CN109234588A - 一种环保的高强度易切削铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种环保的高强度易切削铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保的高强度易切削铝合金，包括以下重量份数的各组分：Si 0.6～1.4，Fe≤0.7，Cu 0.2～0.5，Mn 0.2～1.0，Mg 0.6～1.2，Cr≤0.3，Bi 0.5～1.5，其它杂质单个含量≤0.05，杂质总量≤0.15，余量为Al。本发明严格通过Si、Mg元素以及Cu元素在合金中起到强化作用提高合金的机械强度、精炼细化材料晶粒组织，加入Bi元素代替常用的Pb元素(Pb元素属于环保禁用控制元素)起到优化合金切削性能，使材料加工时易断屑，不缠刀。最终材料抗拉强度可达400Mpa以上，材料硬度可达HB 110以上。

Description

一种环保的高强度易切削铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保的高强度易切削铝合金及其制备方法。
背景技术
合金中含有一定数量的硫、磷、铅、钙、硒、碲等一种或几种元素，即为易切削合金。而具有良好的被切削加工性能的一类材料。易切削合金适于制作用自动切削机床加工的大批量零件，在切削加工过程中，它同非易切削相比，可以延长刀具寿命，减少切削抗力，提高加工表面光洁度，容易排除切屑。
但是随着人们对环境问题的关注，含铅铝合金的加工废料/旧部件的回收等成为其广泛应用的一大障碍。
公开号为CN101307403A的发明专利“一种高强度易切削铝合金”公开了一种不含铅的高强度易切削铝合金，所得的铝合金拉伸强度为高达390.81，但是材料的硬度差，试样切削时切削与刀具及工件容易分离。
发明内容
本发明要解决的技术问题中不含铅的高强度易切削铝合金的切削性能有待提高的缺陷，提供一种环保的高强度易切削铝合金及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种环保的高强度易切削铝合金，包括以下重量份数的各组分：Si0.6～1.4，Fe≤0.7，Cu 0.2～0.5，Mn 0.2～1.0，Mg 0.6～1.2，Cr≤0.3，Bi0.5～1.5，其它杂质单个含量≤0.05，杂质总量≤0.15，余量为Al。
优选的，包括以下重量份数的各组分：Si0.8～1.2，Fe≤0.6，Cu 0.3～0.4，Mn 0.4～0.8，Mg 0.6～1.0，Cr≤0.2，Bi0.8～1.2，其它杂质单个含量≤0.05，杂质总量≤0.15，余量为Al。
一种环保的高强度易切削铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔化：将铝锭投入炉内加温至720～760℃熔化；
2)、扒渣：在735±20℃时将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌10-15分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；
3)、配合金：熔体温度730～760℃时加入Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Bi，其中Si、Cu、Mn、Bi采用合金形式添加，加入合金后搅拌10～15分钟使熔体内各成份均匀混合；
4)、精炼：熔体温度720-740℃时采用氩气喷粉精炼，选用氩气含量99.7％以上的高纯氩气的，精炼时间为40～50分钟，喷粉精炼剂要求Na:<0.5％，用量为1.5～2公斤/吨铝，精炼完后将液面浮渣扒除；
5)、静置：精炼后熔体静置20-25分钟；
5)、铸造：熔体温度为720～760℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为2m/min～3m/min，在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上，最后采用50PPi陶瓷过滤板过滤进一步净化熔体；最后得到铸锭；
6)、均质化：将以上得到的铸锭加温到550±10℃，保温6～10小时，后进入冷却室采用喷雾冷却，得到均质后铸锭；
7)、挤压：将挤压模具加热，加热温度470℃～490℃，铸锭加热至500±10℃进入挤压筒挤压，挤出得到棒材；
8)、固溶处理：挤出棒材在530-540℃保温40-60分钟，后入常温水急冷；
9)、人工时效：将固溶处理后的棒材在160-175℃温度下保温6-8小时，进行人工时效后得到所需棒材。
进一步的，所述的铝锭为GB/T 1196-2008标准中AL99.70牌号的铝锭。
进一步的，打渣剂的加入量按每吨0.2～0.4KG。
进一步的，镁锭选用国家标准GB/T 3499-2003，其中镁≥99.80％。
进一步的，所述步骤7)中挤压筒预热温度为390℃～440℃。
进一步的，所述步骤8)中常温水急冷时水温40℃以下，急冷速度≥5℃/秒。
本发明所达到的有益效果是：本发明严格通过Si、Mg元素以及Cu元素在合金中起到强化作用提高合金的机械强度、精炼细化材料晶粒组织，加入Bi元素代替常用的Pb元素(Pb元素属于环保禁用控制元素)起到优化合金切削性能，使材料加工时易断屑，不缠刀。最终材料抗拉强度可达400Mpa以上，材料硬度可达HB 110以上。在本发明的配方中除了Al元素外，Mg元素和Si元素的含量最高，在合金中Si元素70％～80％以Mg2Si化合物的形式存在，成为合金的主要强化相。配合Cu元素与Mn元素使得Mg2Si的形状为十分细小的，形状规则的多角形，树枝晶发达，分布均匀，并将晶粒细化，减少Si对塑性的不良影响，提高材料的强度；而Mg2Si也增强了固溶强化效果，时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果，可提高材料的力学性能。Bi元素的含量经过调整后更是能大大改善切削性能。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种环保的高强度易切削铝合金，包括以下重量份数的各组分：Si0.6～1.4，Fe≤0.7，Cu 0.2～0.5，Mn 0.2～1.0，Mg 0.6～1.2，Cr≤0.3，Bi0.5～1.5，其它杂质单个含量≤0.05，杂质总量≤0.15，余量为Al。
一种环保的高强度易切削铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔化：将GB/T 1196-2008标准中AL99.70牌号的铝锭投入炉内加温至720～760℃熔化；
2)、扒渣：在735±20℃时将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌10-15分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除，打渣剂的加入量按每吨0.2～0.4KG；
3)、配合金：熔体温度730～760℃时加入Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Bi，其中Si、Cu、Mn、Bi采用合金形式添加，加入合金后搅拌10～15分钟使熔体内各成份均匀混合；
4)、精炼：熔体温度720-740℃时采用氩气喷粉精炼，选用氩气含量99.7％以上的高纯氩气的，精炼时间为40～50分钟，喷粉精炼剂要求Na:<0.5％，用量为1.5～2公斤/吨铝，精炼完后将液面浮渣扒除；
5)、静置：精炼后熔体静置20-25分钟；
5)、铸造：熔体温度为720～760℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为2m/min～3m/min，在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上，最后采用50PPi陶瓷过滤板过滤进一步净化熔体；最后得到铸锭；
6)、均质化：将以上得到的铸锭加温到550±10℃，保温6～10小时，后进入冷却室采用喷雾冷却，得到均质后铸锭；
7)、挤压：将挤压模具加热，加热温度470℃～490℃，铸锭加热至500±10℃进入挤压筒挤压，挤出得到棒材，挤压筒预热温度为390℃～440℃；
8)、固溶处理：挤出棒材在530-540℃保温40-60分钟，后入常温水急冷，常温水急冷时水温40℃以下，急冷速度≥5℃/秒。；
9)、人工时效：将固溶处理后的棒材在160-175℃温度下保温6-8小时，进行人工时效后得到所需棒材。
表1实施例1-3的化学成分分析
实施例 Si Fe Cu Mn Mg Cr Bi Al
实施例1 0.7 0.35 0.3 0.3 0.9 0.2 0.6 余量
实施例2 0.9 0.5 0.4 0.6 1.0 0.15 1.2 余量
实施例3 1.0 0.55 0.3 0.8 1.15 0.1 1.3 余量
表2实施例1-3的加工参数
为了方便评价，将实施例1-3的铝合金铸锭挤压成线材，校直后进行热处理力学性能如下表所示：
表3各实施例的热力学性能
实施例 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa)* 延伸率(％)
实施例1 410 360 10
实施例2 415 365 10
实施例3 420 380 9
表4各实施例的切削性能分析
本发明的铝合金不仅环保，而且具有良好的优化合金切削性能；切削时与切削刀具容易分离，不贴切削刀具。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种环保的高强度易切削铝合金，其特征在于，包括以下重量份数的各组分：Si0.6～1.4，Fe≤0.7，Cu 0.2～0.5，Mn 0.2～1.0，Mg 0.6～1.2，Cr≤0.3，Bi0.5～1.5，其它杂质单个含量≤0.05，杂质总量≤0.15，余量为Al。
2.如权利要求1所述的环保的高强度易切削铝合金，其特征在于，包括以下重量份数的各组分：Si0.8～1.2，Fe≤0.6，Cu 0.3～0.4，Mn 0.4～0.8，Mg 0.6～1.0，Cr≤0.2，Bi0.8～1.2，其它杂质单个含量≤0.05，杂质总量≤0.15，余量为Al。
3.如权利要求1所述的环保的高强度易切削铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、熔化：将铝锭投入炉内加温至720～760℃熔化；
2)、扒渣：在735±20℃时将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌10-15分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；
3)、配合金：熔体温度730～760℃时加入Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Bi，其中Si、Cu、Mn、Bi采用合金形式添加，加入合金后搅拌10～15分钟使熔体内各成份均匀混合；
4)、精炼：熔体温度720-740℃时采用氩气喷粉精炼，选用氩气含量99.7％以上的高纯氩气的，精炼时间为40～50分钟，喷粉精炼剂要求Na:<0.5％，用量为1.5～2公斤/吨铝，精炼完后将液面浮渣扒除；
5)、静置：精炼后熔体静置20-25分钟；
5)、铸造：熔体温度为720～760℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为2m/min～3m/min，在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上，最后采用50PPi陶瓷过滤板过滤进一步净化熔体；最后得到铸锭；
6)、均质化：将以上得到的铸锭加温到550±10℃，保温6～10小时，后进入冷却室采用喷雾冷却，得到均质后铸锭；
7)、挤压：将挤压模具加热，加热温度470℃～490℃，铸锭加热至500±10℃进入挤压筒挤压，挤出得到棒材；
8)、固溶处理：挤出棒材在530-540℃保温40-60分钟，后入常温水急冷；
9)、人工时效：将固溶处理后的棒材在160-175℃温度下保温6-8小时，进行人工时效后得到所需棒材。
4.如权利要3所述的环保的高强度易切削铝合金的制备方法，其特征在于，所述的铝锭为GB/T 1196-2008标准中AL99.70牌号的铝锭。
5.如权利要求3所述的环保的高强度易切削铝合金的制备方法，其特征在于，打渣剂的加入量按每吨0.2～0.4KG。
6.如权利要求3所述的环保的高强度易切削铝合金的制备方法，其特征在于，镁锭选用国家标准GB/T 3499-2003，其中镁≥99.80％。
7.如权利要求3所述的环保的高强度易切削铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤7)中挤压筒预热温度为390℃～440℃。
8.如权利要求3所述的环保的高强度易切削铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤8)中常温水急冷时水温40℃以下，急冷速度≥5℃/秒。
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