CN111266554B - 一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金生产加工技术领域，具体地，涉及一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，包括如下步骤：a）制备铝合金熔体：将铝合金置于加热炉内，高温加热熔炼铝合金，使铝合金熔化至金属液；b）浇注前模具和铸形的准备；c）浇注：铝合金汽车配件在挤压铸造机上进行铸造，包括升液、充型、增压、保压、凝固、卸压，成型为铝合金汽车配件；d）冷却至室温；e）松型脱模和取出铝合金汽车配件；f）对制备得到的铝合金汽车配件进行形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征。本发明的铝合金挤压铸造工艺制备的铝合金汽车配件，抗拉强度≥430MPa，屈服≥380MPa，延伸率≥8％。

Description

一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法
技术领域
本发明属于铝合金生产与深加工技术领域，具体地，涉及一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法。
背景技术
铝合金具有较好的强度、韧性、导电性、导热性，常用作结构材料，在航空航天、电子工业、汽车制造领域得到了广泛的应用；但铝合金抗拉强度低、硬度低、耐腐蚀性差，使其在工业上的应用受到了限制。铝合金制品的挤压铸造是一种液态成型工艺，是对浇入模具型腔内的液态合金施加较高的机械压力，使其凝固成型，制成机械零件和制品。
目前，直接挤压铸造是将液态金属直接浇入金属模具内，随后合模，实现金属液充填流动，使金属液充填全部型腔，继续升压和保压使铸件凝固，冷却后脱模，完成铸造的全过程；随着技术的发展，铝合金异形、复杂零件较多，液态金属在铸造充型过程中加压凝固难度大，尤其是角部、边缘部位和异形结构部位，很难进行加压凝固，致使铸造中形成缩松和缩孔，对铸件的质量造成很大的危害；还有的采用间接挤压铸造，用成型压头，将铝合金液挤入型腔内，由压头和凹模组成的内浇道将压力传递到铸件上；但压头只是部分加压铸件，铸件的金相组织结构的致密性较低，而且金属液注入模腔后，由于随着金属液充填流动，金属液温度已经下降，浇道部分也已开始凝固，传递压力效果不好，因此铸件经常有缩孔和缩松现象。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法。
本发明所采用的技术方案：本发明提供了一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，其特征在于：包括如下步骤：
(a)制备铝合金熔体：将铝合金置于加热炉内，高温加热熔炼铝合金，使铝合金熔化至金属液；
(b)浇注前模具和铸形的准备：挤压铸造机上采用可拆卸的挤压铸造模具，使用前用空气去除铝渣和砂芯的燃烧剩余物，然后上好涂料进行保养，检查气密性，观察浇口是否堵塞，检测开合模具有无错位密封问题；
(c)浇注：铝合金汽车配件在挤压铸造机上进行铸造，包括升液、充型、增压、保压、凝固、卸压，成型为铝合金汽车配件，铝合金熔体在735～745℃下进行挤压铸造，保压压力为 60～80MPa，保压时间15～20s，模具型腔的温度为280～300℃，充型速度为0.25m/s；在铸件凝固过程中，根据铸件不同部位的凝固先后顺序，分阶段进行二次挤压，二次挤压压力为 20～30MPa，保压时间6～8s，使挤压压力在合金凝固的过程中合理分布；
(d)冷却：冷却速率为200～400K/s，直至冷却至室温；
(e)脱模：松型脱模和取出铝合金汽车配件；
(f)对制备得到的铝合金汽车配件进行形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征。
进一步地，所述铝合金包括由以下质量百分含量的的成分组成：Zn：8.9～13.0％，Mg：2.1～3.6％，Cu：1.2～2.8％，Mn：0.3～0.6％，Cr：0.2～0.5％，Zr：0.2～0.4％，Ti：0.05～0.15％，Sr：0.6～0.8％，Si：0.5～0.7％，Fe：0.1～0.15％，B：0.01～0.05％，其余是Al。
进一步地，所述步骤a中，包括了烘料工序：将工业纯铝、工业纯锌、工业纯铁、工业纯镁、工业纯锰、工业纯铬、速溶硅、铝铜中间合金、铝钛硼中间合金、铝锶和铝锆中间合金原料分别预热至200～300℃，保温0.5～2小时。
进一步地，所述步骤a中，烘料结束后还包括了熔炼工序：温度至200～300℃时，加入工业纯铝，铝铜中间合金，搅拌至熔清；熔体温度降至680～700℃之间时，加入工业纯锌、工业纯铁、工业纯镁、工业纯铬熔化，搅拌至熔清。
进一步地，所述步骤a中，熔炼工序结束还包括了精炼工序(3)：精炼：熔体升温至735～745℃，加入精炼剂进行精炼，10～20分钟；撇去浮渣，静置熔体。
进一步地，所述步骤a中，精炼工序(3)结束还包括了除气工序(4)：向精炼工序(3)中制备所得的熔体中加入覆盖剂，保护气氛中搅拌5～10分钟。
进一步地，所述步骤a中，除气工序(4)结束后还包括细化工序(5)：向除气工序(4)中制备所得的熔体中加入速溶硅、铝钛硼中间合金、铝锶中间合金、铝锆中间合金，进行细化，撇去浮渣，获得铝合金熔体。
进一步地，所述步骤a中，细化工序(5)结束后还包括分析工序(6)：将撇渣后的熔体搅拌均匀，取样进行成分分析，取样时熔体温度不低于740℃，分析合格后可进行导液铸造。
进一步地，所述精炼剂为KCl-NaCl基体精炼剂。
进一步地，所述覆盖剂由KCl、NaCl、Na3AlF6按照质量比10：7：3的比例混合制成。
本发明的有益效果是：
本发明精确设计和控制铝合金的成分，铝合金的各合金化元素协同作用，在Al～Cu～Mg～Zn 的基础上，添加了Fe相和Si相，还添加了Zr、Ti、Sr、B，使得其具有很高的强度，良好的延伸率，低自然时效效应。本发明的铝合金挤压铸造工艺制备的铝合金汽车配件，抗拉强度≥430MPa，屈服≥380MPa，延伸率≥8％；并且加工成型性能好、组织致密，满足高强度、高韧性、高致密度汽车铝合金零部件的挤压铸造生产和热处理强化的需求。本发明的挤压铸造过程简单、可控性强、成本低，生产效率高、绿色环保。
具体实施方式
下面将通过几个具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例只是为了说明问题，并不是一种限制。
实施例1：
一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，包括如下步骤：
(a)制备铝合金熔体：将铝合金置于加热炉内，高温加热熔炼铝合金，使铝合金熔化至金属液；
(b)浇注前模具和铸形的准备：挤压铸造机上采用可拆卸的挤压铸造模具，使用前用空气去除铝渣和砂芯的燃烧剩余物，然后上好涂料进行保养，检查气密性，观察浇口是否堵塞，检测开合模具有无错位密封问题；
(c)浇注：铝合金汽车配件在挤压铸造机上进行铸造，包括升液、充型、增压、保压、凝固、卸压，成型为铝合金汽车配件，铝合金熔体在735～745℃下进行挤压铸造，保压压力为 80MPa，保压时间20s，模具型腔的温度为300℃，充型速度为0.25m/s；在铸件凝固过程中，根据铸件不同部位的凝固先后顺序，分阶段进行二次挤压，二次挤压压力为30MPa，保压时间6s，使挤压压力在合金凝固的过程中合理分布；
(d)冷却：冷却速率为250K/s，直至冷却至室温；
(e)脱模：松型脱模和取出铝合金汽车配件；
(f)对制备得到的铝合金汽车配件进行形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征。
进一步地，所述铝合金包括由以下质量百分含量的的成分组成：Zn：13.0％，Mg：3.6％，Cu：2.8％，Mn：0.6％，Cr：0.5％，Zr：0.4％，Ti：0.5％，Sr：0.8％，Si：0.7％， Fe：0.1％，B：0.04％，其余是Al。
进一步地，所述步骤a中，包括了烘料工序：将工业纯铝、工业纯锌、工业纯铁、工业纯镁、工业纯锰、工业纯铬、速溶硅、铝铜中间合金、铝钛硼中间合金、铝锶和铝锆中间合金原料分别预热至300℃，保温1小时。
进一步地，所述步骤a中，烘料结束后还包括了熔炼工序：温度至700℃时，加入工业纯铝，铝铜中间合金，搅拌至熔清；熔体温度降至680℃之间时，加入工业纯锌、工业纯铁、工业纯镁、工业纯铬熔化，搅拌至熔清。
进一步地，所述步骤a中，熔炼工序结束还包括了精炼工序(3)：精炼：熔体升温至735～745℃，加入精炼剂进行精炼，20分钟；撇去浮渣，静置熔体。
进一步地，所述步骤a中，精炼工序(3)结束还包括了除气工序(4)：向精炼工序(3)中制备所得的熔体中加入覆盖剂，保护气氛中搅拌10分钟。
进一步地，所述步骤a中，除气工序(4)结束后还包括细化工序(5)：向除气工序(4)中制备所得的熔体中加入速溶硅、铝钛硼中间合金、铝锶中间合金、铝锆中间合金，进行细化，撇去浮渣，获得铝合金熔体。
进一步地，所述步骤a中，细化工序(5)结束后还包括分析工序(6)：将撇渣后的熔体搅拌均匀，取样进行成分分析，取样时熔体温度不低于740℃，分析合格后可进行导液铸造。
进一步地，所述精炼剂为KCl-NaCl基体精炼剂。
进一步地，所述覆盖剂由KCl、NaCl、Na3AlF6按照质量比10：7：3的比例混合制成。
进一步地，所述步骤c的挤压铸造机为串缸立式挤压铸造机，能够在竖直方向进行二次加压，有利于厚度大的部位的成型和铸件整体性能的提高。
实施例2：
一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，包括如下步骤：
(a)制备铝合金熔体：将铝合金置于加热炉内，高温加热熔炼铝合金，使铝合金熔化至金属液；
(b)浇注前模具和铸形的准备：挤压铸造机上采用可拆卸的挤压铸造模具，使用前用空气去除铝渣和砂芯的燃烧剩余物，然后上好涂料进行保养，检查气密性，观察浇口是否堵塞，检测开合模具有无错位密封问题；
(c)浇注：铝合金汽车配件在挤压铸造机上进行铸造，包括升液、充型、增压、保压、凝固、卸压，成型为铝合金汽车配件，铝合金熔体在735～745℃下进行挤压铸造，保压压力为 70MPa，保压时间18s，模具型腔的温度为320℃，充型速度为0.25m/s；在铸件凝固过程中，根据铸件不同部位的凝固先后顺序，分阶段进行二次挤压，二次挤压压力为25MPa，保压时间7s，使挤压压力在合金凝固的过程中合理分布；
(d)冷却：冷却速率为300K/s，直至冷却至室温；
(e)脱模：松型脱模和取出铝合金汽车配件；
(f)对制备得到的铝合金汽车配件进行形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征。
进一步地，所述铝合金包括由以下质量百分含量的的成分组成：Zn：11.2％，Mg：2.8％，Cu：2.0％，Mn：0.4％，Cr：0.4％，Zr：0.3％，Ti：0.6％，Sr：0.7％，Si：0.6％， Fe：0.15％，B：0.02％，其余是Al。
进一步地，所述步骤a中，包括了烘料工序：将工业纯铝、工业纯锌、工业纯铁、工业纯镁、工业纯锰、工业纯铬、速溶硅、铝铜中间合金、铝钛硼中间合金、铝锶和铝锆中间合金原料分别预热至280℃，保温1小时。
进一步地，所述步骤a中，烘料结束后还包括了熔炼工序：温度至720℃时，加入工业纯铝，铝铜中间合金，搅拌至熔清；熔体温度降至700℃之间时，加入工业纯锌、工业纯铁、工业纯镁、工业纯铬熔化，搅拌至熔清。
进一步地，所述步骤a中，熔炼工序结束还包括了精炼工序(3)：精炼：熔体升温至735～745℃，加入精炼剂进行精炼，15分钟；撇去浮渣，静置熔体。
进一步地，所述步骤a中，精炼工序(3)结束还包括了除气工序(4)：向精炼工序(3)中制备所得的熔体中加入覆盖剂，保护气氛中搅拌10分钟。
进一步地，所述步骤a中，除气工序(4)结束后还包括细化工序(5)：向除气工序(4)中制备所得的熔体中加入速溶硅、铝钛硼中间合金、铝锶中间合金、铝锆中间合金，进行细化，撇去浮渣，获得铝合金熔体。
进一步地，所述步骤a中，细化工序(5)结束后还包括分析工序(6)：将撇渣后的熔体搅拌均匀，取样进行成分分析，取样时熔体温度不低于740℃，分析合格后可进行导液铸造。
进一步地，所述精炼剂为KCl-NaCl基体精炼剂。
进一步地，所述覆盖剂由KCl、NaCl、Na3AlF6按照质量比10：7：3的比例混合制成。
进一步地，所述步骤c的挤压铸造机为串缸立式挤压铸造机，能够在竖直方向进行二次加压，有利于厚度大的部位的成型和铸件整体性能的提高。
实施例3：
一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，包括如下步骤：
(a)制备铝合金熔体：将铝合金置于加热炉内，高温加热熔炼铝合金，使铝合金熔化至金属液；
(b)浇注前模具和铸形的准备：挤压铸造机上采用可拆卸的挤压铸造模具，使用前用空气去除铝渣和砂芯的燃烧剩余物，然后上好涂料进行保养，检查气密性，观察浇口是否堵塞，检测开合模具有无错位密封问题；
(c)浇注：铝合金汽车配件在挤压铸造机上进行铸造，包括升液、充型、增压、保压、凝固、卸压，成型为铝合金汽车配件，铝合金熔体在735～745℃下进行挤压铸造，保压压力为 60MPa，保压时间15s，模具型腔的280℃，充型速度为0.25m/s；在铸件凝固过程中，根据铸件不同部位的凝固先后顺序，分阶段进行二次挤压，二次挤压压力为20MPa，保压时间8s，使挤压压力在合金凝固的过程中合理分布；
(d)冷却：冷却速率为200K/s，直至冷却至室温；
(e)脱模：松型脱模和取出铝合金汽车配件；
(f)对制备得到的铝合金汽车配件进行形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征。
进一步地，所述铝合金包括由以下质量百分含量的的成分组成：Zn：8.9％，Mg：2.1％，Cu：1.2％，Mn：0.3％，Cr：0.2％，Zr：0.2％，Ti：0.65％，Sr：0.6％，Si：0.5％， Fe：0.12％，B：0.03％，其余是Al。
进一步地，所述步骤a中，包括了烘料工序：将工业纯铝、工业纯锌、工业纯铁、工业纯镁、工业纯锰、工业纯铬、速溶硅、铝铜中间合金、铝钛硼中间合金、铝锶和铝锆中间合金原料分别预热至280℃，保温1.5小时。
进一步地，所述步骤a中，烘料结束后还包括了熔炼工序：加热至温度710℃时，加入工业纯铝，铝铜中间合金，搅拌至熔清；熔体温度将至690℃之间时，加入工业纯锌、工业纯铁、工业纯镁、工业纯铬熔化，搅拌至熔清。
进一步地，所述步骤a中，熔炼工序结束还包括了精炼工序(3)：精炼：熔体升温至735～745℃，加入精炼剂进行精炼，10分钟；撇去浮渣，静置熔体。
进一步地，所述步骤a中，精炼工序(3)结束还包括了除气工序(4)：向精炼工序(3)中制备所得的熔体中加入覆盖剂，保护气氛中搅拌6分钟。
进一步地，所述步骤a中，除气工序(4)结束后还包括细化工序(5)：向除气工序(4)中制备所得的熔体中加入速溶硅、铝钛硼中间合金、铝锶中间合金、铝锆中间合金，进行细化，撇去浮渣，获得铝合金熔体。
进一步地，所述步骤a中，细化工序(5)结束后还包括分析工序(6)：将撇渣后的熔体搅拌均匀，取样进行成分分析，取样时熔体温度不低于740℃，分析合格后可进行导液铸造。
进一步地，所述精炼剂为KCl-NaCl基体精炼剂。
进一步地，所述覆盖剂由KCl、NaCl、Na3AlF6按照质量比10：7：3的比例混合制成。
进一步地，所述步骤c的挤压铸造机为串缸立式挤压铸造机，能够在竖直方向进行二次加压，有利于厚度大的部位的成型和铸件整体性能的提高。
按中华人民共和国国家标准GMN/T16865-2013，将实施例的挤压铸造铝合金汽车配件，在DNS-200型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2毫米/分钟，拉伸力学性能如表1所示。
表1实施例1～3得到的铝合金汽车配件缩孔和力学性能分析结果
实施例1 实施例2 实施例3
缩孔情况 无缩孔 无缩孔 无缩孔
抗拉强度MPa 432.3 430.5 428.9
屈服强度MPa 384.2 381.0 378.7
伸长率％ 8.2 8.1 8.0
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，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，其特征在于：包括如下步骤：
（a）制备铝合金熔体：将铝合金置于加热炉内，高温加热熔炼铝合金，使铝合金熔化至金属液；所述铝合金包括由以下质量百分含量的成分组成：Zn：8.9~13.0%，Mg：2.1~3.6%，Cu：1.2~2.8%，Mn：0.3~0.6%，Cr：0.2~0.5%，Zr：0.2~0.4%，Ti：0.05~0.15%，Sr：0. 6~0.8%，Si：0. 5~0.7%，Fe：0.1~0.15%，B：0.01~0.05%，其余是Al；
（b）浇注前模具和铸形的准备：挤压铸造机上采用可拆卸的挤压铸造模具，使用前用空气去除铝渣和砂芯的燃烧剩余物，然后上好涂料进行保养，检查气密性，观察浇口是否堵塞，检测开合模具有无错位密封问题；
（c）浇注：铝合金汽车配件在挤压铸造机上进行铸造，包括升液、充型、增压、保压、凝固、卸压，成型为铝合金汽车配件，铝合金熔体在735~745℃下进行挤压铸造，保压压力为60~80MPa，保压时间15~20s，模具型腔的温度为280~300℃，充型速度为0.25m/s；在铸件凝固过程中，根据铸件不同部位的凝固先后顺序，分阶段进行二次挤压，二次挤压压力为20~30MPa，保压时间6~8s，使挤压压力在合金凝固的过程中合理分布；
（d）冷却：冷却速率为200~400K/s，直至冷却至室温；
（e）脱模：松型脱模和取出铝合金汽车配件；
（f）对制备得到的铝合金汽车配件进行形貌、色泽、金相组织结构、力学性能的检测、分析和表征；得到的铝合金汽车配件抗拉强度≥430MPa，屈服≥380MPa，延伸率≥8％。
2.根据权利要求1所述的一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤a中，包括了烘料工序：将工业纯铝、工业纯锌、工业纯铁、工业纯镁、工业纯锰、工业纯铬、速溶硅、铝铜中间合金、铝钛硼中间合金、铝锶和铝锆中间合金原料分别预热至200~300℃，保温0.5~2小时。
3.根据权利要求2所述的一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤a中，烘料结束后还包括了熔炼工序：温度至200~300℃时，加入工业纯铝，铝铜中间合金，搅拌至熔清；熔体温度降至680~700℃之间时，加入工业纯锌、工业纯铁、工业纯镁、工业纯锰、工业纯铬熔化，搅拌至熔清。
4.根据权利要求3所述的一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤a中，熔炼工序结束还包括了精炼工序（3）：精炼：熔体升温至735~745℃，加入精炼剂进行精炼，10~20分钟；撇去浮渣，静置熔体。
5.根据权利要求4所述的一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤a中，精炼工序（3）结束还包括了除气工序（4）：向精炼工序（3）中制备所得的熔体中加入覆盖剂，保护气氛中搅拌5~10分钟。
6.根据权利要求5所述的一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤a中，除气工序（4）结束后还包括细化工序（5）：向除气工序（4）中制备所得的熔体中加入速溶硅、铝钛硼中间合金、铝锶中间合金、铝锆中间合金，进行细化，撇去浮渣，获得铝合金熔体。
7.根据权利要求6所述的一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤a中，细化工序（5）结束后还包括分析工序（6）：将撇渣后的熔体搅拌均匀，取样进行成分分析，取样时熔体温度不低于740℃，分析合格后可进行导液铸造。
8.根据权利要求4所述的一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，其特征在于：所述精炼剂为KCl-NaCl基体精炼剂。
9.根据权利要求5所述的一种高强度无缩孔的铝合金汽车配件的挤压铸造方法，其特征在于：所述覆盖剂由KCl、NaCl、Na3AlF6按照质量比10：7：3的比例混合制成。
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