CN108203780B - 一种液态模锻高强耐磨铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种液态模锻高强耐磨铝合金及其制备方法，其成分及质量百分比为：Si 9.5～11.5%，Cu 2.6～3.4%，Fe 0.5～0.8%，Mn 0.2～0.4%，Ni 0.1～0.2%，Ti 0.01～0.02%，C 0.002～0.004%，Re 0.04～0.06%，余量为Al和不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：配料、熔炼铝合金液、精炼除气除渣、液态模锻成形和固溶时效处理。本发明在优化Si、Cu主合金元素的基础上，通过微合金化处理细化变质富Fe相、共晶Si相和初生Si相，提高液态模锻铝合金的强度、塑性和耐磨性能。本发明液态模锻铝合金适合于制备各种对强度、塑性和耐磨性要求较高的铝合金零部件。
Description
技术领域
本发明属于铝合金液态模锻领域，具体是涉及一种液态模锻高强耐磨铝合金及其制备方法。
背景技术
Al-Si-Cu系铸造铝合金属于过共晶铝硅合金，常见牌号有美国的A380、B390，日本的ADC10、ADC12等。Al-Si-Cu系铸造铝合金由于Si含量较高，因而具有优良的铸造性能、耐磨性能和切削加工性能，同时还有较好的气密性、抗热裂性和低的热膨胀系数，因此，Al-Si-Cu系铸造铝合金广泛应用于汽车、摩托车、农机具、电动工具、缝纫机、电梯等领域对耐磨性要求较高且结构形状复杂的铝合金零部件，如缸体、缸套、活塞、刹车块、带轮、齿轮泵轴承等零部件。随着交通工具、机械装备、电子电器等向轻量化、智能化的发展，铝合金铸件不断向薄壁化、整体化、集成化等方向发展，这要求铝合金铸件具有更高的强度、塑形和耐磨性能。
液态模锻是将金属液在挤压力的直接作用下进行凝固成型的技术。液态模锻技术具有强力补缩功能，可以消除缩孔、气孔、热裂等缺陷，液态模锻件具有组织致密、力学性能高、尺寸精度高、可热处理强化等优点。液态模锻所具有的独特技术优势，非常适合于生产高强度的铝合金零部件。但现有液态模锻用Al-Si-Cu系铸造铝合金，虽然具有很好的铸造性能、耐磨性能和切削加工性能，但普遍存在强度偏低、塑性较差的问题，严重制约了液态模锻技术在高强度铝合金零部件上的应用。因此，现有液态模锻用铝合金及液态模锻方法仍有待改进和发展。
现有Al-Si-Cu系铸造铝合金强度偏低、塑性较差的原因，首先是铝合金的含Fe量较高，Fe在铝合金中通常是以粗大的针状Al-Fe-Si系富Fe相形式存在铝合金基体中，这种粗大的针状富Fe相本身属于硬脆相，会严重割裂铝基体，成为铝合金受力断裂的裂纹源和裂纹扩展方向。其次是Al-Si-Cu系铸造铝合金属于过共晶铝硅合金，由于Si含量较高，Si在铝合金中是以针状共晶Si和粗大块状初生Si形式共同存在，针状共晶Si和粗大块状初生Si也是硬脆相，同样会严重割裂铝基体，降低铝合金的强度和塑性。因此，现有液态模锻用铝合金及其制备方法仍有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种液态模锻高强耐磨铝合金及其制备方法，通过微合金化处理细化变质富Fe相、共晶Si和初生Si相，提高液态模锻铝合金的强度、塑性和耐磨性能。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的液态模锻高强耐磨铝合金，其特点是该铝合金由液态模锻技术制得，且由以下质量百分比的成分组成：Si 9.5～11.5%，Cu 2.6～3.4%，Fe 0.5～0.8%，Mn0.2～0.4%，Ni 0.1～0.2%，Ti 0.01～0.02%，C 0.002～0.004%，Re 0.04～0.06%，余量为Al和不可避免的杂质，其中，Mn与Ni的质量比为2:1，Ti与C的质量比为5:1，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%。
本发明所述液态模锻高强耐磨铝合金的制备方法，其特点是包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al20Mn合金、Al10Ni合金、Al5Ti1C合金、Al5Re合金及纯度为99.7%的铝锭和99.9%的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在700～740℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量9.5～11.5%的速溶硅、5.2～6.7%的Al50Cu合金、1.5～3%的Al20Fe合金、1～2%的Al20Mn合金、1～2%的Al10Ni合金、0.2～0.4%的Al5Ti1C合金和0.8～1.2%的Al5Re合金，搅拌熔化成铝合金液，并进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为680～700℃、模具型腔温度为240～260℃、挤压比压为80～120MPa、充型速度为0.1～0.3米/秒、保压时间为5～25秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在510～515℃固溶处理6～8小时，水淬后，在150～160℃时效处理12～14小时，随炉冷却后得到液态模锻高强耐磨铝合金。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明在优化Si、Cu主合金元素的基础上，通过复合微合金化处理细化变质富Fe相、共晶Si和初生Si相，提高液态模锻铝合金的强度、塑性和耐磨性能。
（2）本发明液态模锻铝合金的室温抗拉强度大于350MPa，伸长率大于6%，磨损率小于0.3×10-6g/m，具有强度高、塑性好和耐磨性能优良的特点。
具体实施方式
下面对本发明所述液态模锻高强耐磨铝合金的成分组成意义和含量范围限定理由进行说明。
本发明所述的液态模锻高强耐磨铝合金，该铝合金由液态模锻技术制得，且由以下质量百分比的成分组成：Si 9.5～11.5%，Cu 2.6～3.4%，Fe 0.5～0.8%，Mn 0.2～0.4%，Ni 0.1～0.2%，Ti 0.01～0.02%，C 0.002～0.004%，Re 0.04～0.06%，余量为Al和不可避免的杂质，其中，Mn与Ni的质量比为2:1，Ti与C的质量比为5:1，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%。
Si在液态模锻铝合金中可与Al形成Al+Si共晶液相，提高液态模锻铝合金的充型流动性，并提高液态模锻铝合金的耐磨性和切削加工性能。Si含量越高，液态模锻铝合金的充型流动性、耐磨性和切削加工性能都越好，但液态模锻铝合金的塑性会逐渐下降。Si含量低于9.5%，液态模锻铝合金的充型流动性和耐磨性不足，难以满足结构形状复杂零部件的液态模锻工艺和耐磨性能要求。Si含量超过11.5%时，液态模锻铝合金的塑性会出现显著下降。因此，为了保证液态模锻铝合金具有足够的充型流动性、塑性和耐磨性能，Si含量选择在9.5～11.5%。
Cu在液态模锻铝合金中具有固溶强化作用，同时在热处理过程中还能形成CuAl2强化相进一步增强铝合金的强度。Cu含量越高，液态模锻铝合金的强度也越高，但会增加液态模锻铝合金的热裂倾向。Cu含量低于2.6%，液态模锻铝合金的强度达不到350MPa。而Cu含量超过3.4%时，会明显增大液态模锻铝合金的热裂倾向。因此，为了确保液态模锻铝合金获得足够的强度和抗热裂性，Cu含量选择在2.6～3.4%。
Fe在液态模锻铝合金中的作用主要是防止液态模锻件粘模，有利于液态模锻件脱模。Fe含量越高，越有利于液态模锻铝合金件的脱模。Fe是铝锭中不可避免的杂质元素，纯度为99.7%的铝锭通常含有0.2%的Fe。但Fe在铝合金中通常以粗大的针状Al-Fe-Si系富Fe相形式存在，这种粗大针状富Fe相本身属于脆硬相，会严重割裂铝基体，成为铝合金受力断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，这是导致现有Al-Si-Cu系铸造铝合金强度低、塑性差的重要原因。另外，铝合金中的Fe容易与Al形成自耦合电化学腐蚀，降低铝合金的耐腐蚀性能。但是当富Fe相细化变质为细小均匀的颗粒状时，则可消除富Fe相对强度和塑性的影响，同时还可以提高液态模锻铝合金的耐磨性。综合考虑液态模锻铝合金的脱模性和力学性能等因素，因此，Fe含量选择在0.5～0.8%。
Mn、Ni在液态模锻铝合金中主要作用是细化变质富Fe相。发明人通过大量实验探索研究后发现，复合添加0.2～0.4%的Mn元素和0.1～0.2%的Ni元素，且Mn与Ni的质量比为2:1时，在液态模锻铝合金的凝固过程中，通过Mn与Ni的交互作用能够有效抑制和改变富Fe相的生长取向，使富Fe相从粗大的针状细化变质为细小均匀的颗粒状，从而消除粗大针状富Fe相对液态模锻铝合金强度和塑性的影响，提高液态模锻铝合金的强度和塑性。另外，由于富Fe相为硬质点金属间化合物，当富Fe相呈细小颗粒状均匀分布在铝基体上时，还可进一步提高液态模锻铝合金的耐磨性能。
Ti、C是以Al5Ti1C合金形式加到液态模锻铝合金中，主要作用是细化α-Al晶粒，改善铝合金的组织成分均匀性，提高液态模锻铝合金的充型流动性、强度和塑性。目前常规的α-Al晶粒细化技术是添加AlTi合金或者AlTiB合金，但这些合金细化剂对Al-Si系铸造铝合金都存在晶粒细化效果不理想、不稳定等问题。发明人通过大量实验研究后发现，采用钛粉和碳粉的混合物与铝液高温反应得到的Al5Ti1C合金，内部含有大量的TiC粒子，TiC粒子可以充当α-Al晶粒的异质形核核心，添加0.2～0.4%的Al5Ti1C合金，可使本发明液态模锻铝合金的α-Al晶粒从粗大的树枝晶转变为细小均匀的等轴晶和球形晶，其晶粒细化效果和稳定性明显好于现有的AlTi合金或AlTiB合金，显著提高本发明液态模锻铝合金的充型流动性、强度和塑性。
Re元素在液态模锻铝合金中的作用主要是细化变质共晶Si和初生Si相。本发明液态模锻铝合金属于过共晶铝硅合金，由于Si含量较高，Si在铝合金中是以针状共晶Si和粗大块状初生Si形式共同存在，针状共晶Si和粗大块状初生Si也是硬脆相，同样会严重割裂铝基体，降低铝合金的强度和塑性。现有技术通常采用Na、Sr来细化变质共晶Si相，采用P元素来细化变质初生Si相。但Na、Sr细化变质容易引发“钠脆”和铝合金液吸气等问题，而P元素容易氧化燃烧而损失，导致对初生Si相的细化变质效果不稳定。发明人通过大量实验探索研究后发现，Re元素对本发明液态模锻铝合金的共晶Si相和初生Si相都具有很好的细化变质效果，且不存在“钠脆”、铝合金液吸气和氧化燃烧等问题。添加0.04～0.06%的Re元素，可使本发明液态模锻铝合金的针状共晶Si和粗大块状初生Si相细化变质为细小均匀的颗粒状Si相，消除针状共晶Si和粗大块状初生Si对液态模锻铝合金强度和塑性的影响，提高液态模锻铝合金的强度和塑性，并可以进一步提高液态模锻铝合金的耐磨性能。
下面对本发明所述液态模锻高强耐磨铝合金的制备方法进行说明。
本发明所述液态模锻高强耐磨铝合金的制备方法，其特点是包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al20Mn合金、Al10Ni合金、Al5Ti1C合金、Al5Re合金及纯度为99.7%的铝锭和99.9%的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在700～740℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量9.5～11.5%的速溶硅、5.2～6.7%的Al50Cu合金、1.5～3%的Al20Fe合金、1～2%的Al20Mn合金、1～2%的Al10Ni合金、0.2～0.4%的Al5Ti1C合金和0.8～1.2%的Al5Re合金，搅拌熔化成铝合金液，并进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为680～700℃、模具型腔温度为240～260℃、挤压比压为80～120MPa、充型速度为0.1～0.3米/秒、保压时间为5～25秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在510～515℃固溶处理6～8小时，水淬后，在150～160℃时效处理12～14小时，随炉冷却后得到液态模锻高强耐磨铝合金。
Zn、Li、Zr、Sn、Pb等元素是铝锭、速溶硅中不可避免的杂质元素，这些杂质元素在液态模锻铝合金中会形成硬而脆或低熔点的金属间化合物，容易成为液态模锻铝合金受力断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，恶化液态模锻铝合金的强度和塑性，因此，这些杂质元素必须进行严格控制。本发明通过选用纯度为99.7%的铝锭、99.9%的速溶硅作为主要原材料，可控制Zn、Li、Zr、Sn、Pb等杂质元素的单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%，确保液态模锻铝合金获得高强度和高塑性。
液态模锻技术虽有强力补缩功能，但要获得充型完整、组织致密、尺寸精确、可热处理强化的高强耐磨铝合金液态模锻件，还必须有可靠、稳定的液态模锻工艺和热处理工艺来保障。发明人对本发明液态模锻铝合金的液态模锻工艺系统研究后发现，在浇注温度为680～700℃、模具型腔温度为240～260℃、挤压比压为80～120MPa、充型速度为0.1～0.3米/秒、保压时间为5～25秒条件下，对铝合金液进行液态模锻成形，可以避免铝合金液充型过程产生喷溅而卷入气体和夹杂物，获得充型完整、组织致密、尺寸精确、可热处理强化的液态模锻铝合金。如果工艺参数不在上述匹配范围内，均无法取得理想的结果。最后将液态模锻铝合金在510～515℃固溶处理6～8小时，水淬后，在150～160℃时效处理12～14小时，随炉冷却后得到液态模锻高强耐磨铝合金。否者，液态模锻铝合金则会出现过烧、过时效或亚时效等问题，均达不到期望的强度、塑性和耐磨性能。
下面结合具体的实施例和对比例对本发明的技术方案作进一步的说明，以便更好的理解本发明的技术方案。
实施例1：
液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 9.5%，Cu 2.6%，Fe 0.5%，Mn0.2%，Ni 0.1%，Ti 0.01%，C 0.002%，Re 0.04%，其余为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%。制备方法包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al20Mn合金、Al10Ni合金、Al5Ti1C合金、Al5Re合金及纯度为99.7%的铝锭和99.9%的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在740℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量9.5%的速溶硅、5.2%的Al50Cu合金、1.5%的Al20Fe合金、1%的Al20Mn合金、1%的Al10Ni合金、0.2%的Al5Ti1C合金和0.8%的Al5Re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为700℃、模具型腔温度为240℃、挤压比压为120MPa、充型速度为0.1米/秒、保压时间为25秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在510℃固溶处理8小时，水淬后，在160℃时效处理12小时，随炉冷却后得到液态模锻高强耐磨铝合金。
实施例2：
液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 10%，Cu 3.2%，Fe 0.6%，Mn0.2%，Ni 0.1%，Ti 0.02%，C 0.004%，Re 0.04%，其余为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%。制备方法包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al20Mn合金、Al10Ni合金、Al5Ti1C合金、Al5Re合金及纯度为99.7%的铝锭和99.9%的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在730℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量10%的速溶硅、6.4%的Al50Cu合金、2%的Al20Fe合金、1%的Al20Mn合金、1%的Al10Ni合金、0.4%的Al5Ti1C合金和0.8%的Al5Re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为695℃、模具型腔温度为245℃、挤压比压为110MPa、充型速度为0.15米/秒、保压时间为10秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在511℃固溶处理7小时，水淬后，在155℃时效处理13小时，随炉冷却后得到液态模锻高强耐磨铝合金。
实施例3
液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 10.5%，Cu 3%，Fe 0.6%，Mn0.3%，Ni 0.15%，Ti 0.015%，C 0.003%，Re 0.05%，其余为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%。制备方法包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al20Mn合金、Al10Ni合金、Al5Ti1C合金、Al5Re合金及纯度为99.7%的铝锭和99.9%的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在720℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量10.5%的速溶硅、6%的Al50Cu合金、2%的Al20Fe合金、1.5%的Al20Mn合金、1.5%的Al10Ni合金、0.3%的Al5Ti1C合金和1%的Al5Re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为690℃、模具型腔温度为250℃、挤压比压为100MPa、充型速度为0.2米/秒、保压时间为15秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在512℃固溶处理7小时，水淬后，在155℃时效处理13小时，随炉冷却后得到液态模锻高强耐磨铝合金。
实施例4
液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 11%，Cu 2.8%，Fe 0.7%，Mn0.3%，Ni 0.15%，Ti 0.01%，C 0.002%，Re 0.05%，其余为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%。制备方法包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al20Mn合金、Al10Ni合金、Al5Ti1C合金、Al5Re合金及纯度为99.7%的铝锭和99.9%的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在700～740℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量11%的速溶硅、5.6%的Al50Cu合金、2.5%的Al20Fe合金、1.5%的Al20Mn合金、1.5%的Al10Ni合金、0.2%的Al5Ti1C合金和1%的Al5Re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为685℃、模具型腔温度为255℃、挤压比压为90MPa、充型速度为0.25米/秒、保压时间为20秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在514℃固溶处理6小时，水淬后，在160℃时效处理12小时，随炉冷却后得到液态模锻高强耐磨铝合金。
实施例5：
液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 11.5%，Cu 3.4%，Fe 0.8%，Mn0.4%，Ni 0.2%，Ti 0.02%，C 0.004%，Re 0.06%，其余为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%。制备方法包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al20Mn合金、Al10Ni合金、Al5Ti1C合金、Al5Re合金及纯度为99.7%的铝锭和99.9%的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在700℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量11.5%的速溶硅、6.7%的Al50Cu合金、3%的Al20Fe合金、2%的Al20Mn合金、2%的Al10Ni合金、0.4%的Al5Ti1C合金和1.2%的Al5Re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为680℃、模具型腔温度为260℃、挤压比压为80MPa、充型速度为0.3米/秒、保压时间为5秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在515℃固溶处理6小时，水淬后，在150℃时效处理14小时，随炉冷却后得到液态模锻高强耐磨铝合金。
对比例1
液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 10.5%，Cu 3%，Fe 0.6%，Ti0.015%，C 0.003%，其余为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%。制备方法包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al5Ti1C合金及纯度为99.7%的铝锭和99.9%的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在720℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量10.5%的速溶硅、6%的Al50Cu合金、2%的Al20Fe合金和0.3%的Al5Ti1C合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为690℃、模具型腔温度为250℃、挤压比压为100MPa、充型速度为0.2米/秒、保压时间为15秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在512℃固溶处理7小时，水淬后，在155℃时效处理13小时，随炉冷却后得到液态模锻铝合金。
对比例2
液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 10.5%，Cu 3%，Fe 0.6%，Ti0.015%，C 0.003%，Re 0.05%，其余为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%。制备方法包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al5Ti1C合金、Al5Re合金及纯度为99.7%的铝锭和99.9%的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在720℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量10.5%的速溶硅、6%的Al50Cu合金、2%的Al20Fe合金、0.3%的Al5Ti1C合金和1%的Al5Re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为690℃、模具型腔温度为250℃、挤压比压为100MPa、充型速度为0.2米/秒、保压时间为15秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在512℃固溶处理7小时，水淬后，在155℃时效处理13小时，随炉冷却后得到液态模锻铝合金。
对比例3
液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 10.5%，Cu 3%，Fe 0.6%，Mn0.3%，Ni 0.15%，Ti 0.015%，C 0.003%，其余为Al和不可避免的杂质，不可避免的杂质单个含量≤0.05%，杂质总量≤0.15%。制备方法包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al20Mn合金、Al10Ni合金、Al5Ti1C合金及纯度为99.7%的铝锭和99.9%的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在720℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量10.5%的速溶硅、6%的Al50Cu合金、2%的Al20Fe合金、1.5%的Al20Mn合金、1.5%的Al10Ni合金和0.3%的Al5Ti1C合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为690℃、模具型腔温度为250℃、挤压比压为100MPa、充型速度为0.2米/秒、保压时间为15秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在512℃固溶处理7小时，水淬后，在155℃时效处理13小时，随炉冷却后得到液态模锻铝合金。
按中华人民共和国国家标准GB/T 228-1987《金属拉伸试验方法》，将实施例和对比例的液态模锻铝合金加工成标准拉伸试样，在DNS200型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2毫米/分钟，结果如表1所示。在FHGH-12型摩擦磨损试验机上检测液态模锻铝合金的磨损率，载荷为8.9N，结果如表1所示。
表1 实施例和对比例液态模锻铝合金的拉伸力学性能和磨损率
| 抗拉强度/MPa | 伸长率/% | 磨损率/×10<sup>-6</sup>g/m | |
| 实施例1 | 352.1 | 8.3 | 0.39 |
| 实施例2 | 265.6 | 7.6 | 0.36 |
| 实施例3 | 379.5 | 7.2 | 0.35 |
| 实施例4 | 387.9 | 6.8 | 0.31 |
| 实施例5 | 401.6 | 6.1 | 0.28 |
| 对比例1 | 245.1 | 2.3 | 0.63 |
| 对比例2 | 287.5 | 3.5 | 0.52 |
| 对比例3 | 264.9 | 4.1 | 0.56 |
从表1看到，本发明实施例的液态模锻铝合金的室温抗拉强度大于350MPa，伸长率大于6%，磨损率小于0.4×10-6g/m。对比例1的液态模锻铝合金，由于没有添加Mn、Ni和Re元素对富Fe相和Si相进行细化变质处理，液态模锻铝合金的室温抗拉强度为245.1MPa，伸长率为2.3%，磨损率为0.63×10-6g/m。对比例2的液态模锻铝合金，由于没有添加Mn、Ni元素对富Fe相进行细化变质处理，液态模锻铝合金的室温抗拉强度为287.5MPa，伸长率为3.5%，磨损率为0.52×10-6g/m。对比例3的液态模锻铝合金，由于没有添加Re元素对Si相进行细化变质处理，液态模锻铝合金的室温抗拉强度为264.9MPa，伸长率为4.1%，磨损率为0.56×10- 6g/m。通过比较可以看到，本发明液态模锻铝合金通过添加Mn、Ni和Re元素对富Fe相和Si相进行细化变质处理，可显著提高液态模锻铝合金的强度、塑性和耐磨性能。
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 (1)
1.一种液态模锻高强耐磨铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分及质量百分比，选用Al50Cu合金、Al20Fe合金、Al20Mn合金、Al10Ni合金、Al5Ti1C合金、Al5Re合金及纯度为99.7％的铝锭和99.9％的速溶硅为原材料进行配料；
第二步：在700～740℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量9.5～11.5％的速溶硅、5.2～6.7％的Al50Cu合金、1.5～3％的Al20Fe合金、1～2％的Al20Mn合金、1～2％的Al10Ni合金、0.2～0.4％的Al5Ti1C合金和0.8～1.2％的Al5Re合金，搅拌熔化成铝合金液，并进行精炼除气除渣；
第三步：在浇注温度为680～700℃、模具型腔温度为240～260℃、挤压比压为80～120MPa、充型速度为0.1～0.3米/秒、保压时间为5～25秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；
第四步：将液态模锻铝合金在510～515℃固溶处理6～8小时，水淬后，在150～160℃时效处理12～14小时，随炉冷却后得到液态模锻高强耐磨铝合金，该铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 9.5～11.5％，Cu 2.6～3.4％，Fe 0.5～0.8％，Mn 0.2～0.4％，Ni 0.1～0.2％，Ti 0.01～0.02％，C 0.002～0.004％，Re 0.04～0.06％，余量为Al和不可避免的杂质，其中，Mn与Ni的质量比为2:1，Ti与C的质量比为5:1，不可避免的杂质单个含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 511300 East Side of Xinhe North Road (Factory A1) Automobile Industry Base, Zengcheng District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant after: GUANGZHOU HEDE LIGHTWEIGHT FORMING TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Address before: 511300 new and North Road No. 38, Zengcheng District Economic Development Zone, Guangzhou, Guangdong Applicant before: GUANGZHOU HEDE AUTO PARTS TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A kind of liquid die forging high-strength wear-resistant aluminum alloy and preparation method thereof Effective date of registration: 20220816 Granted publication date: 20191122 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Guangzhou Zengcheng branch Pledgor: GUANGZHOU HEDE LIGHTWEIGHT FORMING TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Registration number: Y2022980012626 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231025 Granted publication date: 20191122 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Guangzhou Zengcheng branch Pledgor: GUANGZHOU HEDE LIGHTWEIGHT FORMING TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Registration number: Y2022980012626 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |