CN111206171B

CN111206171B - 一种高强度铝合金的铸造方法

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Publication number: CN111206171B
Application number: CN202010107681.7A
Authority: CN
Inventors: 杨小娟; 熊勇刚; 熊眭杨
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2040-02-21
Also published as: CN111206171A

Abstract

本发明公开了一种高强度铝合金的铸造方法，先进行铝锭熔融，将铝锭置于熔融炉中在氮气气氛下进行梯度式升温使铝锭慢慢熔融；然后将其他原料分别在氮气气氛下进行熔融后，依次加入熔融铝中混合均匀；再将熔融后的混合物降温冷却至再结晶温度以下进行压延拉伸；然后进行微量元素渗透，最后进行加工成型，将渗透了微量元素的铝合金半成品转移至成型模具中进行熔融成型，降温后得到成品。本发明提供了能够快速制造高性能的铝合金，铸造出来的铝合金不仅强度高，而且耐磨性能好，而且铸造方法操作简单，容易实现。

Description

一种高强度铝合金的铸造方法

技术领域

本发明涉及金属铸造技术领域，特别涉及一种高强度铝合金的铸造方法。

背景技术

随着汽车轻量化的发展，汽车转向节、减震塔、悬挂支架、气囊支撑臂、控制臂、制动器卡钳等零部件都需要以铝代钢，已到达汽车轻量化的目的。这些零部件在汽车上都属于安全系统的受力结构件，因此，汽车轻量化的发展对这些铝合金零部件的综合力学性能也要求更高，如较高的强度和塑性，以提高汽车的安全性和使用寿命，所以对铝合金铸造的要求越来越高，并且随着现代工业与国防的发展，对铸造铝合金，尤其是具有特殊性能，如具有高强度、优良的耐磨性的铸造铝合金，需求量越来越大。所以，需要寻找一种能够解决上述问题的方案。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供了能够快速制造高性能的铝合金，铸造出来的铝合金不仅强度高，而且耐磨性能好，而且铸造方法操作简单，容易实现。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高强度铝合金的铸造方法，包括以下步骤：

（1）铝锭熔融：将铝锭置于熔融炉中在氮气气氛下进行梯度式升温使铝锭慢慢熔融，熔融完成进行精炼去除杂质后备用；

（2）其他原料熔融混合：将其他原料分别在氮气气氛下进行熔融后，依次加入到步骤（1）的熔融铝中，并混合均匀备用；

（3）加工强化：将步骤（2）中熔融后的混合物降温冷却至再结晶温度以下进行压延拉伸，反复进行多次后，得到铝合金半成品；

（4）微量元素渗透：将步骤（3）中得到的铝合金半成品置于高压炉中逐步升温至软化状态，将微量元素物质粉碎成微粒后，分散到高压炉中密闭后进行升压，使微粒元素物质渗透至铝合金半成品中，保温保压一段时间后，先降温，再泄压；

（5）加工成型：将渗透了微量元素的铝合金半成品转移至成型模具中进行熔融成型，降温后得到成品；

进一步地，所述其他原料中包含以下元素：铜0.7-1%、镁0.5-0.9%、锌0.8-1.2%、锰0.1-0.3%、硅6-9%，所述微量元素包含以下元素：钛0.06-0.09%、锆0.01-0.02%、镧0.01-0.02%、铈0.01-0.02%、钕0.01-0.02%，所述高强度铝合金还包含其他不可避免的微量杂质元素，其余为铝元素。

进一步地，在步骤（1）中，所述梯度式升温是指以20℃每分钟的速率进行温度上升，每上升100℃的时候保持恒温15-30min，再继续上升，直至铝锭呈流体状态。

进一步地，在步骤（2）中，所述其他原料的熔融是将各原料分别以20℃每分钟的速率升温，直到升温至物料呈流动状态后直接混合至熔融铝中。

进一步地，在步骤（3）中，所述降温是呈梯度式降温，以10℃每分钟的速度进行降温，直至整体成型不流动，所述压延拉伸是经过使用压延机在高温下进行碾压拉拔后折回反复操作。

进一步地，在步骤（4）中，所述微粒为微米级别或纳米级别物质，所述升压是以0.5-1MPa/h进行上升压力，所述保温保压的时间为2-10h，温度为650-700℃，压力为100-200MPa.

进一步地，所述微粒的粒径为0.1-10um。

进一步地，在步骤（5）中，所述熔融成型是先将适量渗透后的铝合金半成品加入到模具中，通过缓慢升温后流动填充模具，再进行冷却取出成型产品。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种能够快速制备高强度的铝合金的方法，该方法制备的铝合金不仅强度高而且耐磨，将微量元素在后期以渗透的方式掺入铝合金中，能使微量元素在铝合金中形成的难熔化合物一定不会熔化，在合金结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，提高合金的强度和塑性，而且制作方法简单，操作步骤少，能够快速精确的制作高强度铝合金。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

实施例1

一种高强度铝合金的铸造方法，包括以下步骤：

（1）铝锭熔融：将铝锭置于熔融炉中在氮气气氛下进行梯度式升温使铝锭慢慢熔融，熔融完成进行精炼去除杂质后备用，梯度式升温是指以20℃每分钟的速率进行温度上升，每上升100℃的时候保持恒温15min，再继续上升，直至铝锭呈流体状态；

（2）其他原料熔融混合：将其他原料分别在氮气气氛下进行熔融后，依次加入到步骤（1）的熔融铝中，并混合均匀备用，其中其他原料的熔融是将各原料分别以20℃每分钟的速率升温，直到升温至物料呈流动状态后直接混合至熔融铝中；

（3）加工强化：将步骤（2）中熔融后的混合物降温冷却至再结晶温度以下进行压延拉伸，反复进行多次后，得到铝合金半成品，其中降温是呈梯度式降温，以10℃每分钟的速度进行降温，直至整体成型不流动，所述压延拉伸是经过使用压延机在高温下进行碾压拉拔后折回反复操作；

（4）微量元素渗透：将步骤（3）中得到的铝合金半成品置于高压炉中逐步升温至软化状态，将微量元素物质粉碎成微粒后，分散到高压炉中密闭后进行升压，使微粒元素物质渗透至铝合金半成品中，保温保压一段时间后，先降温，再泄压，微粒为微米级别或纳米级别物质，微粒的粒径为0.1um，所述升压是以0.5MPa/h进行上升压力，所述保温保压的时间为2h，温度为650℃，压力为100MPa；

（5）加工成型：将渗透了微量元素的铝合金半成品转移至成型模具中进行熔融成型，降温后得到成品，熔融成型是先将适量渗透后的铝合金半成品加入到模具中，通过缓慢升温后流动填充模具，再进行冷却取出成型产品；

本实施例中的其他原料中包含以下元素：铜0.7%、镁0.5%、锌0.8%、锰0.1%、硅6%，所述微量元素包含以下元素：钛0.06%、锆0.01%、镧0.01%、铈0.01%、钕0.01%，所述高强度铝合金还包含其他不可避免的微量杂质元素，其余为铝元素。

实施例2

一种高强度铝合金的铸造方法，包括以下步骤：

（1）铝锭熔融：将铝锭置于熔融炉中在氮气气氛下进行梯度式升温使铝锭慢慢熔融，熔融完成进行精炼去除杂质后备用，梯度式升温是指以20℃每分钟的速率进行温度上升，每上升100℃的时候保持恒温30min，再继续上升，直至铝锭呈流体状态；

（4）微量元素渗透：将步骤（3）中得到的铝合金半成品置于高压炉中逐步升温至软化状态，将微量元素物质粉碎成微粒后，分散到高压炉中密闭后进行升压，使微粒元素物质渗透至铝合金半成品中，保温保压一段时间后，先降温，再泄压，微粒为微米级别或纳米级别物质，微粒的粒径为10um，所述升压是以1MPa/h进行上升压力，所述保温保压的时间为10h，温度为700℃，压力为200MPa；

本实施例中的其他原料中包含以下元素：铜1%、镁0.9%、锌1.2%、锰0.3%、硅9%，所述微量元素包含以下元素：钛0.09%、锆0.02%、镧0.02%、铈0.02%、钕0.02%，所述高强度铝合金还包含其他不可避免的微量杂质元素，其余为铝元素。

实施例3

一种高强度铝合金的铸造方法，包括以下步骤：

（1）铝锭熔融：将铝锭置于熔融炉中在氮气气氛下进行梯度式升温使铝锭慢慢熔融，熔融完成进行精炼去除杂质后备用，梯度式升温是指以20℃每分钟的速率进行温度上升，每上升100℃的时候保持恒温20min，再继续上升，直至铝锭呈流体状态；

（4）微量元素渗透：将步骤（3）中得到的铝合金半成品置于高压炉中逐步升温至软化状态，将微量元素物质粉碎成微粒后，分散到高压炉中密闭后进行升压，使微粒元素物质渗透至铝合金半成品中，保温保压一段时间后，先降温，再泄压，微粒为微米级别或纳米级别物质，微粒的粒径为1um，所述升压是以0.6MPa/h进行上升压力，所述保温保压的时间为8h，温度为700℃，压力为150MPa；

本实施例中的其他原料中包含以下元素：铜0.8%、镁0.7%、锌1%、锰0.2%、硅8%，所述微量元素包含以下元素：钛0.08%、锆0.01%、镧0.01%、铈0.01%、钕0.01%，所述高强度铝合金还包含其他不可避免的微量杂质元素，其余为铝元素。

实施例4

一种高强度铝合金的铸造方法，包括以下步骤：

（1）铝锭熔融：将铝锭置于熔融炉中在氮气气氛下进行梯度式升温使铝锭慢慢熔融，梯度式升温是指以20℃每分钟的速率进行温度上升，每上升100℃的时候保持恒温15-30min，再继续上升，直至铝锭呈流体状态；

（2）其他原料熔融混合：将其他原料和微量元素物质粉碎成微粒后分别在氮气气氛下进行熔融后，依次加入到步骤（1）的熔融铝中，并混合均匀备用，其中其他原料的熔融是将各原料分别以20℃每分钟的速率升温，直到升温至物料呈流动状态后直接混合至熔融铝中；

（4）加工成型：将渗透了微量元素的铝合金半成品转移至成型模具中进行熔融成型，降温后得到成品，熔融成型是先将适量渗透后的铝合金半成品加入到模具中，通过缓慢升温后流动填充模具，再进行冷却取出成型产品；

其中实施例1-实施例3是完全按照本申请的操作步骤进行的，实施例4中去除微量元素的渗透，直接将微量元素和其他物料一起，分别熔融后加入到铝锭中进行铸造。对实施例1-4中制备的铝合金按国家标准GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》和GB5237-2004进行测试，试验设备：铝合金抗拉强度试验机、布氏硬度计，并在Falex-6 型摩擦磨损试验机上进行干摩擦实验，在载荷为8.9N时磨损率，实验测试的数据如表1所示。

表1 各实施例的实验数据对比

综合以上实施例，只有完全按照本申请中的操作步骤实施，通过加压渗透的方式将微量元素渗透至铝锭熔融体中，才能制备出真正高强的铝合金，本发明的方法制备的铝合金强度性能和磨耗性能远高于其他传统方法制备的铝合金。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高强度铝合金的铸造方法，其特征在于：包括以下步骤：

（ 1 ）铝锭熔融：将铝锭置于熔融炉中在氮气气氛下进行梯度式升温使铝锭慢慢熔融，熔融完成进行精炼去除杂质后备用；

（ 2 ）其他原料熔融混合：将其他原料分别在氮气气氛下进行熔融后，依次加入到步骤（1）的熔融铝中，并混合均匀备用，其他原料中包含以下元素：铜0.7-1%、镁0.5-0.9%、锌0.8-1.2%、锰0.1-0.3%、硅6-9%；

（ 3 ）加工强化：将步骤（2）中熔融后的混合物降温冷却至再结晶温度以下进行压延拉伸，反复进行多次后，得到铝合金半成品；

（ 4 ）微量元素渗透：将步骤（3）中得到的铝合金半成品置于高压炉中逐步升温至软化状态，将微量元素物质粉碎成微粒后，分散到高压炉中密闭后进行升压，使微粒元素物质渗透至铝合金半成品中，保温保压一段时间后，先降温，再泄压，其中微量元素包含以下元素：钛0.06-0.09%、锆0.01-0.02%、镧0.01-0.02%、铈0.01-0.02%、钕0.01-0.02%；

（ 5 ）加工成型：将渗透了微量元素的铝合金半成品转移至成型模具中进行熔融成型，降温后得到成品。

2.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金的铸造方法，其特征在于：所述高强度铝合金包含其他不可避免的微量杂质元素，其余为铝元素。

3.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金的铸造方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述梯度式升温是指以20℃每分钟的速率进行温度上升，每上升100℃的时候保持恒温15-30min，再继续上升，直至铝锭呈流体状态。

4.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金的铸造方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述其他原料的熔融是将各原料分别以20℃每分钟的速率升温，直到升温至物料呈流动状态后直接混合至熔融铝中。

5.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金的铸造方法，其特征在于：在步骤（3）中，所述降温是呈梯度式降温，以10℃每分钟的速度进行降温，直至整体成型不流动，所述压延拉伸是经过使用压延机在高温下进行碾压拉拔后折回反复操作。

6.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金的铸造方法，其特征在于：在步骤（4）中，所述微粒为微米级别或纳米级别物质，所述升压是以0.5-1MPa/h进行上升压力，所述保温保压的时间为2-10h，温度为650-700℃，压力为100-200MPa。

7.根据权利要求6所述的一种高强度铝合金的铸造方法，其特征在于：所述微粒的粒径为0.1-10um。

8.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金的铸造方法，其特征在于：在步骤（5）中，所述熔融成型是先将适量渗透后的铝合金半成品加入到模具中，通过缓慢升温后流动填充模具，再进行冷却取出成型产品。