CN113862554A

CN113862554A - 一种用于铝合金切锯的合金及其制备方法

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Publication number: CN113862554A
Application number: CN202111158787.0A
Authority: CN
Inventors: 杜玉洲; 蒋百铃; 张欣昱; 王鑫; 颜国君; 刘保建
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2021-12-31
Anticipated expiration: 2041-09-30
Also published as: CN113862554B

Abstract

本发明公开了一种用于铝合金切锯的合金，按照质量百分比由以下原料组分构成：C 3.2％～3.9％，Si 2.0％～3.0％，Mn≤0.2％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cu≤0.8％，其他元素≤1％，余量为Fe，以上各组分含量的总和应为100％。本发明还公开了该合金的制备方法：步骤1、选用含碳质量百分比为4.5％、硅质量百分比1.5％的面包铁，含碳质量百分比为0.3％普通废钢，含硅质量百分比为75％、铁质量百分比25％的75硅铁，按质量百分比C3.5％，Si2.5％，余量为Fe进行称取；步骤2、高温融化各原料并加入孕育剂和球化剂；步骤3、浇注得铸件；步骤4、将铸件保温后盐浴。本发明大大降低铝材加工过程中热量的产生，避免粘刀现象的发生并提高切锯的使用寿命。

Description

一种用于铝合金切锯的合金及其制备方法

技术领域

本发明属于切锯材料技术领域，具体涉及一种用于铝合金切锯的合金，本发明还涉及一种用于铝合金切锯的合金的制备方法。

背景技术

随着人类对于铝制品需求的增长，铝材加工成为当前铝合金制品发展不可避免的程序。但是与切割钢等其他金属不同，铝合金切割过程中极易发生“粘刀”现象。铝屑粘刀的问题会直接致使铝材最终的锯切品质下降，并且锯片的运行状态也会直接受到影响。当前铝合金锯切刀片采用高速钢，当锯片高速切铝过程中因锯片与铝合金之间的高摩擦系数使得在接触表面产生巨大的热量，而铝材的融点很低，因此铝合金基材或产生的铝碎屑易发生软化，从而表现出铝切割过程中的“粘刀”现象。但是，采用“镶钳”有硬质合金层的锯片切割铝制品过程中可很大程度上减弱“粘刀”现象，据此，有学者提出高速钢材质的铝锯片切割铝制品过程中之所以产生大量的热量是由于铝与其表面的四氧化三铁发生铝热反应导致的，而在锯齿表面“镀”一层硬质合金因无铝热反应发生而不会生成大量热，从而有效的避免了切铝过程中的“粘刀”问题。但是采用高速钢切片上“镶钳”硬质合金的方式会大大提高成本。当前铝材加工企业为了避免铝材粘刀问题常采用使用微量润滑装置，该装置可在锯片工作期间将具有自润滑特性的铝用切削液以雾化的形式喷射到锯片上，一方面依靠喷射压力将铝屑从切割部位吹走，另一方面可将积攒在锯片上的热量有效导出，从而使得切铝锯片自身工作时的温度被控制在合理的温度范围内。但是这种方式提高了铝材加工的复杂程序。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于铝合金切锯的合金，解决了现有铝合金切锯材料存在的铝合金切割时容易出现铝屑粘刀的问题。

本发明的另一目的是提供一种用于铝合金切锯的合金的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种用于铝合金切锯的合金，按照质量百分比由以下原料组成：C3.2％～3.9％，Si2.0％～3.0％，Mn≤0.2％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cu≤0.8％，其他元素≤1.0％，余量为Fe，以上各组分含量的总和应为100％。

本发明所采用的另一种技术方案是，一种用于铝合金切锯的合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、选用含碳质量百分比为4.1％～4.5％、硅质量百分比为1.0％～1.5％的面包铁，含碳质量百分比不小于0.3％的普通废钢，75硅铁，按质量百分比C3.2％～3.9％，Si2.0％～3.0％，余量为Fe进行称取；

步骤2、将步骤1中称取的各原料置于感应炉中进行高温融化得到混合液体，并在混合液体中加入孕育剂和球化剂；

步骤3、将步骤2中加入孕育剂和球化剂后的混合液体注入水平连铸炉中，得到铸件；

步骤4、将步骤3中得到的铸件置于马弗炉中保温，然后取出并淬入盐浴并保温1～5h，得到铝合金切锯的合金材料。

本发明另一技术方案的特点还在于：

步骤2中高温熔化的温度为1500-1560℃。

步骤3中将加入孕育剂和球化剂后的混合液体注入水平连铸炉之前需要将水平连铸炉预热至200℃，并将加入孕育剂和球化剂后的混合液体采用水平连铸法得到铸件。

步骤2中孕育剂选用硅铁，球化剂选用稀土镁，孕育剂的添加量为混合液体质量的1.1％～1.5％，球化剂的添加量为混合液体质量的1.0％～1.8％。

步骤4中铸件在马弗炉中的保温时间是1～2h，保温温度是850℃～950℃。

步骤4中铸件的盐浴温度为200℃～400℃。

步骤4中铸件从马弗炉中取出到进入盐浴时间的间隔不超过30s。

本发明的有益效果是：

(1)本发明一种用于铝合金切锯的合金一方面可有效降低铝材加工过程中的摩擦系数，减少热量的生成，从而可避免铝屑粘刀问题并提高刀具使用寿命，另一方面尽可能的降低了石墨与基体之间的应力集中，保证了材料的强韧性；

(2)本发明一种用于铝合金切锯的合金经热处理后所获得的由纳米α相和高碳γ相的组成的基体保证了高强度，合金中的双立方晶体结构保证了其塑性。

附图说明

图1是本发明一种用于铝合金切锯的合金及其制备方法中实施例1制备的合金的球墨分布状态的显微组织图；

图2是本发明一种用于铝合金切锯的合金及其制备方法中实施例2制备的合金的基体透射显微组织图；

图3是本发明一种用于铝合金切锯的合金及其制备方法中实施例3制备的合金与硬质合金两种材料制备刀具切割铝材后的铝材表面形貌的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种用于铝合金切锯的合金，按照质量百分比由以下原料组分构成：C3.2％～3.9％，Si2.0％～3.0％，Mn≤0.2％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cu≤0.8％，其他元素≤1％，余量为Fe，以上各组分含量的总和应为100％。

一种用于铝合金切锯的合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、选用含碳质量百分比为4.1％～4.5％、硅质量百分比为1.0％～1.5％的面包铁，含碳质量百分比不小于0.3％的普通废钢，75硅铁，按质量百分比C3.2％～3.9％，Si2.0％～3.0％，余量为Fe进行称取。

步骤2、将步骤1中称取的各原料进行高温融化得到混合液体，并在混合液体中加入孕育剂和球化剂；其中融化场景是在感应炉中进行的，高温熔化的温度是1500-1560℃；

孕育剂选用硅铁，球化剂选用稀土镁，孕育剂的添加量为混合液体质量的1.1％～1.5％，球化剂的添加量为混合液体质量的1.0％～1.8％，加入球化剂和孕育剂的目的是为了促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，获得球形石墨。

步骤3、将步骤2中加入孕育剂和球化剂后的混合液体注入水平连铸炉中，采用水平连铸法得到铸件；其中在将加入孕育剂和球化剂后的混合液体注入水平连铸炉之前需要将水平连铸炉预热200℃；

其中，铸件在马弗炉中的保温时间是1～2h，保温温度是850℃～950℃，目的是获得碳元素分布均匀且超高碳含量的均一奥氏体组织，铸件的盐浴温度为200℃～400℃，铸件从马弗炉中取出到进入盐浴时间的间隔不超过30s，是为了获得纳米级α相和高碳γ相，铸件从马弗炉中取出到进入盐浴时间的间隔不超过30s，目的是为了防止固溶在γ相中的碳析出。

实施例1

步骤1、选用含碳质量百分比为4.1％～4.5％、硅质量百分比为1.0％～1.5％的面包铁，含碳质量百分比不小于0.3％的普通废钢，75硅铁，按质量百分比C3.5％，Si2.5％，余量为Fe进行称取。

步骤2、将步骤1中称取的各原料进行在感应炉中进行高温融化得到混合液体，并向混合液体中加入孕育剂和球化剂，其中孕育剂的添加量为混合液体质量的1.1％，球化剂的添加量为混合液体质量的1.0％。

步骤3、将加入孕育剂和球化剂后的混合液体注入预热后的水平连铸炉中，采用水平连铸法得到铸件。

步骤4、将铸件置于马弗炉中保温后取出淬入盐浴并保温，得铝合金切锯的合金材料。

其中，铸件在马弗炉中保温温度为850℃，时间1h；盐浴温度200℃，盐浴时间1h；铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间为20s。

如图1所示，为铝合金切锯的专用材料的球墨分布状态的显微组织图，可以看出，其球化率不小于80％，有效减少铝合金切锯在受力过程中的应力集中而提高其塑性。

实施例2

步骤1、选用含碳质量百分比为4.1％～4.5％、硅质量百分比为1.0％～1.5％的面包铁，含碳质量百分比不小于0.3％的普通废钢，75硅铁，按质量百分比C3.2％，Si2.5％，余量为Fe进行称取。

步骤2、将步骤1中称取的各原料进行在感应炉中进行高温融化得到混合液体，并向混合液体中加入孕育剂和球化剂，其中孕育剂的添加量为混合液体质量的1.5％，球化剂的添加量为混合液体质量的1.0％。

其中，铸件在马弗炉中保温温度为900℃，时间为2h；盐浴温度400℃，盐浴时间1h；铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间为20s。

如图2所示，为经过热处理后的铝合金切锯的专用材料的显微组织图，可以看出该材料基体为纳米尺度α相和高碳γ相，纳米尺度α相和高碳γ相可提供大面积界面面积，进而通过晶界强化提高强度。

实施例3

步骤1、选用含碳质量百分比为4.1％～4.5％、硅质量百分比为1.0％～1.5％的面包铁，含碳质量百分比不小于0.3％的普通废钢，75硅铁，按质量百分比C3.9％，Si2.5％，余量为Fe进行称取。

步骤2、将步骤1中称取的各原料进行在感应炉中进行高温融化得到混合液体，并向混合液体中加入孕育剂和球化剂，其中孕育剂的添加量为混合液体质量的1.3％，球化剂的添加量为混合液体质量的1.5％。

其中，铸件在马弗炉中保温温度为950℃，时间1.5h；盐浴温度400℃，盐浴时间2h；铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间为15s。

如图3所示，采用制备出的合金与硬质合金分别锯切铝材所得到的铝材料表面，可以明显看出采用本发明材料锯切的铝表面更为光滑。

实施例4

步骤1、选用含碳质量百分比为4.1％～4.5％、硅质量百分比为1.0％～1.5％的面包铁，含碳质量百分比不小于0.3％的普通废钢，75硅铁，按质量百分比C3.5％，Si2.0％，余量为Fe进行称取。

步骤2、将步骤1中称取的各原料进行在感应炉中进行高温融化得到混合液体，并向混合液体中加入孕育剂和球化剂，其中孕育剂的添加量为混合液体质量的1.4％，球化剂的添加量为混合液体质量的1.3％。

其中，铸件在马弗炉中保温温度为900℃，时间1.5h；盐浴温度300℃，盐浴时间4h；铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间为5s。

实施例5

步骤1、选用含碳质量百分比为4.1％～4.5％、硅质量百分比为1.0％～1.5％的面包铁，含碳质量百分比不小于0.3％的普通废钢，75硅铁，按质量百分比C3.9％，Si3.0％，余量为Fe进行称取。

步骤2、将步骤1中称取的各原料进行在感应炉中进行高温融化得到混合液体，并向混合液体中加入孕育剂和球化剂，其中孕育剂的添加量为混合液体质量的1.2％，球化剂的添加量为混合液体质量的1.2％。

其中，铸件在马弗炉中保温温度为950℃，时间1.5h；盐浴温度200℃，盐浴时间2h；铸件从马弗炉取出到进入盐浴的间隔时间为5s。

本发明一种用于铝合金切锯的合金的制备方法制备出的合金，其中Si可在合金表面形成一层致密的SiO₂氧化膜，抑制了铝热反应的发生，大大降低铝材加工过程中热量的产生，避免粘刀现象的发生，并且制备过程中经热处理后所获得的由纳米α相和高碳γ相的组成的基体保证了材料的高强度，合金中球磨的双立方晶体结构，有效减少合金在受力过程中的应力集中而提高其塑性。

Claims

1.一种用于铝合金切锯的合金，其特征在于，按照质量百分比由以下原料组分构成：C3.2％～3.9％，Si2.0％～3.0％，Mn≤0.2％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cu≤0.8％，其他元素≤1％，余量为Fe，以上各组分含量的总和应为100％。

2.一种用于铝合金切锯的合金的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤2、将步骤1中称取的原料置于感应炉中进行高温融化得到混合液体，并在混合液体中加入孕育剂和球化剂；

3.根据权利要求2所述的一种用于铝合金切锯的合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中高温熔化的温度为1500-1560℃。

4.根据权利要求2所述的一种用于铝合金切锯的合金的制备方法，其特征在于，所述步骤3中将加入孕育剂和球化剂后的混合液体注入水平连铸炉之前需要将水平连铸炉预热至200℃，并将加入孕育剂和球化剂后的混合液体采用水平连铸法得到铸件。

5.根据权利要求2所述的一种用于铝合金切锯的合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中孕育剂选用硅铁，球化剂选用稀土镁，孕育剂的添加量为混合液体质量的1.1％～1.5％，球化剂的添加量为混合液体质量的1.0％～1.8％。

6.根据权利要求2所述的一种用于铝合金切锯的合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中铸件在马弗炉中的保温时间是1～2h，保温温度是850℃～950℃。

7.根据权利要求2所述的一种用于铝合金切锯的合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中铸件的盐浴温度为200℃～400℃。

8.根据权利要求2所述的一种用于铝合金切锯的合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中铸件从马弗炉中取出到进入盐浴时间的间隔不超过30s。