CN110904354B - 利用高含铁量zl102渗铝合金制备铝硅合金的方法及铝硅合金 - Google Patents

利用高含铁量zl102渗铝合金制备铝硅合金的方法及铝硅合金 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法及铝硅合金,解决了现有技术中回收高含铁量ZL102的工艺,回收率只有1%,而高含铁量ZL102产出率却有5%,回收率低,经济损失较大的技术问题。该方法包括下述步骤:(1)对高含铁量的ZL102渗铝合金进行加锰重熔,得到铁相细化的重熔ZL102锭;(2)制备铝硅合金。本发明将高含铁量的ZL102合金加锰重熔后,铁相组织变短变细,得到铁相细化的重熔ZL102锭;加入量可以达到铝硅合金总重量的5%,可以完全和产出抵消,大大提高了回收率,避免了经济损失。

Description

利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法及铝硅 合金
技术领域
本发明涉及一种高含铁量ZL102渗铝合金的回收工艺,具体涉及一种利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法及铝硅合金。
背景技术
现有技术中,铝活塞第一环槽采用镶嵌铸铁镶圈增加耐磨性和导热性。铸铁镶圈在铝活塞铸造时放入,为保障铸铁镶圈与铝活塞的粘接率和粘接强度,需要对铸铁镶圈进行渗铝处理。
渗铝处理采用的是ZL102合金,随着渗铝进行,ZL102合金的铁含量可高达6%。根据生产情况,一般来说每生产20吨镶圈活塞就会产生1吨高含铁量的ZL102,产出率为5%。为回收利用高含铁量ZL102,现有技术中是将高含铁量ZL102作为ZL109材料的部分原料,在配制ZL109时直接将其加入。
在配制ZL109时直接加入高含铁量ZL102,由于渗铝合金的铁含量较高,形成了高熔点的铁化合物,在合金重新配制中,此含铁化合物不易熔化,形成针铁;从而致使用其配制的ZL109材料出现铁含量不高却铁相不合格的情况。为控制铁相,不能添加太多ZL102;为保障新配ZL109材料成分和铁相均合格,高铁含量ZL102回收利用配制ZL109时的添加量仅为1%。高含铁量ZL102产出率5%,回收率却只有1%,积压严重,甚至只能作为低价废铝卖掉,经济损失较大。
铝活塞的材料是ZL109,其铁含量要求≤0.7%。ZL102和ZL109材料主要成分如下表1所示:
表1 ZL102和ZL109材料主要成分
含量:% Fe Si Cu Ni Mg Mn Al
ZL102 ≤6 10-12 / / / / 余量
ZL109 ≤0.7 11-13 0.5-1.5 0.8-1.5 0.8-1.3 ≤0.2 余量
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题:
1、现有技术中在配制ZL109时直接加入高含铁量ZL102,铁相容易不合格;
2、现有技术中回收高含铁量ZL102的工艺,回收率只有1%,而高含铁量ZL102产出率却有5%,回收率低,经济损失较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法及铝硅合金,以解决现有技术中回收高含铁量ZL102的工艺,回收率只有1%,而高含铁量ZL102产出率却有5%,回收率低,经济损失较大的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的,本发明提供了以下技术方案:
本发明提供的一种利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法,包括下述步骤:
(1)对高含铁量的ZL102渗铝合金进行加锰重熔,得到铁相细化的重熔ZL102锭;
(2)制备铝硅合金:
①准备原料,原料中包括铝锭、硅、铜、镍、镁以及步骤(1)制备的重熔ZL102锭;
②将所有的原料投入熔炼炉内,在铝锭全部熔化后升温到760℃以上,然后采用少量多次方式加入步骤(1)制备的重熔ZL102锭以速熔扩散;少量多次加入主要是避免重熔ZL102锭加入过快过多,在熔化时铁未及时扩散导致局部铁相因铁含量高重新集聚长大;
③步骤(1)制备的重熔ZL102锭加完以后,最后加入镁,然后升温至850℃-900℃,在850℃-900℃保温扩散20min-40min,得到铝硅合金。
进一步的,所述步骤(1)中,加锰重熔的具体步骤为:
①称取ZL102渗铝合金和Mn;
②将ZL102渗铝合金和Mn加入重熔炉并迅速升温至850℃-900℃,在850℃-900℃保温扩散20min-40min;高熔点的铁化合物随着温度的升高,溶解会增大。重熔采取850-900℃高温保持20min-40min,可使ZL102渗铝合金中铁相更加充分短杆化(细化);
③待扩散20min-40min后,浇铸铁相细化的重熔ZL102锭。
进一步的,所述步骤(1)③中,在浇铸铁相细化的重熔ZL102锭的过程中,合金液凝固时间为20S-30S。
进一步的,所述步骤(1)③中,浇铸铁相细化的重熔ZL102锭的方法为:进行半锭浇铸并采用水冷锭槽进行急冷翻锭。高温保持后进行急冷翻锭,采用大锭槽浇小锭(如半锭浇铸),同时采用在锭槽外部底面进行水冷,可以加快冷却凝固的速度。在合金液冷却凝固过程中,已经短杆化的铁相会随温度降低而慢慢长大;若常规翻锭,需要约2分钟才能凝固,铁相在缓慢凝固过程中又会长大还原成粗大的针状相;所以需要加快冷却速度,在20S-30s内完成凝固,即在铁相还未长大前完成凝固,铁相就能保持在短杆化(细化)状态。
进一步的,所述步骤(1)中,锰的加入量按重量比Mn:Fe=(0.2-0.4):1加入。
进一步的,所述步骤(1)中,锰的加入量按重量比Mn:Fe=03:1加入。
进一步的,所述Mn的来源为AlMn10。
本发明提供的一种铝硅合金,应用上述的方法制备而成。
基于上述技术方案,本发明实施例至少可以产生如下技术效果:
(1)本发明提供的利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法,将高含铁量的ZL102合金加锰重熔后,铁相组织变短变细,得到铁相细化的重熔ZL102锭;可以将铁相细化的重熔ZL102锭作为制备铝硅合金的原料,加入量可以达到铝硅合金总重量的5%,可以完全和产出抵消,大大提高了回收率,避免了经济损失。
(2)本发明提供的利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法,制备出的铝硅合金的铁相与不添加ZL102时合金质量保持一致,并且高温抗拉强度略有提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实验例中铁含量6%的ZL102渗铝合金的(500倍)金相图;
图2是本发明实验例中加入1%的Mn后的(500倍)金相图;
图3是本发明实验例中加入2%的Mn后的(500倍)金相图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
原料及设备说明:
Mn的来源为AlMn10。
熔炼炉采用的是工频炉;工频炉带有自振动搅拌效果,有利于步骤(1)制备的重熔ZL102锭进行速熔扩散。
下述实施例以制备ZL109为例:
原料配比:铝锭、硅、铜、镍、镁以及重熔ZL102锭间的重量比为78-82:11-13:0.8-1.2:0.8-1.2:0.8-1.2:4-6。
实施例1:
(1)对高含铁量的ZL102渗铝合金进行加锰重熔,得到铁相细化的重熔ZL102锭;
①按配比称取ZL102渗铝合金和Mn;锰的加入量按重量比Mn:Fe=0.3:1加入;
②将ZL102渗铝合金和Mn加入重熔炉并迅速升温至875℃,在875℃保温扩散30min;
③待扩散30min后,浇铸铁相细化的重熔ZL102锭,制备出的重熔ZL102锭单锭重量为4.8kg-5.2kg;需进行半锭浇铸并采用水冷锭槽进行急冷翻锭,合金液凝固时间为25S。
(2)制备ZL109:
①准备原料,原料中包括铝锭;
②将所有的原料投入熔炼炉内,在铝锭全部熔化后升温到780℃,然后采用少量多次方式加入步骤(1)制备的重熔ZL102锭以速熔扩散;具体的,所述少量多次方式加入以及速溶扩散为:制备出的重熔ZL102锭单锭重量为4.8kg-5.2kg,单锭熔化扩散约需要2min-3min,按2min-3min间隔逐锭加入;
③步骤(1)制备的重熔ZL102锭加完以后,升温至850℃,在850℃保温扩散30min,得到铝硅合金。
实施例2:
(1)对高含铁量的ZL102渗铝合金进行加锰重熔,得到铁相细化的重熔ZL102锭;
①按配比称取ZL102渗铝合金和Mn;锰的加入量按重量比Mn:Fe=0.4:1加入;
②将ZL102渗铝合金和Mn加入重熔炉并迅速升温至900℃,在900℃保温扩散40min;
③待扩散40min后,浇铸铁相细化的重熔ZL102锭,制备出的重熔ZL102锭单锭重量为4.8kg-5.2kg;需进行半锭浇铸并采用水冷锭槽进行急冷翻锭,合金液凝固时间为20S。
(2)制备ZL109:
①准备原料,原料中包括铝锭;
②将所有的原料投入熔炼炉内,在铝锭全部熔化后升温到800℃,然后采用少量多次方式加入步骤(1)制备的重熔ZL102锭以速熔扩散;具体的,所述少量多次方式加入以及速溶扩散为:制备出的重熔ZL102锭单锭重量为4.8kg-5.2kg,单锭熔化扩散约需要2min-3min,按2min-3min间隔逐锭加入;
③步骤(1)制备的重熔ZL102锭加完以后,升温至850℃,在850℃保温扩散30min,得到铝硅合金。
实施例3:
(1)对高含铁量的ZL102渗铝合金进行加锰重熔,得到铁相细化的重熔ZL102锭;
①按配比称取ZL102渗铝合金和Mn;锰的加入量按重量比Mn:Fe=0.2:1加入;
②将ZL102渗铝合金和Mn加入重熔炉并迅速升温至850℃,在850℃保温扩散20min;
③待扩散20min后,浇铸铁相细化的重熔ZL102锭,制备出的重熔ZL102锭单锭重量为4.8kg-5.2kg;需进行半锭浇铸并采用水冷锭槽进行急冷翻锭,合金液凝固时间为30S。
(2)制备ZL109:
①准备原料,原料中包括铝锭;
②将所有的原料投入熔炼炉内,在铝锭全部熔化后升温到760℃,然后采用少量多次方式加入步骤(1)制备的重熔ZL102锭以速熔扩散;具体的,所述少量多次方式加入以及速溶扩散为:制备出的重熔ZL102锭单锭重量为4.8kg-5.2kg,单锭熔化扩散约需要2min-3min,按2min-3min间隔逐锭加入;
③步骤(1)制备的重熔ZL102锭加完以后,升温至875℃,在875℃保温扩散30min,得到铝硅合金。
实施例4:
(1)对高含铁量的ZL102渗铝合金进行加锰重熔,得到铁相细化的重熔ZL102锭;
①按配比称取ZL102渗铝合金和Mn;锰的加入量按重量比Mn:Fe=0.3:1加入;
②将ZL102渗铝合金和Mn加入重熔炉并迅速升温至850℃,在850℃保温扩散20min;
③待扩散20min后,浇铸铁相细化的重熔ZL102锭,制备出的重熔ZL102锭单锭重量为4.8kg-5.2kg;需进行半锭浇铸并采用水冷锭槽进行急冷翻锭,合金液凝固时间为30S。
(2)制备ZL109:
①准备原料,原料中包括铝锭;
②将所有的原料投入熔炼炉内,在铝锭全部熔化后升温到760℃,然后采用少量多次方式加入步骤(1)制备的重熔ZL102锭以速熔扩散;具体的,所述少量多次方式加入以及速溶扩散为:制备出的重熔ZL102锭单锭重量为4.8kg-5.2kg,单锭熔化扩散约需要2min-3min,按2min-3min间隔逐锭加入;
③步骤(1)制备的重熔ZL102锭加完以后,升温至900℃,在900℃保温扩散40min,得到铝硅合金。
实施例5:
制备步骤同实施例1。
实施例6:
制备步骤同实施例2。
实施例7:
制备步骤同实施例3。
实施例8:
制备步骤同实施例4。
实施例1-实施例8中:
制备重熔ZL102锭及利用其配制ZL109合金时,具体所使用的温度及保温扩散时间如下表2所示:
表2实施例所用温度和时间明细
Figure BDA0002270374160000081
步骤(1):对高含铁量的ZL102渗铝合金进行加锰重熔,得到铁相细化的重熔ZL102锭;实施例1-实施例8中制备250kg重熔ZL102锭,具体所使用的原料及各原料的重量如下表3所示:
表3加锰重熔
Figure BDA0002270374160000082
步骤(2):制备ZL109;实施例1-实施例8中制备1000kg ZL109,具体所使用的原料及各原料的重量如下表4所示:
表4制备ZL109
Figure BDA0002270374160000091
实验例:
1、将实施例1-实施例8中制备的ZL109、不加高含铁量的ZL102渗铝合金制备的ZL109以及按原有工艺方式添加(高含铁量的ZL102渗铝合金加入量为1%)制备的ZL109进行性能对比,对比结果如下表5所示:
表5性能对比
基体组织 针铁 鱼铁 常温抗拉强度 300℃高温抗拉强度
不加ZL102 ≤2级 ≤2级 ≤2级 250-270MPa 130-140MPa
加入1%的ZL102 ≤2级 ≥5级 ≥4级 210-230MPa 100-110MPa
实施例1 ≤2级 ≤2级 ≤2级 270MPa 145MPa
实施例2 ≤2级 ≤2级 ≤2级 260MPa 140MPa
实施例3 ≤2级 ≤2级 ≤2级 250MPa 135MPa
实施例4 ≤2级 ≤2级 ≤2级 265MPa 143MPa
实施例5 ≤2级 ≤2级 ≤2级 260MPa 144MPa
实施例6 ≤2级 ≤2级 ≤2级 270MPa 138MPa
实施例7 ≤2级 ≤2级 ≤2级 260MPa 140MPa
实施例8 ≤2级 ≤2级 ≤2级 270MPa 145MPa
如上表5所示,原有工艺方式添加ZL102(高含铁量的ZL102渗铝合金加入量为1%制备的ZL109)的基体组织虽然能够达到2级内,但铁相很差,导致抗拉强度也大幅降低;实施例1-实施例8中制备的ZL109与不加高含铁量的ZL102渗铝合金制备的ZL109的合金质量保持一致,并且高温抗拉强度略有提升。
2、加锰重熔可以使铁相细化:
铁在铝硅合金中是有害元素,常以β铁相出现,β铁相硬而脆,往往以粗大的针状穿过α(Al)晶粒,大大削弱了基体,降低了合金的机械性能,随着铁含量的增加,其影响更大。为降低或消除铁相的有害影响,一般加入来源广且价格便宜的锰。加入Mn能使针状β铁相转变成鱼骨状的Al-Fe-Mn-Si相。
铁含量6%的ZL102渗铝合金熔化后的渗铝液铁相是很粗大的,呈针状(金相图如图1所示)。在高含铁量ZL102中加Mn,可以使铁相大幅短杆化,降低原有针状铁相削弱基体的有害作用。
当加入1%的Mn(以加入AlMn10后重熔合金的Mn含量计)后,铁相组织开始变短变细(金相图如图2所示);
当加入2%的Mn(以加入AlMn10后重熔合金的Mn含量计)后,铁相组织明显变好(金相图如图3所示)。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法,其特征在于:包括下述步骤:
(1)对高含铁量的ZL102渗铝合金进行加锰重熔,得到铁相细化的重熔ZL102锭,加锰重熔的具体步骤为:
①称取ZL102渗铝合金和Mn;锰的加入量按重量比Mn:Fe =(0.2-0.4):1加入;
②将ZL102渗铝合金和Mn加入重熔炉并迅速升温至850℃-900℃,在850℃-900℃保温扩散20min-40min;
③待扩散20min-40min后,浇铸铁相细化的重熔ZL102锭,在浇铸铁相细化的重熔ZL102锭的过程中,合金液凝固时间为20S-30S;
(2)制备铝硅合金:
①准备原料,原料包括铝锭、硅、铜、镍、镁以及步骤(1)制备的重熔ZL102锭;
②将铝锭、硅、铜、镍投入熔炼炉内,在铝锭全部熔化后升温到760℃以上,然后采用少量多次方式加入步骤(1)制备的重熔ZL102锭以速熔扩散;
③步骤(1)制备的重熔ZL102锭加完以后,最后加入镁,然后升温至850℃-900℃,在850℃-900℃保温扩散20min-40min,得到铝硅合金。
2.根据权利要求1所述的利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法,其特征在于:所述步骤(1)③中,浇铸铁相细化的重熔ZL102锭的方法为:进行半锭浇铸并采用水冷锭槽进行急冷翻锭。
3.根据权利要求1所述的利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法,其特征在于:所述步骤(1)中,锰的加入量按重量比Mn:Fe =0. 3:1加入。
4.根据权利要求1所述的利用高含铁量ZL102渗铝合金制备铝硅合金的方法,其特征在于:所述Mn的来源为AlMn10。
5.一种铝硅合金,其特征在于:应用权利要求1-4中任意一项所述的方法制备而成。
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