CN112725646A - 铝硅合金及其制备方法 - Google Patents

铝硅合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种铝硅合金及其制备方法。铝硅合金包括以下质量百分比的成分：3.5％‑4.5％的硅；0.7％‑1.0％的镁；0.5％‑0.7％的锰；0.03％‑0.1％的钛；余量的铝。铝硅合金的制备方法包括以下步骤：称取原料；熔炼原料至全部熔化；浇注熔化后的原料，形成棒料；均匀化处理棒料，并冷却；预热并挤压成型棒料，形成合金产品；在线水冷合金产品，并经时效处理。本申请所制备的合金产品的屈服强度可以达到280‑320MPa，边部再结晶区厚度小于1mm，切削性能较好，且合金产品中不含有铅和铜，既符合环保要求，又可以提高合金产品的耐腐蚀性能，使其能够应用于耐腐蚀性能要求较高的场合。

Description

铝硅合金及其制备方法
技术领域
本申请涉及精密零件加工制备技术领域，特别是涉及一种铝硅合金及其制备方法。
背景技术
易切削铝合金是现代精密仪器重要的原材料之一，该类合金具有断屑性能好，加工后表面光洁度高的特点。传统的易切削铝合金有2011和6262，其基本原理都是在合金中加入铅(Pb)和铋(Bi)，在合金中形成低熔点共晶相，在切削过程中低熔点共晶相软化和熔化有利于切削的断裂，从而获得良好的切削性能。但是由于铅(Pb)对人体有害，国外一些国家已经颁布法令，禁止含铅铝合金的应用，因此急需一种新型铝合金，以替代传递传统的含铅铝合金。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本申请实施例提供了一种铝硅合金及其制备方法。具体的技术方案如下：
第一方面，提供一种铝硅合金，其包括以下质量百分比的成分：3.5％-4.5％的硅；0.7％-1.0％的镁；0.5％-0.7％的锰；0.03％-0.1％的钛；余量的铝。
在第一方面的第一种可能实现方式中，余量的铝中的铁杂质质量百分比在0.20％以下。
第二方面，提供一种铝硅合金的制备方法，其包括以下步骤：按照上述第一方面中任一项的铝硅合金称取原料；熔炼原料至全部熔化；浇注熔化后的原料，形成棒料；均匀化处理棒料，并冷却；预热并挤压成型棒料，形成合金产品；在线水冷合金产品，并经时效处理。
在第二方面的第一种可能实现方式中，浇注熔化后的原料时，原料在凝固的过程中先生成Mg2Si，随着温度继续降低，过剩的Si在晶界析出。
在第二方面的第二种可能实现方式中，预热棒料的热温度为460-480℃。
在第二方面的第三种可能实现方式中，合金产品中的硅是以α+Si共晶体、Mg2Si和游离Si形式存在的。
在第二方面的第四种可能实现方式中，时效处理合金产品时的温度为170-180℃，时间为8h。
在第二方面的第五种可能实现方式中，合金产品的边部再结晶区厚度小于1mm。
在第二方面的第六种可能实现方式中，合金产品的屈服强度为280MPa-320MPa。
在第二方面的第七种可能实现方式中，浇铸原料之前还包括以下步骤：预热铸造过程中所用的设备，并对流槽、除气箱、过滤箱和模盘进行烘烤。
本申请与现有技术相比具有的优点有：
本申请的铝硅合金及其制备方法，其所制备的合金产品的屈服强度可以达到280-320MPa，边部再结晶区厚度小于1mm，切削性能较好，且合金产品中不含有铅和铜，既符合环保要求，又可以提高合金产品的耐腐蚀性能，使其能够应用于耐腐蚀性能要求较高的场合。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请一实施例的铝硅合金的制备方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本申请的一实施例中，按铝硅合金质量百分比的成分称取原料，该原料的成分为3.5％-4.5％的硅(Si)、0.7％-1.0％的镁(Mg)、0.5％-0.7％的锰(Mn)、0.03％-0.1％的钛(Ti)，余量为铝(Al)。需要说明的是，余量为铝(Al)的含义是作为杂质成分，而铁(Fe)是不可避免的杂质，它与Al和Si结合，形成Al-Fe-Si和合金，该类化合物在受力情况下容易成为裂纹起源，因此铁杂质的质量百分比优选在0.20％以下。
请参考图1，其示出了本申请一实施例的铝硅合金的制备方法的步骤流程示意图；如图所示，按照上述称取的原料制备铝硅合金，铝硅合金的制备方法1包括以下步骤101至步骤104，其中：
步骤101，熔炼原料。将原料加入熔炼炉中，执行熔炼工艺，将原料熔炼至全部熔化，形成铝液，其中Ti主要在铸造过程中以钛硼丝形式加入，促进形核，减少浇铸过程中的开裂。
步骤102，浇铸成型棒料。预热铸造过程中所用的设备，并对流槽、除气箱、过滤箱和模盘进行烘烤，接着采用铸造工艺，将原料浇铸于模具内，待其冷却固化后，形成棒料，而在原料/合金凝固的过程中，首先生成Mg2Si，如此可以提高合金的强度，在温度继续降低的过程中，过剩的Si在晶界析出，形成细小游离的Si颗粒，如此可以显著的提高合金的断屑性能，从而提高产品的切削性能，待其冷却固化后，形成棒料。
步骤103，均匀化处理棒料。对棒料进行均匀化处理，以消除合金凝固过程中Si、Mg等合金元素的偏析，同时使容易成为裂纹源的针状β相Al5FeSi转化为骨骼状的α相(Al8Fe2Si)，均匀化处理温度优选设置为460-470℃，具体的可以设置为460℃、465℃或470℃，但不以此为限。
步骤104，挤出成型棒料。切割棒料至所需长度，形成铝合金短棒，然后将铝合金短棒放置于挤压机加温炉内预热，而由于铝合金短棒温度过低，变形抗力大，且力学性能较低，坯料温度过高，挤压表面容易发生粘着，从而导致表面不良，因此铝合金短棒的预热温度优选设置为460-470℃，预热完成之后，通过模具挤出成型，形成合金产品。
步骤105，水冷及时效处理。合金产品挤出成型后，先经在线水冷，再经过175±5℃/8h时效处理，如此可以使合金产品的屈服强度达到280-320MPa。
本实施例的铝硅合金的制备方法1所制备的合金产品的边部再结晶区厚度小于1mm，且合金产品中不含有铅和铜，既符合环保要求，又可以提高合金产品的耐腐蚀性能，使其能够应用于耐腐蚀性能要求较高的场合。同时合金产品中的3.5-4.5％硅主要以α+Si共晶体、Mg2Si和游离Si的形式存在，Mg2Si可以增强合金的强度，使其屈服强度至280MPa以上，从而可以适用于强度和硬度要求较高的场合，少量的游离Si可以使铝合金在切削过程中易于断屑，加工性能好，加工后表面光洁度高。
同时，本实施例限定了合金中的Mg的质量百分比在0.70-1.0％之间，这样可以避免因Mg含量低于0.70％，铝合金的强度达不到310MPa，Mg含量超过1.0％，导致铝合金的挤压性能和韧性恶化的问题。同时本实施例还限定了合金中的Mn的质量百分限定0.5-0.7％之间，这样可以避免过Mn含量过低不能抑制晶粒粗大，过高则使淬火敏感性增强的问题。
以下将结合具体实施例进一步说明本申请铝硅合金及其制备方法的有益效果。
实施例1
1、按铝硅合金质量百分比的成分称取原料，该原料的质量百分比成分为3.9％-4.0％的Si、0.6％的Mn、0.75％的Mg、0.06％的Ti，余量的Al。
2、将上述称取的原料加入熔炼炉内，执行熔炼工艺，将原料熔炼至全部熔化，形成铝液；
3、对流槽、除气箱、过滤箱模盘进行电加热烘烤，然后采用铸造工艺，将原料浇铸于模具内，待其冷却固化后，形成棒料；
4、执行均匀化工序，均匀化处理温度优选设置为470℃，对棒料进行均匀化处理；
5、铸棒切割至所需长度，将铸棒放置于挤压机加温炉内预热后，预热温度设置为460℃，预热完成之后，通过模具挤出成型，形成合金产品；
6、合金产品挤出成型后，先经在线水冷，再经过175±5℃/8h时效处理，获得最终合金产品；
7、测试合金产品的再结晶区厚度小于等于0.5mm，屈服强度为350MPa，切削断屑性能较好，切削后表面粗糙度较好。
实施例2
1、按铝硅合金质量百分比的成分称取原料，该原料的质量百分比成分为3.75％的Si、0.6％的Mn、0.85％的Mg、0.05％的Ti，余量的Al。
2、将上述称取的原料加入熔炼炉内，执行熔炼工艺，将原料熔炼至全部熔化，形成铝液；
3、对流槽、除气箱、过滤箱模盘进行电加热烘烤，然后采用铸造工艺，将原料浇铸于模具内，待其冷却固化后，形成棒料；
4、执行均匀化工序，均匀化处理温度优选设置为470℃，对棒料进行均匀化处理；
5、铸棒切割至所需长度，将铸棒放置于挤压机加温炉内预热后，预热温度设置为460℃，预热完成之后，通过模具挤出成型，形成合金产品；
6、合金产品挤出成型后，先经在线水冷，再经过175±5℃/8h时效处理，获得最终合金产品；
7、测试合金产品的再结晶区厚度小于等于0.5mm，屈服强度为330MPa，切削断屑性能较好，切削后表面粗糙度较好。
实施例3
1、按铝硅合金质量百分比的成分称取原料，该原料的质量百分比成分为3.5-3.6％的Si、0.6％的Mn、0.95％的Mg、0.06％的Ti，余量的Al。
2、将上述称取的原料加入熔炼炉内，执行熔炼工艺，将原料熔炼至全部熔化，形成铝液；
3、对流槽、除气箱、过滤箱模盘进行电加热烘烤，然后采用铸造工艺，将原料浇铸于模具内，待其冷却固化后，形成棒料；
4、执行均匀化工序，均匀化处理温度优选设置为470℃，对棒料进行均匀化处理；
5、铸棒切割至所需长度，将铸棒放置于挤压机加温炉内预热后，预热温度设置为460℃，预热完成之后，通过模具挤出成型，形成合金产品；
6、合金产品挤出成型后，先经在线水冷，再经过175±5℃/8h时效处理，获得最终合金产品；
7、测试合金产品的再结晶区厚度小于等于0.5mm，屈服强度为310MPa，切削断屑性能较好，切削后表面粗糙度较好。
根据上述实施例1、实施例2及实施例3的测试数据可知，本申请铝硅合金的制备方法所制备的合金产品的屈服强度可以达到280-320MPa，切削断屑性能较好，也即切削过程中易于断屑，加工性能好，且切削后表面粗糙度较好，也即加工后表面光洁度高。
综上所述，本申请提供了一种铝硅合金及其制备方法，其所制备的合金产品的屈服强度可以达到280-320MPa，边部再结晶区厚度小于1mm，切削性能较好，且合金产品中不含有铅和铜，既符合环保要求，又可以提高合金产品的耐腐蚀性能，使其能够应用于耐腐蚀性能要求较高的场合。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铝硅合金，其特征在于，包括以下质量百分比的成分：
3.5％-4.5％的硅；
0.7％-1.0％的镁；
0.5％-0.7％的锰；
0.03％-0.1％的钛；
余量的铝。
2.根据权利要求1所述的铝硅合金，其特征在于，所述余量的铝中的铁杂质质量百分比在0.20％以下。
3.一种铝硅合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照上述权利要求1-2中任一项所述的铝硅合金称取原料；
熔炼所述原料至全部熔化；
浇注熔化后的所述原料，形成棒料；
均匀化处理所述棒料，并冷却；
预热并挤压成型所述棒料，形成合金产品；
在线水冷所述合金产品，并经时效处理。
4.根据权利要求3所述的铝硅合金的制备方法，其特征在于，浇注熔化后的所述原料时，所述原料在凝固的过程中先生成Mg2Si，随着温度继续降低，过剩的Si在晶界析出。
5.根据权利要求3所述的铝硅合金的制备方法，其特征在于，预热所述棒料的热温度为460-480℃。
6.根据权利要求3所述的铝硅合金的制备方法，其特征在于，所述合金产品中的硅是以α+Si共晶体、Mg2Si和游离Si形式存在的。
7.根据权利要求3所述的铝硅合金的制备方法，其特征在于，时效处理所述合金产品时的温度为170-180℃，时间为8h。
8.根据权利要求3所述的铝硅合金的制备方法，其特征在于，所述合金产品的边部再结晶区厚度小于1mm。
9.根据权利要求3所述的铝硅合金的制备方法，其特征在于，所述合金产品的屈服强度为280MPa-320MPa。
10.根据权利要求3所述的铝硅合金的制备方法，其特征在于，浇铸所述原料之前还包括以下步骤：预热铸造过程中所用的设备，并对流槽、除气箱、过滤箱和模盘进行烘烤。
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