CN110229980A - 一种铝合金固定夹及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铝合金固定夹，包括以下组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：Al 81～90.6％，Si 8～14％，Cu 1～3％，Mg 0.2～1％，Ti 0.05～0.6％，Fe 0～0.5％。通过调整该固定夹中原料成分配比，采用卧式间接挤压铸造工艺，控制挤压铸造工艺和热处理工艺，使固定夹在资源和能源消耗降低的条件下，组织更加致密、综合性能更加优良，提高固定夹的安全使用范围。

Description

一种铝合金固定夹及其生产工艺
技术领域
本发明属于铸造领域，特别涉及一种铝合金固定夹及其卧式间接挤压铸造生产工艺。
背景技术
固定夹主要用于网络通信基站的装配，是主要的结构承重件，承受弯曲和扭转作用。固定夹安装在户外，环境恶劣，需要一定的耐腐蚀性能。传统的低压铸造，合金凝固速度慢，晶粒粗大，存在大量的缩松缩孔缺陷，难以适应户外的使用工况。
目前铝合金固定夹多数采用立式挤压铸造机进行生产，生产周期较长，成本较高。采用卧式间接挤压铸造技术生产铝合金固定夹还未见公开报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铝合金固定夹。通过调整固定夹原料成分配比，采用卧式间接挤压铸造工艺，控制挤压铸造工艺和热处理工艺，使固定夹在资源和能源消耗降低的条件下，组织更加致密、综合性能更加优良，提高固定夹的安全使用范围。
根据本发明的一个方面，提供一种铝合金固定夹，包括以下组分，所述各组分的含量以重量百分比表示如下：
其中，所述各组分的含量以重量百分比表示如下：
根据本发明的另一个方面提供一种铝合金固定夹的生产工艺，包括以下步骤：
1S.铝合金熔炼：将铝合金各组分投入坩埚电阻炉中进行熔炼形成铝合金液；待所述铝合金液温度达到预定熔炼温度后，对所述铝合金液除渣、除气；静置、捞取表面浮渣形成待压铸的铝合金液，将所述待压铸的铝合金液的温度降至预定压铸温度；
2S.挤压铸造：采用卧式间接挤压铸造机进行挤压铸造；舀取所述待压铸的铝合金液，倒入料管中；冲头将所述待压铸的铝合金液水平向型腔推动充型；充型至增压切换点，增压系统触发，冲头对所述待压铸的铝合金液施加挤压力至预定增压比压，并保持所述预定增压比压至所述待压铸的铝合金液凝固，保压时间5-12s；然后打掉渣包、切除料饼，得到铝合金固定夹毛坯；
重复步骤2S；
3S.热处理：将挤压铸造成形的铝合金固定夹毛坯按顺序摆放在热处理炉的料框中，进行T6热处理，得到铝合金固定夹。
其中，所述步骤1S中，所述预定熔炼温度为710℃-740℃，所述预定浇注温度为670-720℃。
其中，所述步骤2S中，充型速度为0.20-0.35m/s，所述增压切换点为360-400mm，所述预定增压比压18-24MPa。
其中，所述步骤2S中，充型速度为0.25-0.30m/s，所述增压切换点为375-400mm，所述预定增压比压20-24MPa。
其中，所述步骤3S的T6热处理具体为：将所述固定夹毛坯随炉加热1h至440～460℃，然后加热到505～525℃保温3.5～4.5h出炉，在水温60-90℃下淬水3～5min；在160～180℃下进行3～5小时的时效处理。
其中，所述步骤3S的T6热处理具体为：将所述铝合金固定夹毛坯随炉加热1h至450℃，然后加热到515℃保温4h出炉，在水温60-90℃下淬水3min；在175℃下进行3-5小时的时效处理。
其中，所述步骤1S中，所述除渣、除气具体为：采用旋转式喷吹精炼除气机，保持转子的转速在450～550r/min，添加精炼剂进行除渣操作5～10min；然后保持转子转速为300～400r/min，向所述铝合金液中通入N2进行旋转除气处理12～18min。
其中，在进行所述步骤2S之前在所述卧式间接挤压铸造机上安装模具，对模具表面、滑块表面喷涂脱模剂，然后吹气将所述模具表面吹干，动模水平移动完成合模；
其中，所述脱模剂比例为1:15～1:25，所述吹气时间为8-10s，所述吹气压力为4-6KG，所述喷涂时间25-30s。
本发明的铝合金固定夹，主要包括以下组分，各组分的重量百分比为：Al 81～90.6％；Si 8～14％；Cu 1～3％；Mg 0.2～1％；Ti 0.05～0.6％；Fe 0～0.5％；
优选的，各组分的重量百分比为：Al 85～89％；Si 9～11％；Cu 1.5～2％；Mg 0.4～0.6％；Ti 0.1～0.35％；Fe 0～0.2％。
该铝合金固定夹，Si作为主要元素，可以增加抗拉强度，提高合金流动性；减小收缩率和热裂倾向性，降低热膨胀系数；提高气密性、耐磨性、耐蚀性和导热性；经过研究发现，Si的含量为8～14％时可以达到很好的效果，进一步的，Si的含量为9～11％。
Mg的存在可以增加强度，提高耐热性、耐蚀性和压铸件刚性，减小粘型性，其主要是与Si形成Mg2Si强化相，增强半固态压铸铝合金的强度，使合金强化；Mg与Al形成MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用；其含量为0.2～1％可以很好的提高合金的强度和硬度，进一步优选的，含量为0.4～0.6％。适量的Cu在合金中可以起到固溶强化作用。此外，本发明中添加微量的Ni、Ti、Fe、V也能改善铝合金的力学性能。
该铝合金固定夹的生产工艺，主要包括铝合金熔炼、挤压铸造以及热处理几个部分。
铝合金熔炼：首先将铝合金原料投入坩埚电阻炉中进行熔炼形成铝合金液；待铝合金液温度710℃-740℃后，优选为710℃-720℃；采用旋转式喷吹精炼除气机对铝合金液除渣、除气。其中，保持转子的转速在450～550r/min，添加精炼剂进行除渣操作5～10min；优选的，转速在500r/min，除渣操作5min。然后保持转子转速为300～400r/min，向铝合金液中通入N2进行旋转除气处理12～18min；优选的，转子转速为350r/min，旋转除气处理15min。静置5min后捞取表面浮渣形成待压铸的铝合金液，待温度降至670-720℃后准备浇注。
采用氮气浮游除气法，用石墨转子旋转吹出氮气气泡；石墨转子底部及旋转叶片上分布0.1mm的孔，氮气从小孔吹出形成氮气气泡，气泡吸附铝液中氧化物杂质和氢气，同时氮气喷吹多功能绿色稀土精炼除渣剂到铝液底部。精炼剂用量为1-2KG/T铝液。当铝液温度在710-740℃时，氮气吸附氢气和氧化物效果最好；铝液温度超过740℃，铝液氧化加剧，氧化物增多；同时空气中水汽会快速在高温铝液表面分解产生氢气进入铝液。所以铝合金液温度为710-740℃，优选为710℃-720℃。
挤压铸造：在卧式间接挤压铸造机上安装模具，对模具表面、滑块表面喷涂雾状脱模剂，然后吹气将模具表面吹干，动模水平移动完成合模。其中，脱模剂比例为1:15～1:25，优选1:25；吹气时间8-10s，吹气压力为4-6KG，优选的，为5.0KG；喷涂时间25-30s，优选的，为30s。然后用机械手将固定夹渣包打掉，放到自动切割机上将料饼切除，得到铝合金固定夹毛坯；然后进行下一次循环。
使用自动浇注机在坩埚电阻炉中舀取一定量的待压铸的铝合金液，倒入料管中；冲头在油缸作用下以0.20-0.35m/s的充型速度将铝合金液水平向型腔推动充型；充型至360-400mm处，增压系统触发，冲头对铝合金液施加挤压力至18-24MPa，并保持至铝合金液凝固；优选的，充型速度为0.25-0.30m/s，增压切换点为375-400mm，预定增压比压20-24Mpa；更进一步优选的，增压切换点为375-385mm，预定增压比压22Mpa。提高增压比压可以有效的减少缩松缩孔等铸造缺陷，当增压比压达到22MPa时，固定夹T6热处理态的共晶Si相主要是短棒状和球状，此时综合力学性能最佳；而当继续增加增压比压至大于24MPa时，抗拉强度会提高，但是延伸率会下降。
在挤压铸造过程中，浇注温度优选为700℃。实验研究过程发现，当浇注温度为700℃时，固定夹力学性能最佳；此时抗拉强度为367.24MPa，延伸率为6.16％。继续提高浇注温度，合金液凝固时间增加，枝晶变得粗大，抗拉强度和延伸率下降。
为了使液态合金快速充型和排气，压铸出质量合格的产品，压铸工艺参数根据产品的模具进行优化，每个参数的调整变化会影响其他参数变化，进而影响产品质量。具体的，压铸工艺参数为：压射氮气压力10～11Mpa，增压氮气压力7～8MPa，料柄厚度30±5mm，压射时间12±2s，冷却时间8±2s，快速储能压力12-15MPa，模具温度180℃；各段的位置/速度为：一段275±5mm/35％+3％，二段340±5mm/35％+3％，三段355±5mm/30％+3％，四段385±5mm/30％+3％，五段415±5mm/25％+3％，六段500±5mm/35％+3％。
最后，对铝合金固定夹毛坯进行T6热处理。将挤压铸造成形的铝合金固定夹毛坯按顺序规整地摆放在热处理框中，使其随炉加热1h至440～460℃，然后加热到505～525℃保温3.5～4.5h出炉，在水温60-90℃下淬水3～5min；在160～180℃下进行3-5小时的时效处理，得到铝合金固定夹。优选的，随炉加热1h至450℃，然后加热到515℃保温4h出炉，在水温60-90℃下淬水3min；在175℃下进行3-5小时的时效处理。
研究表明：当固溶温度在490-515℃之间时，0-6h内固溶时间越长，固溶温度越高，则力学性能越好；固溶温度在515-525℃之间时，保温时间可缩短在3-4h以内。515℃固溶4h后，分别在165℃、175℃、185℃下进行时效处理，时效温度越高，硬化速度越快；在2-6h内，随着时效时间延长，抗拉强度递增，而延伸率逐渐降低。在175℃下时效3h，表现出较好的综合力学性能。当具体的热处理工艺为：515±5℃下固溶4h+(60-90)℃水淬+175±5℃时效3h，热处理后的产品的抗拉强度为369MPa，延伸率5.7％，硬度值为130HBS；对比现有工艺，硬度提高17.5％，抗拉强度提高20.2％，伸长率提高31.3％；缩短生产周期3h，生产效率提高30％。
通过以上对铝合金固定夹配方的调整，针对卧式间接挤压铸造生产技术优化了铝合金液熔炼、挤压铸造和热处理工艺参数；不仅降低整体生产时间周期，提高了生产效率；还能够制造出组织均匀，晶粒细小的固定夹，具备了很高的抗拉强度、延伸率和表面硬度，创造了巨大的经济效益。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明的铝合金固定夹，主要包括以下组分，各组分的重量百分比为：Al 81～90.6％；Si 8～14％；Cu 1～3％；Mg 0.2～1％；Ti 0.05～0.6％；Fe 0～0.5％；
优选的，各组分的重量百分比为：Al 85～89％；Si 9～11％；Cu 1.5～2％；Mg 0.4～0.6％；Ti 0.1～0.35％；Fe 0～0.2％。
该铝合金固定夹的生产工艺，包括以下步骤：
铝合金熔炼：将铝合金原料投入坩埚电阻炉中进行熔炼；待铝合金液温度710℃-740℃后，采用旋转式喷吹精炼除气机对铝合金液除渣、除气。其中，保持转子的转速在450～550r/min，添加精炼剂进行除渣操作5～10min；优选的，转速在500r/min，除渣操作5min。然后保持转子转速为300～400r/min，向铝合金液中通入N2进行旋转除气处理12～18min。静置5min后捞取表面浮渣，待铝合金液的温度降至670-720℃后准备浇注。
挤压铸造：在卧式间接挤压铸造机上安装模具，对模具表面、滑块表面喷涂雾状脱模剂，然后吹气将模具表面吹干，动模水平移动完成合模。其中，脱模剂比例为1:15～1:25，吹气时间8-10s，吹气压力为4-6KG，喷涂时间25-30s。
使用自动浇注机在坩埚电阻炉中舀取一定量的铝合金液，倒入料管中；冲头在油缸作用下以0.20-0.35m/s的充型速度将铝合金液水平向型腔推动充型；充型至360-400mm处，增压系统触发，冲头对铝合金液施加挤压力至18-24MPa，并保持至铝合金液凝固；然后用机械手将固定夹渣包打掉，放到自动切割机上将料饼切除，得到铝合金固定夹毛坯；然后进行下一次循环。
热处理：将挤压铸造成形的铝合金固定夹毛坯按顺序规整地摆放在热处理框中，使其随炉加热1h至440～460℃，然后加热到505～525℃保温3.5～4.5h出炉，在水温60-90℃下淬水3～5min；在160～180℃下进行3-5小时的时效处理，得到铝合金固定夹。
下面列出铝合金固定夹的具体实施例：
实施例
表1示出了本发明铝合金固定夹中各组分具体含量的部分实施例。需要指出的是，本发明的铝合金固定夹各组分具体含量并不局限于表1中数据。
表1铝合金固定夹组分含量实施例
表2示出了本发明铝合金固定夹生产工艺中主要工艺参数的部分实施例。
表2铝合金固定夹生产工艺参数具体实施例
对比测试例
对不同厂家的精炼剂进行了效果对比测试。其中，#1：鑫煜；#2：威云；#3：华南理工大学；#4：FOSECO(富士科)；除气后密度越大说明除渣效果越好，可以看到，采用华南理工大学的精炼剂除渣效果最佳。
表3不同精炼剂效果对比测试
对实施例1-8制品的性能进行了测试。同时针对现有技术中的铝合金固定夹制品性能数据进行了对比，具体如表3所示。
表4制品性能测试及对比结果
由表4性能测试数据可以看到，本发明的铝合金固定夹制品在抗拉强度、延伸率以及布氏硬度方面明显优于现有技术的铝合金固定夹制品。
综上，本发明所涉及的铝合金固定夹，通过调整固定夹原料成分配比，采用卧式间接挤压铸造工艺，控制挤压铸造工艺和热处理工艺，使固定夹在资源和能源消耗降低的条件下，组织更加致密、综合性能更加优良，提高固定夹的安全使用范围。
最后应说明的是：在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种铝合金固定夹，其特征在于，包括以下组分，所述各组分的含量以重量百分比表示如下：
2.如权利要求1所述的铝合金固定夹，其特征在于，所述各组分的含量以重量百分比表示如下：
3.一种如权利要求1或2所述的铝合金固定夹的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1S.铝合金熔炼：将铝合金各组分投入坩埚电阻炉中进行熔炼形成铝合金液；待所述铝合金液温度达到预定熔炼温度后，对所述铝合金液除渣、除气；静置、捞取表面浮渣形成待压铸的铝合金液，将所述待压铸的铝合金液的温度降至预定压铸温度；
2S.挤压铸造：采用卧式间接挤压铸造机进行挤压铸造；舀取所述待压铸的铝合金液，倒入料管中；冲头将所述待压铸的铝合金液水平向型腔推动充型；充型至增压切换点，增压系统触发，冲头对所述待压铸的铝合金液施加挤压力至预定增压比压，并保持所述预定增压比压至所述待压铸的铝合金液凝固，保压时间5-12s；然后打掉渣包、切除料饼，得到铝合金固定夹毛坯；
重复步骤2S；
3S.热处理：将挤压铸造成形的铝合金固定夹毛坯按顺序摆放在热处理炉的料框中，进行T6热处理，得到铝合金固定夹。
4.如权利要求3所述的铝合金固定夹，其特征在于，所述步骤1S中，所述预定熔炼温度为710℃-740℃，所述预定浇注温度为670-720℃。
5.如权利要求3所述的铝合金固定夹，其特征在于，所述步骤2S中，充型速度为0.20-0.35m/s，所述增压切换点为360-400mm，所述预定增压比压18-24MPa。
6.如权利要求5所述的铝合金固定夹，其特征在于，所述步骤2S中，充型速度为0.25-0.30m/s，所述增压切换点为375-400mm，所述预定增压比压20-24MPa。
7.如权利要求3所述的铝合金固定夹，其特征在于，所述步骤3S的T6热处理具体为：将所述固定夹毛坯随炉加热1h至440～460℃，然后加热到505～525℃保温3.5～4.5h出炉，在水温60-90℃下淬水3～5min；在160～180℃下进行3～5小时的时效处理。
8.如权利要求7所述的铝合金固定夹，其特征在于，所述步骤3S的T6热处理具体为：将所述铝合金固定夹毛坯随炉加热1h至450℃，然后加热到515℃保温4h出炉，在水温60-90℃下淬水3min；在175℃下进行3-5小时的时效处理。
9.如权利要求3所述的铝合金固定夹，其特征在于，所述步骤1S中，所述除渣、除气具体为：采用旋转式喷吹精炼除气机，保持转子的转速在450～550r/min，添加精炼剂进行除渣操作5～10min；然后保持转子转速为300～400r/min，向所述铝合金液中通入N2进行旋转除气处理12～18min。
10.如权利要求3或5所述的铝合金固定夹，其特征在于，在进行所述步骤2S之前在所述卧式间接挤压铸造机上安装模具，对模具表面、滑块表面喷涂脱模剂，然后吹气将所述模具表面吹干，动模水平移动完成合模；
其中，所述脱模剂比例为1:15～1:25，所述吹气时间为8-10s，所述吹气压力为4-6KG，所述喷涂时间25-30s。
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