CN108265205A - 一种轻质环保铝合金及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质环保铝合金及其制备工艺，涉及铝合金铸造技术领域。合金按重量比包括4.0‑6.0％重量的硅，0.2‑0.3％重量的铁，2.5‑4.0％重量的铜，0.2‑0.4％重量的锰，0.3‑0.5％重量的镁，0.05‑1.0％重量的钛，最高为0.5％重量的镍、锡和铅，最高为0.2％重量的锌，最高为0.05％重量的镉、汞和铬，余量的铝，每种最高为0.05％、共计最高重量为0.5％的其它元素，以及不可避免的杂质。本发明通过对配方以及铝合金制备工艺的合理设计，解决了现有的铝合金生产合格率低、合金产品性能差、工艺复杂、制造成本高问题。

Description

一种轻质环保铝合金及其制备工艺
技术领域
本发明属于铝合金铸造技术领域，特别是涉及一种轻质环保铝合金及其制备工艺。
背景技术
铸造铝合金，顾名思义，就是以铝为基础，在溶融状态下填充铸型获得一定形状和尺寸铸件毛坯的铝合金，铸造铝合金用于制造形状复杂的零件，例如仪表、内燃机活塞、飞机等壳体零件。主要利用质轻、强度高的特点。铸造铝合金应用遍及机械、汽车、建筑等领域，是国家重点推广应用的新型产品。
铝合金铸件生产，一般是以外购的成品铝合金材料进行铸造。这种材料的使用方式，因材质成分要求比较高，受到市场条件的限制，其中某一单一元素的配比若不符合要求，就无法采购到合格的货品，即有可能耽误生产。
在铝合金铸件行业，传统工艺是用成品铸铝合金锭，再配入不大于30％的铝合金回炉料组成熔制铸件铝液，为了保证铸件质量，配入的铝合金回炉料必须经过喷砂、酸洗以去除表面脏污。这种工艺，不但不环保、而且处理成本高，生产中产生的近60％铝合金回炉料不能全部用于生产而增加生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻质环保铝合金及其制备工艺，通过对配方以及铝合金制备工艺的合理设计，解决了现有的铝合金生产合格率低、合金产品性能差、工艺复杂、制造成本高问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种轻质环保铝合金，所述合金按重量比包括：
4.0-6.0％重量的硅，
0.2-0.3％重量的铁，
2.5-4.0％重量的铜，
0.2-0.4％重量的锰，
0.3-0.5％重量的镁，
0.05-1.0％重量的钛，
最高为0.05％重量的铬，
最高为0.5％重量的镍，
最高为0.2％重量的锌，
最高为0.05％重量的镉，
最高为0.05％重量的汞，
最高为0.5％重量的铅，
最高为0.5％重量的锡，
余量的铝，
每种最高为0.05％、共计最高重量为0.5％的其它元素，以及不可避免的杂质。
进一步地，所述铬、镉和汞的总和占合金的重量百分比最高为0.1％。
进一步地，所述其它元素包括钙、锂、钠、钴、磷、镧、铈、铍、锑、锶、钒中的一种或多种。
一种轻质环保铝合金制备工艺，包括如下步骤；
步骤1、配料：按照配方精确称量各原材料称取；
步骤2、预热：将熔化炉预热到400-450℃，恒温保持10-20分钟；将各原材料放置在环境温度为200-220℃之间的环境下预热20-30min；
步骤3、装炉熔化：将精确称量的铝投入熔化炉，加热至700-750℃，待铝完全熔化后恒温保持10-20min后，投入剩余的精确称量的各组分原材料和1/3重量的除渣剂，保持在720-750℃之间至原材料全部熔化后，加入精炼剂和剩余的2/3重量的除渣剂；
步骤4、成分调整：将步骤3中投入的精炼剂和除渣剂溶化后的渣物捞出，取样检测各成分含量，若检测各成分含量均符合标准，则直接进入步骤5；若检测某一种或多种成分含量不符合标准，进行计算后，进行加料或去除工艺处理；
步骤5、精炼处理：温度恒定在720-750℃之间，持续搅拌2～4小时，再用氩气精炼10-15min；再次除去混合在铝合金液体中的精炼剂和除渣剂残渣；静置铝合金液体15～30min，同时在铝合金液体表面撒上钛硼细化剂；
步骤6：针孔检验：取样进行针孔检验；若针孔检验合格直接进行步骤7；若针孔检验不合格，则将加入精炼除气剂继续精炼10-30min，如此3-5次，针孔检验仍不合格，则将铝合金液体排出报废处理；
步骤7、浇铸：将精炼后的铝合金液体注入铸模，进行连续铸造，浇铸的速度为每小时2.5-3米，然后铸扎，盘卷；
步骤8、性能测试：取样制成铸棒进行抗拉强度、延伸率及硬度测试；若性能测试合格，将成品进行包装后入库储存；若性能测试不合格，则将成品报废处理；
步骤9、入库储存：将产品存放在通风、干燥、低温、避免阳光直射的环境下。
进一步地，所述步骤3装炉熔化过程中，所述精炼剂的用量为铝液重量的0.25％-0.35％；所述除渣剂的用量为铝液重量的0.1-0.2％。
进一步地，所述步骤4成分调整过程中，当检测到当Li元素的重量含量大于0.05％时，在铝合金液700-740℃时，按照1.5-3.0Kg氯盐精炼剂/1000kg铝液比例将氯盐精炼剂压入铝合金液内，使其与合金中Li反应，生成LiCl3和HCl的挥发性气体，从而可达到去除Li元素的目的。
进一步地，所述的氯盐精炼剂为氯化锌、氯化锰、六氯乙烷、三氯化铝的一种或几种的混合物。
进一步地，所述步骤5精炼处理过程中，所述氩气为纯度99.99％以上的高纯度氩气。
进一步地，所述步骤5精炼处理过程中钛硼细化剂的用量为铝液重量的0.05％-0.1％。
进一步地，所述步骤7浇铸过程中铸造温度为670-750℃；冷却水流量为55-90t/h。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过对配方以及铝合金制备工艺的合理设计，解决了现有的铝合金生产合格率低、合金产品性能差、工艺复杂、制造成本高问题。
2、本发明通过添加钛硼细化剂，有效地克服铸造裂纹，改善铸件的外观，减少铸件的冷隔，同时有效地减少气孔与疏松，显著地提高铸件、铸锭、铸棒的延伸率。
3、本发明通过对熔化炉和原材料进行提前预热，去除熔化炉和原材料中含有的水份，有效的减少了气孔数量；
4、本发明在成分调整过程中先进行成分检验后进行成分调整，提高了生产产品性能及其合格率。
5、本发明铝合金制造工艺具有工艺简单、制造成本低、制造过程中无污染，生产合格率高的优点。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
本发明为一种轻质环保铝合金，合金按重量比包括：
5.5％重量的硅，0.23％重量的铁，2.8％重量的铜，0.31％重量的锰，0.35％重量的镁，0.06％重量的钛，0.04％重量的铬，0.03％重量的镍，0.11％重量的锌，0.005％重量的镉，0.005％重量的汞，0.03％重量的铅，0.05％重量的锡，余量的铝，重量和为0.25％的其它元素，以及不可避免的杂质。
其中，其它元素包括钙、锂、钠、钴、磷、镧、铈、铍、锑、锶、钒。
一种轻质环保铝合金制备工艺，包括如下步骤；
步骤1、配料：按照配方精确称量各原材料称取；
步骤2、预热：将熔化炉预热到400-450℃，恒温保持10-20分钟；将各原材料放置在环境温度为200-220℃之间的环境下预热20-30min；
步骤3、装炉熔化：将精确称量的铝投入熔化炉，加热至700-750℃，待铝完全熔化后恒温保持10-20min后，投入剩余的精确称量的各组分原材料和1/3重量的除渣剂，保持在720-750℃之间至原材料全部熔化后，加入精炼剂和剩余的2/3重量的除渣剂；
步骤4、成分调整：将步骤3中投入的精炼剂和除渣剂溶化后的渣物捞出，取样检测各成分含量，若检测各成分含量均符合标准，则直接进入步骤5；若检测某一种或多种成分含量不符合标准，进行计算后，进行加料或去除工艺处理；
步骤5、精炼处理：温度恒定在720-750℃之间，持续搅拌2～4小时，再用氩气精炼10-15min；再次除去混合在铝合金液体中的精炼剂和除渣剂残渣；静置铝合金液体15～30min，同时在铝合金液体表面撒上钛硼细化剂；
步骤6：针孔检验：取样进行针孔检验；若针孔检验合格直接进行步骤7；若针孔检验不合格，则将加入精炼除气剂继续精炼10-30min，如此3-5次，针孔检验仍不合格，则将铝合金液体排出报废处理；
步骤7、浇铸：将精炼后的铝合金液体注入铸模，进行连续铸造，浇铸的速度为每小时2.5-3米，然后铸扎，盘卷；
步骤8、性能测试：取样制成铸棒进行抗拉强度、延伸率及硬度测试；若性能测试合格，将成品进行包装后入库储存；若性能测试不合格，则将成品报废处理；
步骤9、入库储存：将产品存放在通风、干燥、低温、避免阳光直射的环境下。
其中，步骤3装炉熔化过程中，精炼剂的用量为铝液重量的0.25％-0.35％；除渣剂的用量为铝液重量的0.1-0.2％。
其中，步骤4成分调整过程中，当检测到当Li元素的重量含量大于0.05％时，在铝合金液700-740℃时，按照1.5-3.0Kg氯盐精炼剂/1000kg铝液比例将氯盐精炼剂压入铝合金液内，使其与合金中Li反应，生成LiCl3和HCl的挥发性气体，从而可达到去除Li元素的目的。
其中，的氯盐精炼剂为氯化锌、氯化锰、六氯乙烷、三氯化铝的一种或几种的混合物。
其中，步骤5精炼处理过程中，氩气为纯度99.99％以上的高纯度氩气。
其中，步骤5精炼处理过程中钛硼细化剂的用量为铝液重量的0.1％。
其中，步骤7浇铸过程中铸造温度为670-750℃；冷却水流量为55-90t/h。
测试结果如下表：
项目 抗拉强度 延伸率 硬度 针孔度
技术标准 ≥172MPa 1.0％ ≥60HB 2
实施例 189MPa 1.6％ 78HB 1
从上表可知，本发明的轻质环保铝合金的性能均满足技术标准且远优于现行的技术标准。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种轻质环保铝合金，其特征在于：所述合金按重量比包括：
4.0-6.0％重量的硅，
0.2-0.3％重量的铁，
2.5-4.0％重量的铜，
0.2-0.4％重量的锰，
0.3-0.5％重量的镁，
0.05-1.0％重量的钛，
最高为0.05％重量的铬，
最高为0.5％重量的镍，
最高为0.2％重量的锌，
最高为0.05％重量的镉，
最高为0.05％重量的汞，
最高为0.5％重量的铅，
最高为0.5％重量的锡，
余量的铝，每种最高为0.05％、共计最高重量为0.5％的其它元素，以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种轻质环保铝合金，其特征在于，所述铬、镉和汞的总和占合金的重量百分比最高为0.1％。
3.根据权利要求1所述的一种轻质环保铝合金及其制备工艺，其特征在于，所述其它元素包括钙、锂、钠、钴、磷、镧、铈、铍、锑、锶、钒中的一种或多种。
4.一种轻质环保铝合金制备工艺，其特征在于，包括如下步骤；
步骤1、配料：按照配方精确称量各原材料称取；
步骤2、预热：将熔化炉预热到400-450℃，恒温保持10-20分钟；将各原材料放置在环境温度为200-220℃之间的环境下预热20-30min；
步骤3、装炉熔化：将精确称量的铝投入熔化炉，加热至700-750℃，待铝完全熔化后恒温保持10-20min后，投入剩余的精确称量的各组分原材料和1/3重量的除渣剂，保持在720-750℃之间至原材料全部熔化后，加入精炼剂和剩余的2/3重量的除渣剂；
步骤4、成分调整：将步骤3中投入的精炼剂和除渣剂溶化后的渣物捞出，取样检测各成分含量，若检测各成分含量均符合标准，则直接进入步骤5；若检测某一种或多种成分含量不符合标准，进行计算后，进行加料或去除工艺处理；
步骤5、精炼处理：温度恒定在720-750℃之间，持续搅拌2～4小时，再用氩气精炼10-15min；再次除去混合在铝合金液体中的精炼剂和除渣剂残渣；静置铝合金液体15～30min，同时在铝合金液体表面撒上钛硼细化剂；
步骤6：针孔检验：取样进行针孔检验；若针孔检验合格直接进行步骤7；若针孔检验不合格，则将加入精炼除气剂继续精炼10-30min，如此3-5次，针孔检验仍不合格，则将铝合金液体排出报废处理；
步骤7、浇铸：将精炼后的铝合金液体注入铸模，进行连续铸造，浇铸的速度为每小时2.5-3米，然后铸扎，盘卷；
步骤8、性能测试：取样制成铸棒进行抗拉强度、延伸率及硬度测试；若性能测试合格，将成品进行包装后入库储存；若性能测试不合格，则将成品报废处理；
步骤9、入库储存：将产品存放在通风、干燥、低温、避免阳光直射的环境下。
5.根据权利要求4所述的一种轻质环保铝合金制备工艺，其特征在于，所述步骤3装炉熔化过程中，所述精炼剂的用量为铝液重量的0.25％-0.35％；所述除渣剂的用量为铝液重量的0.1-0.2％。
6.根据权利要求4所述的一种轻质环保铝合金制备工艺，其特征在于，所述步骤4成分调整过程中，当检测到当Li元素的重量含量大于0.05％时，在铝合金液700-740℃时，按照1.5-3.0Kg氯盐精炼剂/1000kg铝液比例将氯盐精炼剂压入铝合金液内，使其与合金中Li反应，生成LiCl3和HCl的挥发性气体，从而可达到去除Li元素的目的。
7.根据权利要求6所述的一种轻质环保铝合金制备工艺，其特征在于，所述的氯盐精炼剂为氯化锌、氯化锰、六氯乙烷、三氯化铝的一种或几种的混合物。
8.根据权利要求4所述的一种轻质环保铝合金制备工艺，其特征在于，所述步骤5精炼处理过程中，所述氩气为纯度99.99％以上的高纯度氩气。
9.根据权利要求4所述的一种轻质环保铝合金制备工艺，其特征在于，所述步骤5精炼处理过程中钛硼细化剂的用量为铝液重量的0.05％-0.1％。
10.根据权利要求4所述的一种轻质环保铝合金制备工艺，其特征在于，所述步骤7浇铸过程中铸造温度为670-750℃；冷却水流量为55-90t/h。
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