CN111500909A - 一种铸造铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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吴磊
谭磊
付建国
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王志恭
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Abstract

本发明公开了一种铸造铝合金材料，该材料的化学成分重量百分比组成为：Zn：3.0‑5.0％，Mg：1.8‑2.8％，Mn：0.3‑0.7％，Ti：0.2‑0.5％，Fe：≤0.5％，Cu：≤0.6％，其余为Al和≤1％的杂质；所述的一种铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)预热；(2)熔化；(3)制备铝合金溶液；(4)精炼：将铸造铝合金溶液调温至725℃‑735℃精炼；(5)撇渣：精炼完毕后静置15min‑20min，撇渣，将铸造铝合金溶液调温至720℃‑725℃浇铸试棒；(6)试棒进行固溶处理：固溶温度520℃‑530℃；保温时间12h‑15h；水冷；水温80℃‑100℃；转移时间5s‑15s；(7)试棒进行时效处理：时效温度170℃‑180℃；保温时间4h‑6h；空冷至室温。本发明与现有技术相比的优点在于：力学性能好、操作简单。

Description

一种铸造铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体是指一种铸造铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铸造铝合金是以熔融金属充填铸型，获得一定形状和尺寸零件的铝合金，具有低密度、比强度较高，抗蚀性和铸造工艺性良好，受零件结构设计限制小等优点。大多数铸造铝合金可通过热处理，达到强化合金、消除内应力、稳定组织和尺寸等目的。用于制造燃汽轮叶片、泵体、轮毂、变速箱、仪器仪表壳体等零件；广泛应用于汽车、航空、航天、机械设备、仪器仪表等各行各业。现有技术中的铸造铝合金按元素可分为四个系列，即：铝硅系、铝铜系、铝镁系及铝锌系。铝硅系合金具有良好的铸造性能，经热处理后，具有良好的力学性能和耐蚀性能，是应用最广的铝合金。但在需要高硬度的铸件时，其耐冲击性能会下降，在承受冲击载荷和振动时，铸件会产生裂纹、断裂等。铝铜系合金具有较高的强度和热稳定性，但铸造性能差；合金组织中会有脆性相CuAl2，导致合金脆化。铝镁系合金具有强度高、耐蚀性最佳、密度小及较好的气密性。但在实际生产条件下进行的热处理无法实现使合金达到理想的固溶度。铝锌系合金具有良好的铸造性能和力学性能，但合金密度大，不适用于有重量要求的零件。现有技术中的铸造铝合金的制备方法在使用时，不仅在获得较高的力学性能时，会产生塑性差、延伸率差、耐冲击性能差等问题，在承受冲击载荷和振动时，铸件会产生裂纹、断裂等，力学性能差，使用效果不好，而且操作复杂，浪费了大量时间和人力，不便于使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种力学性能好、操作简单的一种铸造铝合金材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种铸造铝合金材料，该材料的化学成分重量百分比组成为：Zn：3.0-5.0％，Mg：1.8-2.8％，Mn：0.3-0.7％，Ti：0.2-0.5％，Fe：≤0.5％，Cu：≤0.6％，其余为Al和≤1％的杂质；
所述的一种铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)预热：将工业精铝在720℃下预热一段时间；
(2)熔化：将预热完毕的工业精铝加热熔化；
(3)制备铝合金溶液：待熔化完全后，升温至745℃-755℃，分批加入计算好的合金元素，待合金元素完全熔化后用石墨棒搅拌10min-15min；
(4)精炼：将铸造铝合金溶液调温至725℃-735℃精炼；
(5)撇渣：精炼完毕后静置15min-20min，撇渣，将铸造铝合金溶液调温至720℃-725℃浇铸试棒；
(6)试棒进行固溶处理：固溶温度520℃-530℃；保温时间12h-15h；水冷；水温80℃-100℃；转移时间5s-15s；
(7)试棒进行时效处理：时效温度170℃-180℃；保温时间4h-6h；空冷至室温。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的一种铸造铝合金材料及其制备方法利用Zn、Mg、Mn、Ti、Fe、Cu和Al制造了一种新型的铸造铝合金材料，此新型铸造铝合金具有良好的铸造性能，在经热处理强化后，获得良好的力学性能，同时保持有良好的塑性、耐冲击性能；在对其进行制备时，不需要复杂的制备技术、庞大的附加设备和大量金属，降低了生产成本，减少了工时，操作简单，省时省力，便于使用。
作为改进，所述杂质的重量百分比组成为：Ni：＜0.05％，Pb：＜0.02％，Sn：＜0.03％。
作为改进，所述工业精铝的纯度为99.99％。
作为改进，所述(1)中的预热时间为0.5h-2h。
作为改进，所述(2)中的熔化温度为725℃-735℃。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能一次限定本发明的保护范围。
实施例1
一种铸造铝合金材料，该材料的化学成分重量百分比组成为：Zn：3.0％，Mg：1.8％，Mn：0.3％，Ti：0.2％，Fe：0.5％，Cu：0.6％，其余为Al和1％的杂质；
所述的一种铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)预热：将工业精铝在720℃下预热一段时间；
(2)熔化：将预热完毕的工业精铝加热熔化；
(3)制备铝合金溶液：待熔化完全后，升温至745℃，分批加入计算好的合金元素，待合金元素完全熔化后用石墨棒搅拌10min；
(4)精炼：将铸造铝合金溶液调温至725℃精炼；
(5)撇渣：精炼完毕后静置15min，撇渣，将铸造铝合金溶液调温至720℃浇铸试棒；
(6)试棒进行固溶处理：固溶温度520℃；保温时间12h；水冷；水温80℃；转移时间5s；
(7)试棒进行时效处理：时效温度170℃；保温时间4h；空冷至室温。
实施例2
一种铸造铝合金材料，该材料的化学成分重量百分比组成为：Zn：4.0％，Mg：2.3％，Mn：0.5％，Ti：0.35％，Fe：0.4％，Cu：0.5％，其余为Al和0.8％的杂质；
所述的一种铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)预热：将工业精铝在720℃下预热一段时间；
(2)熔化：将预热完毕的工业精铝加热熔化；
(3)制备铝合金溶液：待熔化完全后，升温至750℃，分批加入计算好的合金元素，待合金元素完全熔化后用石墨棒搅拌12min；
(4)精炼：将铸造铝合金溶液调温至730℃精炼；
(5)撇渣：精炼完毕后静置18min，撇渣，将铸造铝合金溶液调温至722℃浇铸试棒；
(6)试棒进行固溶处理：固溶温度525℃；保温时间13.5h；水冷；水温90℃；转移时间10s；
(7)试棒进行时效处理：时效温度175℃；保温时间5h；空冷至室温。
实施例3
一种铸造铝合金材料，该材料的化学成分重量百分比组成为：Zn：5.0％，Mg：2.8％，Mn：0.7％，Ti：0.5％，Fe：0.3％，Cu：0.4％，其余为Al和0.6％的杂质；
所述的一种铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)预热：将工业精铝在720℃下预热一段时间；
(2)熔化：将预热完毕的工业精铝加热熔化；
(3)制备铝合金溶液：待熔化完全后，升温至755℃，分批加入计算好的合金元素，待合金元素完全熔化后用石墨棒搅拌15min；
(4)精炼：将铸造铝合金溶液调温至735℃精炼；
(5)撇渣：精炼完毕后静置20min，撇渣，将铸造铝合金溶液调温至725℃浇铸试棒；
(6)试棒进行固溶处理：固溶温度530℃；保温时间15h；水冷；水温100℃；转移时间15s；
(7)试棒进行时效处理：时效温度180℃；保温时间6h；空冷至室温。
为提高铸造铝合金的塑性和耐冲击性，本发明在ZL401的基础上，通过调整铸造铝合金的组分及重量百分比，达到保证铸造铝合金强度的同时提高合金的塑性和耐冲击性，本发明研制的新型铸造铝合金(合金代号为ZL524)与ZL401合金性能对比结果如表1所示：
Figure BDA0002488388690000031
表1本发明研制的铸造铝合金与ZL401合金性能对比结果
从表中可以看出，本发明的铸造铝合金在同等硬度的下，其抗拉强度、延伸率均为高于ZL401，即本发明的新型铸造铝合金在保证强度的同时，提高了合金的塑性和耐冲击性。因此，本发明的新型铸造铝合金综合力学性能高于ZL401合金。
制作试板进行力学性能(σb、δs、HBS)检测，性能如下：σb≥255MPa、δs≥3.5％、HBS≥98HB。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种铸造铝合金材料，其特征在于，该材料的化学成分重量百分比组成为：Zn：3.0-5.0％，Mg：1.8-2.8％，Mn：0.3-0.7％，Ti：0.2-0.5％，Fe：≤0.5％，Cu：≤0.6％，其余为Al和≤1％的杂质；
所述的一种铸造铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预热：将工业精铝在720℃下预热一段时间；
(2)熔化：将预热完毕的工业精铝加热熔化；
(3)制备铝合金溶液：待熔化完全后，升温至745℃-755℃，分批加入计算好的合金元素，待合金元素完全熔化后用石墨棒搅拌10min-15min；
(4)精炼：将铸造铝合金溶液调温至725℃-735℃精炼；
(5)撇渣：精炼完毕后静置15min-20min，撇渣，将铸造铝合金溶液调温至720℃-725℃浇铸试棒；
(6)试棒进行固溶处理：固溶温度520℃-530℃；保温时间12h-15h；水冷；水温80℃-100℃；转移时间5s-15s；
(7)试棒进行时效处理：时效温度170℃-180℃；保温时间4h-6h；空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种铸造铝合金材料，其特征在于：所述杂质的重量百分比组成为：Ni：＜0.05％，Pb：＜0.02％，Sn：＜0.03％。
3.根据权利要求1所述的一种铸造铝合金材料，其特征在于：所述工业精铝的纯度为99.99％。
4.根据权利要求1所述的一种铸造铝合金材料，其特征在于：所述(1)中的预热时间为0.5h-2h。
5.根据权利要求1所述的一种铸造铝合金材料，其特征在于：所述(2)中的熔化温度为725℃-735℃。
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