝易拉罐（化学成分及质量百分比为：Mn 0.9%，Mg 0.2%，Si 0.3%，Cu0.2%，Fe 0.4%，Cr 0.2%，Zn 0.2%，Ti 0.05%，余量为Al和不可避免的杂质），5%的废旧铝电线电缆（化学成分及质量百分比为：Zr 0.5%，Si 1.1%，Mg 0.5%，Cu 1.5%，Mn 1.0%，Ti0.35%，Zn 0.2%，Fe 0.4%，余量为Al和不可避免的杂质），15%的铝锭（化学成分及质量百分比为：Si 0.01%，Mg 0.01%，Cu 0.05%，Mn 0.01%，Zn 0.01%，Fe 0.1%，余量为Al和不可避免的杂质）。
铝钛合金的化学成分及质量百分比为：Ti 19.9%，Mg 0.12%，Si 0.11%，Cu 0.06%，Fe 0.4%，余量为Al和不可避免的杂质。铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 20.1%，Mg0.11%，Si 0.12%，Cu 0.05%，Fe 0.2%，余量为Al和不可避免的杂质。精炼剂的成分组成及质量百分比为：NaCl 10.7%，Na2CO3 24.3%，KCl 8.5%，MgC12 22.5%，Na3AlF6 5.8%，NaF 23.2%，K2CO3 5.0%。
液态模锻铝合金的制备方法由以下步骤组成：
步骤一：将上述废旧汽车铝车轮、废旧汽车铝变速箱壳体、废旧铝易拉罐、废旧铝电线电缆和铝锭在700℃加热熔化成铝合金液；
步骤二：用原材料总质量百分比为0.2%的铝钛合金和0.1%的铝锶合金对铝合金液进行细化变质处理；
步骤三：用原材料总质量百分比为0.3%的精炼剂对铝合金液进行精炼除气除渣处理；
步骤四：将铝合金液在温度为680℃、压强为60MPa条件下液态模锻成铝合金；
步骤五：将液态模锻铝合金在465℃固溶8小时，水淬后在135℃时效36小时，然后随炉冷却。
实施例2
液态模锻铝合金的原材料的组成按质量百分比为：50%的废旧汽车铝车轮（化学成分及质量百分比为：Si 7.5%，Mg 1.2%，Cu 0.05%，Mn 0.4%，Fe 1.2%，Zn 0.02%，Ti 0.15%，余量为Al和不可避免的杂质），30%的废旧汽车铝变速箱壳体（化学成分及质量百分比为：Si10%，Mg 0.9%，Cu 1.0%，Mn 1.2%，Fe 0.6%，Zn 0.01%，Ti 0.02%，余量为Al和不可避免的杂质），11%的废旧铝易拉罐（化学成分及质量百分比为：Mn 1.5%，Mg 0.4%，Si 0.5%，Cu 0.2%，Fe 0.4%，Cr 0.05%，Zn 0.1%，Ti 0.01%，余量为Al和不可避免的杂质），6%的废旧铝电线电缆（化学成分及质量百分比为：Zr 1.5%，Si 1.5%，Mg 1.4%，Cu 2.1%，Mn 0.9%，Ti 0.01%，Zn0.1%，Fe 0.4%，余量为Al和不可避免的杂质），3%的铝锭（化学成分及质量百分比为：Si0.01%，Mg 0.01%，Cu 0.02%，Mn 0.01%，Zn 0.02%，Fe 0.15%，余量为Al和不可避免的杂质）。
铝钛合金的化学成分及质量百分比为：Ti 19.5%，Mg 0.12%，Si 0.11%，Cu 0.04%，Fe 0.2%，余量为Al和不可避免的杂质。铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 19%，Mg0.1%，Si 0.11%，Cu 0.01%，Fe 0.3%，余量为Al和不可避免的杂质。精炼剂的成分组成及质量百分比为：NaCl 10%，Na2CO3 24%，KCl 8%，MgC12 23%，Na3AlF6 6%，NaF 24%，余量为K2CO3 5.0%。
液态模锻铝合金的制备方法由以下步骤组成：
步骤一：将上述废旧汽车铝车轮、废旧汽车铝变速箱壳体、废旧铝易拉罐、废旧铝电线电缆和铝锭在780℃加热熔化成铝合金液；
步骤二：用原材料总质量百分比为0.5%的铝钛合金和0.3%的铝锶合金对铝合金液进行细化变质处理；
步骤三：用原材料总质量百分比为1.5%的精炼剂对铝合金液进行精炼除气除渣处理；
步骤四：将铝合金液在温度为760℃、压强为120MPa条件下液态模锻成铝合金；
步骤五：将液态模锻铝合金在485℃固溶2小时，水淬后在155℃时效8小时，然后随炉冷却。
实施例3
液态模锻铝合金的原材料的组成按质量百分比为：47%的废旧汽车铝车轮（化学成分及质量百分比为：Si 7.1%，Mg 1.7%，Cu 0.04%，Mn 0.35%，Fe 0.8%，Zn 0.02%，Ti 0.15%，余量为Al和不可避免的杂质），26%的废旧汽车铝变速箱壳体（化学成分及质量百分比为：Si9.8%，Mg 0.7%，Cu 0.8%，Mn 1.1%，Fe 0.6%，Zn 0.01%，Ti 0.1%，余量为Al和不可避免的杂质），12%的废旧铝易拉罐（化学成分及质量百分比为：Mn 1.4%，Mg 0.3%，Si 0.2%，Cu 0.2%，Fe 0.4%，Cr 0.1%，Zn 0.1%，Ti 0.01%，余量为Al和不可避免的杂质），8%的废旧铝电线电缆（化学成分及质量百分比为：Zr 1.5%，Si 0.5%，Mg 0.5%，Cu 1.5%，Mn 0.8%，Ti 0.15%，Zn0.2%，Fe 0.1%，余量为Al和不可避免的杂质），7%的铝锭（化学成分及质量百分比为：Si0.01%，Mg 0.01%，Cu 0.01%，Mn 0.01%，Zn 0.02%，Fe 0.12%，余量为Al和不可避免的杂质）。
铝钛合金的化学成分及质量百分比为：Ti 20.5%，Mg 0.14%，Si 0.13%，Cu 0.1%，Fe 0.2%，余量为Al和不可避免的杂质。铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 20.5%，Mg0.13%，Si 0.14%，Cu 0.09%，Fe .4%，余量为Al和不可避免的杂质。精炼剂的成分组成及质量百分比为：NaCl 11%，Na2CO3 25%，KCl 9%，MgC12 22%，Na3AlF6 5%，NaF 24%，余量为K2CO3 4.0%。
液态模锻铝合金的制备方法由以下步骤组成：
步骤一：将上述废旧汽车铝车轮、废旧汽车铝变速箱壳体、废旧铝易拉罐、废旧铝电线电缆和铝锭在740℃加热熔化成铝合金液；
步骤二：用原材料总质量百分比为0.4%的铝钛合金和0.2%的铝锶合金对铝合金液进行细化变质处理；
步骤三：用原材料总质量百分比为0.8%的精炼剂对铝合金液进行精炼除气除渣处理；
步骤四：将铝合金液在温度为720℃、压强为90MPa条件下液态模锻成铝合金；
步骤五：将液态模锻铝合金在475℃固溶5小时，水淬后在145℃时效24小时，然后随炉冷却。
按GB228-2010《金属材料拉伸试验》标准，将实施例1-3液态模锻铝合金加工成标准拉伸试样，在DNS200型万能电子拉伸试验机上进行室温拉伸，结果如表1所示。
表1 实施例1-3液态模锻铝合金的拉伸力学性能
实施例 抗拉强度/MPa 伸长率/%
1 319 6.5
2 337 6.9
3 361 7.3
从表1可看到，本发明的液态模锻铝合金抗拉强度大于310MPa，伸长率大于6%，具有较高的强度和塑性，适合于液态模锻汽车、电子电器、机械装备、航空航天和武器装备等的承载受力结构件。本发明液态模锻铝合金的原材料为废旧汽车铝车轮、废旧汽车铝变速箱壳体、废旧铝易拉罐和废旧铝电线电缆，因此具有较低的生产成本，比现有技术低25%以上。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (4)

1.一种液态模锻铝合金的制备方法，其特征在于该方法所用原材料的组成按质量百分比为：45~50%的废旧汽车铝车轮，25~30%的废旧汽车铝变速箱壳体，10~12%的废旧铝易拉罐，5~8%的废旧铝电线电缆，余量为铝锭；
所述废旧汽车铝车轮的化学成分及质量百分比为：Si 6.5~7.5%，Mg 0.5~1.2%，Cu ≤0.05%，Mn ≤0.45%，Fe ≤1.5%，Zn ≤0.02%，Ti ≤0.15%，余量为Al和不可避免的杂质；
所述废旧汽车铝变速箱壳体的化学成分及质量百分比为：Si 9.5~10.5%，Mg 0.6~0.9%，Cu 0.2~1.0%，Mn ≤1.4%，Fe ≤0.6%，Zn ≤0.01%，Ti ≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质；
所述废旧铝易拉罐的化学成分及质量百分比为：Mn 0.9~2.5%，Mg ≤0.6%，Si ≤0.6%，Cu ≤0.3%，Fe ≤0.8%，Cr ≤0.2%，Zn ≤0.4%，Ti ≤0.1%，余量为Al和不可避免的杂质；
所述废旧铝电线电缆的化学成分及质量百分比为：Zr 0.5~1.5%，Si ≤1.5%，Mg ≤1.5%，Cu ≤2.5%，Mn ≤1.0%，Ti ≤0.35%，Zn ≤0.5%，Fe ≤0.6%，余量为Al和不可避免的杂质；
所述铝锭的化学成分及质量百分比为：Si ≤0.02%，Mg ≤0.02%，Cu ≤0.1%，Mn ≤0.01%，Zn ≤0.05%，Fe ≤0.2%，余量为Al和不可避免的杂质；
步骤一：将上述废旧汽车铝车轮、废旧汽车铝变速箱壳体、废旧铝易拉罐、废旧铝电线电缆和铝锭在700~780℃加热熔化成铝合金液；
步骤二：用原材料总质量百分比为0.2~0.5%的铝钛合金和0.1~0.3%的铝锶合金对铝合金液进行细化变质处理；
步骤三：用原材料总质量百分比为0.3~1.5%的精炼剂对铝合金液进行精炼除气除渣处理；
步骤四：将铝合金液在温度为680~760℃、压强为60~120MPa条件下液态模锻成铝合金；
步骤五：将液态模锻铝合金在465~485℃固溶2~8小时，水淬后在135~155℃时效8~36小时，然后随炉冷却。
2.根据权利要求1所述的液态模锻铝合金的制备方法，其特征在于所述铝钛合金的化学成分及质量百分比为：Ti 19.5~20.5%，Mg ≤0.15%，Si ≤0.15%，Cu ≤0.1%，Fe ≤0.5%，余量为Al和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的液态模锻铝合金的制备方法，其特征在于所述铝锶合金的化学成分及质量百分比为：Sr 19.5~20.5%，Mg ≤0.15%，Si ≤0.15%，Cu ≤0.1%，Fe ≤0.5%，余量为Al和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的液态模锻铝合金的制备方法，其特征在于所述精炼剂的成分组成及质量百分比为：NaCl 10~11%，Na2CO3 24~25%，KCl 8~9%，MgC12 22~23%，Na3AlF6 5~6%，NaF 23~24%，余量为K2CO3。
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