CN108486511A - 一种压铸铝合金材料的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压铸铝合金材料的热处理方法，将铝合金铸件放入热处理炉中，将温度从20℃‑30℃开始升温至150℃‑300℃后进行保温，保温持续200‑300分钟后，取出试样，空冷。本发明的压铸铝合金材料的热处理方法能够进一步强化压铸铝合金材料现有的导热性能和屈服强度。

Description

一种压铸铝合金材料的热处理方法
技术领域
本发明属于铝合金材料热处理领域，具体涉及一种压铸铝合金材料的热处理方法。
背景技术
铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺寸，改善切削加工和焊接等加工性能。因为许多铸态铝合金的机械性能不能满足使用要求，除Al-Si系的ZL102，Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铝合金铸件的机械性能和其它使用性能，具体有以下几个方面：1)消除由于铝合金铸件结构(如璧厚不均匀、转接处厚大)等原因使铝合金铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力；2)提高合金的机械强度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能；3)稳定铝合金铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化；4)消除晶间和成分偏析，使组织均匀化。
但是目前的热处理工艺不可避免地会对铝合金铸件造成一定的卷气，并且热处理工艺复杂，成本较高，处理后的铝合金铸件抗拉强度、屈服强度等压铸性能并不能有较大提升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种能够使压铸铝合金材料具有较好的抗拉强度和屈服强度的热处理方法。
本发明提供一种压铸铝合金材料的热处理方法，将铝合金铸件放入热处理炉中，将温度从20℃-30℃开始升温至150℃-300℃后进行保温，保温持续200-300分钟后，取出试样，空冷。
优选地，所述升温速度为5℃-10℃/分钟。
优选地，所述升温速度为8℃/分钟。
优选地，升温至180℃-210℃后进行保温。
优选地，温至200℃后进行保温
优选地，保温持续220-260分钟。
优选地，保温持续240分钟。
优选地，按重量百分比计，所述铝合金铸件包含如下组分：除铝外，硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％。
优选地，按重量百分比计，所述铝合金铸件还包含如下组分：钛，含量0.03-0.26％；锶，含量0.01-0.06％；锌，含量为＜0.3％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％。
优选地，所述铝合金铸件按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.03-0.26％；锶，含量0.01-0.06％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
优选地，所述铝合金铸件的制备包括如下步骤：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的80％-95％，然后进行升温；
(2)待温度达到830-850℃，分别加入钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂；
(3)加入剩余的铝锭，调整温度至750℃-760℃；
(4)加入精炼剂进行精炼，然后加入镁；
(5)加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)温度在745-760℃之间，加入锶；
(7)温度在730-750℃之间进行浇铸。
优选地，所述步骤(5)中，加入稀土镧和稀土铈变质之前，先用氮气喷吹金属液体5-15分钟。
优选地，先加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置5-15分钟，温度在745-760℃之间加入锶后，再次净置5-15分钟，然后温度在730-750℃之间进行浇铸。
本发明的压铸铝合金材料的热处理方法能够进一步强化压铸铝合金材料有的导热性能和屈服强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供一种压铸铝合金材料的热处理方法，将铝合金铸件放入热处理炉中，将温度从20℃-30℃开始升温至150℃-300℃后进行保温，保温持续200-300分钟后，取出试样，空冷。
本实施例提供的压铸铝合金材料的热处理方法，对比高温热处理，步骤简单，容易操作并且热处理成本低。本实施例提供的压铸铝合金材料的热处理方法，可以很大程度上避免铝合金铸件由于高温出现变形和起泡的问题，降低了铝合金铸件成型时卷气造成的影响，减少了由于铝合金铸件起泡导致的产品废品率提升的问题。
本实施例提供的压铸铝合金材料的热处理方法，强化效果明显，能够较大程度的提升铝合金材料导热性能和屈服强度，还能进一步稳定铝合金铸件的导热性能。
在优选实施例中，升温速度为5℃-10℃/分钟。
在优选实施例中，升温速度为8℃/分钟。
在优选实施例中，升温至180℃-210℃后进行保温。
在优选实施例中，温至200℃后进行保温
在优选实施例中，保温持续220-260分钟。
在优选实施例中，保温持续240分钟。
在优选实施例中，按重量百分比计，铝合金铸件包含如下组分：除铝外，硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％。
在优选实施例中，按重量百分比计，铝合金铸件还包含如下组分：钛，含量0.03-0.26％；锶，含量0.01-0.06％；锌，含量为＜0.3％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％。
在优选实施例中，铝合金铸件按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.03-0.26％；锶，含量0.01-0.06％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
本实施例通过加入一定量的铁元素，令材料压铸成型后易脱模，并能一定程度上减弱材料对模具的熔蚀，提升模具寿命。但是铁元素对铝合金材料的导热性能和屈服性能都是不利的，锰能抑制铝硅合金中铁元素的部分有害作用；能提高再结晶温度并细化再结晶晶粒；能提高铝固溶体的稳定性。在含硅及含铜的铝硅合金中，可改善高温强度，但锰的导热性能也较差。同时，为了兼顾多项性能，本材料采用了稀土镧和铈进行变质，从另一方面弥补了部分铁元素引起的材料导热性能下降的问题，从整体上提升了材料的导热性能，并且对材料有一定的净化作用。
在优选实施例中，，铝合金铸件的制备包括如下步骤：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的80％-95％，然后进行升温；
(2)待温度达到830-850℃，分别加入钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂；
(3)加入剩余的铝锭，调整温度至750℃-760℃；
(4)加入精炼剂进行精炼，然后加入镁；
(5)加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)温度在745-760℃之间，加入锶；
(7)温度在730-750℃之间进行浇铸。
在优选实施中，步骤(5)中，加入稀土镧和稀土铈变质之前，先用氮气喷吹金属液体5-15分钟。
在优选实施中，先加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置5-15分钟，温度在745-760℃之间加入锶后，再次净置5-15分钟，然后温度在730-750℃之间进行浇铸。
本实施例中，各组成元素的添加顺序与元素的熔点和投入数量有关，按照元素的具体情况决定投料的温度和顺序能使提高熔炼效率和产品质量。例如，熔点相对低和容易高温损耗的金属元素如镁和锶在精炼之后加入，尤其是锶，在精炼之后温度接近浇铸温度时加入，能够提高熔炼效率，并且使得到的合金材料具有较好的导热性能和高屈服强度。
为了对本发明的技术方案能有更进一步的了解和认识，现列举几个较佳实施例对其做进一步详细说明。
实施例1
原料配比
原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为11.59％；铁，含量为0.647％；铜，含量为0.202％；锰，含量为0.396％；镁，含量为0.325％，锌，含量为0.0213％；钛，含量0.0382％；锶，含量0.0209％；稀土镧，含量0.0318％；稀土铈，含量0.0518％；锡，含量为≤0.00052％；铅，含量为≤0.00053％；镉，含量为≤0.0002％，余量为铝。
制备过程
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的90％，然后进行升温；升温至完全熔化后，搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(2)待温度达到830℃，分别加入钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂，熔化后再次进行搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(3)加入剩余10％的铝锭，调整温度至760℃；
(4)将无钠精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，无钠精炼剂的用量为熔炉内金属总重的0.2-0.3％，所述氮气的气压为0.15-0.25MPa，喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。然后在搅拌的过程中加入镁。
加入镁后，检测熔炉内金属熔液的成分，当金属熔液的成分合格后，则进行下一步。
(5)用氮气喷吹金属液体10分钟后，加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置10分钟，控制温度在745-760℃之间，加入锶，再次净置10分钟。取样检验元素含量，当满足：锶含量、稀土镧含量、稀土铈含量时，进行下一步。
(7)控制温度在730-750℃之间进行浇铸。
热处理过程
把铝合金铸件放置在热处理炉中，从室温开始使用接近匀速的升温方式，约为8℃/分钟，升温至200℃后进行保温，保温持续240分钟，然后取出试样，空冷。
实施例2
原料配比
原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为11.50％；铁，含量为0.648％；铜，含量为0.2％；锰，含量为0.385％；镁，含量为0.329％，锌，含量为0.0216％；钛，含量0.0412％；锶，含量0.0218％；镧，含量0.0311％；稀土铈，含量0.0505％；锡，含量为≤0.00048％；铅，含量为≤0.00070％；镉，含量为≤0.00023％，余量为铝。
制备过程
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的90％，然后进行升温；升温至完全熔化后，搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(2)待温度达到830℃，分别加入钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂，熔化后再次进行搅拌与静置交替进行3次以上，每次搅拌时间为5分钟，每次静置时间为10分钟。
(3)加入剩余10％的铝锭，调整温度至760℃；
(4)将无钠精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，无钠精炼剂的用量为熔炉内金属总重的0.2-0.3％，所述氮气的气压为0.15-0.25MPa，喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。然后在搅拌的过程中加入镁。
加入镁后，检测熔炉内金属熔液的成分，当金属熔液的成分合格后，则进行下一步。
(5)用氮气喷吹金属液体10分钟后，加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置10分钟，控制温度在745-760℃之间，加入锶，再次净置10分钟。取样检验元素含量，当满足：锶含量、稀土镧含量、稀土铈含量时，进行下一步。
(7)控制温度在730-750℃之间进行浇铸。
热处理过程
把铝合金铸件放置在热处理炉中，从室温开始使用接近匀速的升温方式，约为8℃/分钟，升温至200℃后进行保温，保温持续240分钟，然后取出试样，空冷。
将实施例1、实施例2制备得到的热处理前和热处理后的压铸铝合金材料进行抗拉强度、屈服强度、延伸率和导热系数的测定。具体数据如表1所示。
表1
由表1的数据可以看出，实施例1和实施例2制备得到的合金材料，在经过热处理后，的合金材料屈服强度提升约30％，并且热处理后导热系数能够较好的维持稳定。说明本实施例提供的热处理方法，具有较好的强化效果。同时本实例提供的热处理方法能够很大程度上避免铝合金铸件由于高温出现变形和起泡的问题，降低了铝合金铸件成型时卷气造成的影响，减少了由于铝合金铸件起泡导致的产品废品率提升的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于，将铝合金铸件放入热处理炉中，将温度从20℃-30℃开始升温至150℃-300℃后进行保温，保温持续200-300分钟后，取出试样，空冷。
2.如权利要求1所述的压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于，所述升温速度为5℃-10℃/分钟。
3.如权利要求1所述的压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于，升温至180℃-210℃后进行保温。
4.如权利要求1所述的压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于，保温持续220-260分钟。
5.如权利要求1所述的压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于，按重量百分比计，所述铝合金铸件包含如下组分：除铝外，硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2％-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％。
6.如权利要求5所述的压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于，按重量百分比计，所述铝合金铸件还包含如下组分：钛，含量0.03-0.26％；锶，含量0.01-0.06％；锌，含量为＜0.3％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％。
7.如权利要求1所述的压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于，所述铝合金铸件按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.03-0.26％；锶，含量0.01-0.06％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
8.如权利要求1所述的压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于，所述铝合金铸件的制备包括如下步骤：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的80％-95％，然后进行升温；
(2)待温度达到830-850℃，分别加入钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂；
(3)加入剩余的铝锭，调整温度至750℃-760℃；
(4)加入精炼剂进行精炼，然后加入镁；
(5)加入稀土镧和稀土铈进行变质；
(6)温度在745-760℃之间，加入锶；
(7)温度在730-750℃之间进行浇铸。
9.如权利要求8所述的压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于，所述步骤(5)中，加入稀土镧和稀土铈变质之前，先用氮气喷吹金属液体5-15分钟。
10.如权利要求8所述的压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于，先加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置5-15分钟，温度在745-760℃之间加入锶后，再次净置5-15分钟，然后温度在730-750℃之间进行浇铸。
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