CN108277397A

CN108277397A - 高强高韧铝合金的配方及其冶炼关键技术

Info

Publication number: CN108277397A
Application number: CN201711065365.2A
Authority: CN
Inventors: 张逸智
Original assignee: Dongguan Jin Yufeng Intellectual Property Service Co Ltd
Current assignee: Dongguan Jin Yufeng Intellectual Property Service Co Ltd
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2018-07-13

Abstract

本发明提出的高强高韧铝合金配方及其冶炼关键技术，该高强高韧压铸铝合金在具备良好铸造性能、力学性能以及热处理性能的同时，还具备较高的强度和韧性，使得铝合金的机械性能好，冶炼关键技术中采用蝉鸣的录音放入金属流体中，这样蝉鸣的特征声音振动就可以在金属流体中传播，相比于选用低频成份多的声音振动，观察发现，蝉鸣的声音振动更加能够在传播介质中产生散射和耗散，能够在金属流体表面激发出更多的波纹。

Description

高强高韧铝合金的配方及其冶炼关键技术

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，更具体的说是高强高韧铝合金的配方及其冶炼关键技术。

背景技术

铝合金是常见的轻质金属材料，它广泛应用于汽车、船舶、航天、机械、通信等工业中，它具有加工性能好、质量轻、节能等特点。随着汽车工业的不断发展，汽车轻量化和能源低消耗的要求已经成为汽车制造业的一大趋势，作为轻量化首先材料的铝合金在汽车上的需求量也不断扩大。应用于汽车的铝合金零部件大多采用铸造成型，因铸造相对于其它加工方式，其金属利用率高，尺寸精度高，可生产形状复杂的部件，具有优良的机械性能和物理性能。目前的汽车发动机、轮辋等多采用铸造铝合金进行生产制造，这样有利于解决散热，可延长零部件本身和与之直接接触的零配件的使用寿命，但是，现有的铸造铝合金的强度和韧性不够理想，限制了汽车的轻量化的发展，为了满足快速发展的需求，研制一种高强高韧压铸铝合金很有必要。

现有的铸造铝合金的由于需要添加多种稀土元素，各种元素在加入过程中的扩散性也不同，因此需要用永磁搅拌进行混合，为了提升混合效率，需要开发出一种相配合的能够加快元素混合的方法，得到高性能、匀质的铝合金材料。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供高强高韧压铸铝合金，该高强高韧压铸铝合金在具备良好铸造性能、力学性能以及热处理性能的同时，还具备较高的强度和韧性，使得铝合金的机械性能好，同时采用一套相配合的能够加快元素混合的方法，得到高性能、匀质的铝合金材料。

本发明提出高强高韧铝合金的配方及其冶炼关键技术，其中高强高韧铝合金的配方，其按重量百分比计：

Si：7～12%；Ti：0～0.3%；Cu：0～3%；Mn：0.2～1%；Fe：0～0.8%；Mg：0.15～0.8%；Ni：0～0.1%；Y：0～0.02%；La：0～0.2%；Re：0～0.1%；Mo：0～0.1%；Nd：0～0.008%；Sb：0～0.1%；Zr：0～0.01%；Sr：0～0.5%；Ce：0～0.01%；Zn：0～21%；Pb：0～0.05%；杂质：0～0.05%；余量为Al。

其中冶炼关键技术包括永磁搅拌和声源间歇式置入流程，永磁搅拌和声源间歇式置入流程包括以下的工作循环:循环的第一步：永磁搅拌顺时针转动，角频率为w，顺时针转动的搅拌时间为t1；循环的第二步：冶炼炉中放入声源发射头,声音持续时间为t2，此时，永磁搅拌顺时针转动角频率降为w/2；循环的第三步：取出声源发射头，永磁搅拌逆时针转动，角频率为w，搅拌时间为t1, 永磁搅拌停止；循环的第四步：冶炼炉中放入声源发射头, 声音持续时间为t2，取出声源发射头；然后再进入循环的第一步，声源发射头的内部发出的声音为蝉鸣的录音，该声音的体积能量密度为500瓦到1000瓦每立方米，声音的体积能量密度的计算方法为，声源发射头的总功率除以冶炼炉内总的金属流体的体积。

更好地，上述的工作循环重复2次以上，完成搅拌。

更好地，上述的声源发射头放置的水平位置为冶炼炉的对称中心，放入金属流体液面下方12厘米以下的垂直位置。

更好地，上述的角频率w为60-100圈每分钟。

更好地，上述的搅拌时间t1为5到10分钟。

更好地，上述的声音持续时间t2为5到10分钟。

本发明高强高韧铝合金的配方的有益效果为：

该高强高韧铝合金在具备良好铸造性能、力学性能以及热处理性能的同时，还具备较高的导热率，使得铝合金的导热性能好。

本发明的冶炼关键技术的工作原理和有益效果为：

本发明的技术中，采用蝉鸣的录音放入金属流体中，这样蝉鸣的特征声音振动就可以在金属流体中传播，相比于选用低频成份多的声音振动，观察发现，蝉鸣的声音振动更加能够在传播介质中产生散射和耗散，能够在金属流体表面激发出更多的波纹，究其原因，是通过仿生学原理获得：由于蝉是生活在树叶茂盛的密林中，蝉鸣的作用是为了吸引异性，但是又不能够吸引天敌，例如鸟类，由于低频、长波长的声音具有较远的传播距离和绕过障碍物的良好能力，因此，蝉鸣的声谱中低频声音强度很低，蝉鸣选择了高频声谱，这是一种进化选择的结果，由于低频、长波长的声音具有较远的传播距离，因此会吸引远距离的鸟类前来捕食，同时由于低频、长波长的声音具有绕过障碍物的良好能力，也容易导致被捕食者轻易定位，尤其是那些具有双耳听觉的鸟类，所以蝉鸣选择了高频声谱，这种特征高频声谱的耗散快，超过一定距离就和森林的背景噪声相近，高频声谱遇到障碍物容易散射，这样就会让蝉鸣在树叶和树干的散射中，分散蝉鸣的声源定位，让捕食者听到到处都是蝉鸣，难以确定鸣蝉的具体方位，因此，作为自然选择的结果，蝉鸣声谱是一种优良的高散射、耗散快的振动波谱。高散射、耗散快的振动波谱正是合金冶炼混合需要的技术参数，首先，耗散快的振动波谱确保了振动能量能够被金属流体吸收，产生流动中的失稳状态，在相同的雷诺数下，金属流体更加容易获得湍流的状态，或者湍流的程度更加混乱，这样有利于金属流体产生更多的涡流和乱流，有利于不同元素的混合，尤其是一些相溶性差的稀土元素的混合；其次，高散射的振动波谱也是有利于元素混合的，由于合金液体中并非匀质元素，不同元素的质量各不相同，轻元素例如铝，更加容易通过位移传递振动，而重的元素例如稀土元素，就难以通过位移传播振动，这些重的元素就会形成散射，导致振动声子改变传播方向，这样声子施加在重元素的动量就会增大，导致重元素获得更多的振动能量，而且越是重元素聚集的地方，越会成为散射中心，使得声音的振动破坏这种聚集，达到分散的效果。由于稀土元素普遍容易氧化，不能长期处于高温状态，因此缩短永磁搅拌时间，增加元素混合速度是现代冶炼技术的发展趋势，本发明在方法上采用仿生的仿生，提升永磁搅拌过程中的湍流程度，起到了短时间内元素均匀混合的效果。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供的高强高韧铝合金，其按重量百分比计：

本实施例提供的冶炼关键技术，包括永磁搅拌和声源间歇式置入流程，永磁搅拌和声源间歇式置入流程包括以下的工作循环:循环的第一步：永磁搅拌顺时针转动，角频率为w，顺时针转动的搅拌时间为t1；循环的第二步：冶炼炉中放入声源发射头,声音持续时间为t2，此时，永磁搅拌顺时针转动角频率降为w/2；循环的第三步：取出声源发射头，永磁搅拌逆时针转动，角频率为w，搅拌时间为t1, 永磁搅拌停止；循环的第四步：冶炼炉中放入声源发射头, 声音持续时间为t2，取出声源发射头；然后再进入循环的第一步，声源发射头的内部发出的声音为蝉鸣的录音，该声音的体积能量密度为500瓦每立方米，声音的体积能量密度的计算方法为，声源发射头的总功率除以冶炼炉内总的金属流体的体积。工作循环重复2次，完成搅拌。声源发射头放置的水平位置为冶炼炉的对称中心，放入金属流体液面下方12厘米以下的垂直位置。角频率w为60圈每分钟。搅拌时间t1为5分钟。声音持续时间t2为10分钟。

实施例2：

本实施例提供的高强高韧铝合金，其按重量百分比计：

本实施例提供的冶炼关键技术，包括永磁搅拌和声源间歇式置入流程，永磁搅拌和声源间歇式置入流程包括以下的工作循环:循环的第一步：永磁搅拌顺时针转动，角频率为w，顺时针转动的搅拌时间为t1；循环的第二步：冶炼炉中放入声源发射头,声音持续时间为t2，此时，永磁搅拌顺时针转动角频率降为w/2；循环的第三步：取出声源发射头，永磁搅拌逆时针转动，角频率为w，搅拌时间为t1, 永磁搅拌停止；循环的第四步：冶炼炉中放入声源发射头, 声音持续时间为t2，取出声源发射头；然后再进入循环的第一步，声源发射头的内部发出的声音为蝉鸣的录音，该声音的体积能量密度为1000瓦每立方米，声音的体积能量密度的计算方法为，声源发射头的总功率除以冶炼炉内总的金属流体的体积。工作循环重复2次，完成搅拌。声源发射头放置的水平位置为冶炼炉的对称中心，放入金属流体液面下方12厘米以下的垂直位置。角频率w为90圈每分钟。搅拌时间t1为10分钟。声音持续时间t2为5分钟。

上述实施例中的声源发射头的结构为，将耐高温陶瓷缸放入高温金属流体中，耐高温陶瓷缸的中间放置扩音器，扩音器表面覆盖冷却水管，冷却水管内部有冷却水循环冷却，通过鼓风机不断通入新鲜空气进入耐高温陶瓷缸内，保持耐高温陶瓷缸内部的空气冷却。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.高强高韧铝合金配方及其冶炼关键技术，其特征在于：所述的高强高韧铝合金配方的重量百分比计：

Si：7～12%；Ti：0～0.3%；Cu：0～3%；Mn：0.2～1%；Fe：0～0.8%；Mg：0.15～0.8%；Ni：0～0.1%；Y：0～0.02%；La：0～0.2%；Re：0～0.1%；Mo：0～0.1%；Nd：0～0.008%；Sb：0～0.1%；Zr：0～0.01%；Sr：0～0.5%；Ce：0～0.01%；Zn：0～21%；Pb：0～0.05%；杂质：0～0.05%；余量为Al；

所述的冶炼关键技术为仿生湍流永磁搅拌冶炼方法，其特征在于：所述仿生湍流永磁搅拌冶炼方法包括永磁搅拌和声源间歇式置入流程，所述的永磁搅拌和声源间歇式置入流程包括以下的工作循环:循环的第一步：永磁搅拌顺时针转动，角频率为w，顺时针转动的搅拌时间为t1；循环的第二步：冶炼炉中放入声源发射头,声音持续时间为t2，此时，永磁搅拌顺时针转动角频率降为w/2；循环的第三步：取出声源发射头，永磁搅拌逆时针转动，角频率为w，搅拌时间为t1, 永磁搅拌停止；循环的第四步：冶炼炉中放入声源发射头, 声音持续时间为t2，取出声源发射头；然后再进入循环的第一步，所述的声源发射头的内部发出的声音为蝉鸣的录音，该声音的体积能量密度为500瓦到1000瓦每立方米，所述的声音的体积能量密度的计算方法为，声源发射头的总功率除以冶炼炉内总的金属流体的体积。

2.根据权利要求1 所述的高强高韧铝合金配方及其冶炼关键技术，其特征在于，所述的工作循环重复2次以上，完成搅拌。

3.根据权利要求1 所述的高强高韧铝合金配方及其冶炼关键技术，其特征在于，所述的声源发射头放置的水平位置为冶炼炉的对称中心，放入金属流体液面下方12厘米以下的垂直位置。

4.根据权利要求1 所述的高强高韧铝合金配方及其冶炼关键技术，其特征在于，所述的角频率w为60-100圈每分钟。

5.根据权利要求1 所述的高强高韧铝合金配方及其冶炼关键技术，其特征在于，所述的搅拌时间t1为5到10分钟。

6.根据权利要求1 所述的高强高韧铝合金配方及其冶炼关键技术，其特征在于，所述的声音持续时间t2为5到10分钟。