CN110527874A - 一种高强度耐磨铝合金材料及制作工艺 - Google Patents

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杨吟秋
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Abstract

本发明公开了一种高强度耐磨铝合金材料，材料包括以下成分：Si 10.0～50.0份；Cu 1.0～10.0份；Mg 0.1～1.0份；Mn 0.1～1.0份；Zn 0.1～1.5份；Fe 0.1～1.0份；Ni 0.001～0.100份。工艺包括以下步骤：合金化，向熔融态AOO铝中添加硅、铜以及锰，在850℃中保温1～1.5h制成合金体系；降温，添加降温料，并降低温度至750～810℃；变质；精炼；浇铸；本发明可优化合金成分、改善合金性能、稳定合金尺寸，使本发明具有高强度、高耐磨性、优良的成型性能和稳定尺寸；可适用更多的需要高温、高耐磨合金的领域，尤其是可应用于汽车轻量化工业生产中。

Description

一种高强度耐磨铝合金材料及制作工艺
技术领域
本发明涉及一种合金材料及制作工艺，尤其涉及一种高强度耐磨铝合金材料及制作工艺。
背景技术
当前中国汽车工业蓬勃发展，给制造业带来巨大的市场机会，铝合金压铸件作为汽车零部件重要的组成部分，以其优越的铸造性能，加工性能，机械性能越来越受到汽车零部件市场的青睐。铝合金材料具有一系列优良性能：密度小、使车体轻量化；耐腐蚀性好，可实现无涂装；还具有美观耐用、易成型、可表面处理、可回收再生、可节能储能等。随着能源、环境和安全成为当今关注的三大问题，世界各国对现代汽车节能降耗的要求不断提高，汽车制造及使用的安全和环保法规日趋严格，车身轻量化的要求变得更为迫切。因此迫切需要一种新材料既可以满足汽车轻量化要求，又可以满足高强度、高耐磨、成型好、尺寸稳定的汽车压铸件应用需求。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种高强度耐磨铝合金材料及制作工艺。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强度耐磨铝合金材料，材料包括以下质量份的成分：
优选的，材料包括以下质量份的成分：
一种高强度耐磨铝合金材料的制作工艺，包括以下步骤：
a、合金化；向熔融态的5000～6000kgAOO铝中添加1000～1500kg硅、200～300kg铜以及10～20kg锰，在850℃中保温1～1.5h制成合金体系；
b、降温；步骤a结束后，向合金体系中添加降温料，并降低温度至750～810℃，持续25～45min；
c、变质；步骤b结束后，应用钟罩将变质剂压入合金体系的底部，并保持温度为780～820℃30min；
d、精炼；先在700～750℃下应用喷粉精炼方式对合金体系进行精炼，期间加入30～40kg的精炼剂；然后应用氮气吹入的精炼方式吹入30～35kg的精炼剂；
e、浇铸；将完成精炼的合金体系浇筑到模具中，冷却成型。
进一步地，降温料包括40～60kg的锌和50～60kg的镁。
进一步地，变质剂为60～70kg的Al-P变质剂和10～15kg的Al-Ti-B变质剂。
本发明中使用的铝锭(Al)为纯度可以达到97.5％的AOO铝，质量轻，所含杂质少，得到材料的机械性能好。
本发明中以铝为基质，提高硅(Si)的浓度，硅是改善流动性能的主要成分，从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。并且硅可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度而使延伸率降低。
铁(Fe)会增加合金的脆性，易生成β相(针状)降低合金强度。含量较低则不易脱模，含量较高则降低合金的流动性，损害铸件的品质。
镁(Mg)与铝、硅可以形成Al-Si-Mg合金，使α固溶体结晶点阵发生畸变，从而提高合金强度。当镁的含量提高，析出相的硬度提高，抗拉强度和弹性模量提高，但韧性降低。加入过多的镁则容易氧化，使合金中卷入氧化皮的增多，破坏流动性。
铜(Cu)可与铝和硅形成Al-Si-Cu合金，增强合金硬度、提高合金的耐热强度。
锌(Zn)可以提高合金的致密性、利于脱模、降低合金机械性能，且锌在铝中的溶解度大，能显著提高合金的强度。
锰(Mn)在铝合金中形成MnAl6的弥散质点，阻止再结晶的粗大化，提高再结晶温度，有效地细化再结晶晶粒，提高合金的强度，并与铝合金中的铁形成Al3FeMn化合物，使铁的化合物形态从针状变为块状，能在一定程度上改善韧性，提高合金的耐腐蚀性。
锶(Sr)可使共晶硅的晶体头部成为细粒状，有效地提高了合金的强度，锶对共晶硅的变质细化产生非常大的效果。
镍(Ni)在铝合金中形成NiAl3等金属化合物，提高合金的高温强度和体积、尺寸稳定性，并有使铁的化合物变成块状的倾向，即降低杂质铁的有害作用。
钛(Ti)可使晶粒细化。
铬(Cr)在铝中形成(CrFe)Al7或(CrMn)Al12等金属间化合物的行为，可阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金具有一定的强化作用，提高高温性能，降低杂质铁的有害作用，改善合金的抗应力腐蚀裂纹能力。
铅(Pb)是低熔点金属，在铝中固溶度不大，略降低合金强度，但能改善切削性。
本发明可优化合金成分、改善合金性能、稳定合金尺寸，使本发明具有高强度、高耐磨性、优良的成型性能和稳定尺寸；可适用更多的需要高温、高耐磨合金的领域，尤其是可应用于汽车轻量化工业生产中。
附图说明
图1为本发明的金相组织结构示意图。
图2为现有技术的金相组织结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种高强度耐磨铝合金材料，材料包括以下质量份的成分：
进一步地，材料包括以下质量份的成分：
一种高强度耐磨铝合金材料的制作工艺，包括以下步骤：
a、合金化；向熔融态的5000～6000kgAOO铝中添加1000～1500kg硅、200～300kg铜以及10～20kg锰，在850℃中保温1～1.5h制成合金体系；
b、降温；步骤a结束后，向合金体系中添加降温料，降温料包括40～60kg的锌和50～60kg的镁。并降低温度至750～810℃，持续25～45min；
c、变质；步骤b结束后，应用钟罩将变质剂压入合金体系的底部，变质剂为60～70kg的Al-P变质剂和10～15kg的Al-Ti-B变质剂。并保持温度为780～820℃30min；
d、精炼；先在700～750℃下应用喷粉精炼方式对合金体系进行精炼，期间加入30～40kg的精炼剂；然后应用氮气吹入的精炼方式吹入30～35kg的精炼剂；
e、浇铸；将完成精炼的合金体系浇筑到模具中，冷却成型。
以下结合具体实施例对本发明的有益效果进行说明：
实施例一～六的成分及配比见表1，按照质量份数计。
表1
按照表1及制作步骤a～e制作高强度耐磨铝合金材料，对不同实施例材料进行各项性能测试，测试结果如表2所示。
表2
如图1和2所示，高强度耐磨铝合金材料100倍显微镜下观察金相组织：初晶硅分布均匀、尺寸稳定在55μm左右。现有技术工艺生产的合金金相组织初晶硅尺寸在200μm左右。且高强度耐磨铝合金材料的抗拉强度大，能够稳定达到210MPa，比现有技术提高25％左右。硬度可达到或超过110HBS，适用于增强耐磨性的油底壳、缸体、拨叉材料等。
通过有效的材料配比、在适合的温度范围内添加合金金属，利用铝磷变质的工艺方法，获得稳定初晶硅的析出，从而有效提高合金的强度；利用析出初晶硅在铝合金表面形成一层致密的浮硅层，利用硅的尺寸稳定性和耐磨性，铜的耐高温和易切削性能从而提高本发明的质量。可满足对发动机缸体、油底壳、换挡拨叉类产品的使用需求
本发明与现有技术相比具有的优点为：
本发明可优化合金成分、改善合金性能、稳定合金尺寸，使本发明具有高强度、高耐磨性、优良的成型性能和稳定尺寸；可适用更多的需要高温、高耐磨合金的领域，尤其是可应用于汽车轻量化工业生产中。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高强度耐磨铝合金材料，其特征在于：所述材料包括以下质量份的成分：
2.根据权利要求1所述的高强度耐磨铝合金材料，其特征在于：所述材料包括以下质量份的成分：
3.一种如权利要求1所述高强度耐磨铝合金材料的制作工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：
a、合金化；向熔融态的5000～6000kgAOO铝中添加1000～1500kg硅、200～300kg铜以及10～20kg锰，在850℃中保温1～1.5h制成合金体系；
b、降温；步骤a结束后，向合金体系中添加降温料，并降低温度至750～810℃，持续25～45min；
c、变质；步骤b结束后，应用钟罩将变质剂压入合金体系的底部，并保持温度为780～820℃30min；
d、精炼；先在700～750℃下应用喷粉精炼方式对合金体系进行精炼，期间加入30～40kg的精炼剂；然后应用氮气吹入的精炼方式吹入30～35kg的精炼剂；
e、浇铸；将完成精炼的合金体系浇筑到模具中，冷却成型。
4.根据权利要求3所述的高强度耐磨铝合金材料的制作工艺，其特征在于：所述降温料包括40～60kg的锌和50～60kg的镁。
5.根据权利要求3所述的高强度耐磨铝合金材料的制作工艺，其特征在于：所述变质剂为60～70kg的Al-P变质剂和10～15kg的Al-Ti-B变质剂。
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