CN114182142A - 一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种Al‑Si‑Cu‑Mg‑Mn压铸铝合金及其制备方法，本发明属于压铸铝硅合金技术领域，具体涉及一种Al‑Si‑Cu‑Mg‑Mn压铸铝合金及其制备方法。本发明要解决现有压铸铝合金铸造时易产生龟裂，内部组织不致密、存在气孔、夹渣和生产成本高的问题。压铸铝合金按质量百分比由10.5～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.5～3.5％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量Al组成。方法：称取熔炼原料；进行熔炼；制备铸造熔体；合金熔体进行铸造得到压铸铝合金。本发明用于压铸铝合金的制备。
Description
技术领域
本发明属于压铸铝硅合金技术领域，具体涉及一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金及其制备方法。
背景技术
Al-Si-Cu-Mg-Mn合金属多元铝合金，具有高强度、易成型、良好的铸造性能、较高的气密性、良好切削加工性和焊接性等优点，广泛应用于汽车工业。目前，在工业生产过程中，就发动机缸盖材料来看铝合金正在逐步替代灰铸铁或合金铸铁。由于发动机缸盖形状较为复杂，致使所使用的铝合金材料必须要有良好的机械性能和铸造性能。该压铸铝合金利用再生铝和低品位的废铝为原材料进行生产，最大限度使用废铝料这就对熔炼工艺和熔体质量提出更高要求。该合金属高硅合金在铸造时表面易产生龟裂，保证金属硅充分合金化确保铸锭组织致密，无气孔、夹渣成为内部质量控制的关键，通过合金成分优化达到生产成本与性能的最优匹配。
发明内容
本发明是要解决现有压铸铝合金铸造时易产生龟裂，内部组织不致密、存在气孔、夹渣和生产成本高的问题，而提供一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金及其制备方法。
一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金按质量百分比由10.5～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.5～3.5％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。
一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的制备方法是按以下步骤完成的：
一、按质量百分比10.5～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.5～3.5％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.1％、Ni≤0.3％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al进行配料，分别称取铝锭、金属铜、金属硅、铁添加剂、铝废料作为熔炼原料；
二、将铝锭装入天然气炉中，开始升温，待铝锭完全熔化塌陷后形成熔料液面，向炉内加入金属铜，撒入覆盖剂，待熔体温度为700～720℃时进行扒渣，撒入清渣剂，以50℃/h的速率升温至870～920℃，扒尽表面浮渣，随后将金属硅加入，再继续进行搅拌，得到熔体；
三、当金属铜和金属硅充分合金化后向熔体中加入铝废料，边加边搅拌；然后在温度为710～730℃的条件下搅拌5～10min，取样分析合格后覆盖上清渣剂得到合金熔体；
四、向合金熔体内通入氮气精炼3～10min，再静置20～30min，然后扒尽表面浮渣，撒入覆盖剂静置20～30min，得到纯净合金熔体；
五、将纯净合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中进行浇铸，得到压铸铝合金；所述浇铸的铸造速度为11～19mm/min，铸造温度为670～730℃。
本发明有益效果：
本发明针对不同合金的特性选择不同的加入时机，解决了各元素充分合金化的问题；通入氮气精炼和流入过滤装置，可以有效减少熔体中H2和氧化夹杂物；通过成分优化，解决了生产成本和性能的最优匹配。按照上述方法得到的压铸铝合金锭表面未有龟裂，断口组织致密，生产成本最低，提高了现有方法制备质量缺陷和生产成本较高的问题。
具体实施方式
本发明技术方案不限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金按质量百分比由10.5～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.5～3.5％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。
本实施方式中各元素的作用：
1.Si的作用：硅能改善合金的铸造性能，由于硅的凝固潜热比铝高，所以硅会加大铝合金的流动性。硅晶粒具有较高的硬度且化学稳定性好，使铝合金具有更高的耐磨性和耐蚀性。
2.Cu的作用：在铝合金中加入铜可以增强铝合金的抗腐蚀性和机械强度。铜加入铝硅合金中后，可提高铝合金的硬度和高温力学性能，铜的固溶还可以提高铝合金的抗疲劳强度。
3.Mn的作用：锰在铝合金中的作用可以减少铁产生的有害影响，可以使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织。
4.Mg的作用：铝硅合金中加入少量镁可以形成Mg2Si相，可以增加铝合金的强度。镁可以提高铝合金的耐蚀性和强度，粘膜的倾向相应减少，使得压铸件表面光滑，电镀性得到改善。
本实施方式中Cr、Ni、Zn、Pb、Ti、Sn元素为杂质元素，保证不超标准范围即可。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金按质量百分比由11.3～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.5～3.5％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。其他与具体实施方式一相同。
本实施方式中将Si的含量控制在11.3～12.0％，是由于在Al-Si合金共晶点附近，合金的流动性最优、补缩能力最强，而且能够避免在实际生产中出现铸锭表面龟裂的现象。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金按质量百分比由11.3～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.7％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。其他与具体实施方式一或二相同。
本实施方式将Cu的含量限定为1.7％，综合考虑性能指标、成分偏析和生产成本，最大程度提高抗拉强度。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金按质量百分比由11.3～12.0％Si、0.62～0.65％Fe、1.7％Cu、0.45～0.47％Mn、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金中Fe+2Mn+3Cr≤1.65％。其他与具体实施方式一至四之一相同。
本实施方式生产中由于生产工具都为铁制工具，高温下铁制工具会给熔体带入铁元素，为了保证Fe含量的稳定，生产工具在进入熔体前应喷涂料。综合考虑生产成本将Mn含量按0.45～0.47％、Fe含量按0.62～0.65％配制。
具体实施方式六：本实施方式一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的制备方法是按以下步骤完成的：
一、按质量百分比10.5～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.5～3.5％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.1％、Ni≤0.3％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al进行配料，分别称取铝锭、金属铜、金属硅、铁添加剂、铝废料作为熔炼原料；
二、将铝锭装入天然气炉中，开始升温，待铝锭完全熔化塌陷后形成熔料液面，向炉内加入金属铜，撒入覆盖剂，待熔体温度为700～720℃时进行扒渣，撒入清渣剂，以50℃/h的速率升温至870～920℃，扒尽表面浮渣，随后将金属硅加入，再继续进行搅拌，得到熔体；
三、当金属铜和金属硅充分合金化后向熔体中加入铝废料，边加边搅拌；然后在温度为710～730℃的条件下搅拌5～10min，取样分析合格后覆盖上清渣剂得到合金熔体；
四、向合金熔体内通入氮气精炼3～10min，再静置20～30min，然后扒尽表面浮渣，撒入覆盖剂静置20～30min，得到纯净合金熔体；
五、将纯净合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中进行浇铸，得到压铸铝合金；所述浇铸的铸造速度为11～19mm/min，铸造温度为670～730℃。
本实施方式所述搅拌应在液面中部偏下均匀进行。
本实施方式所述取样的位置在炉门中线、熔体中部稍偏下部位。
本实施方式所述氮气精炼的氮气含水量不高于0.3g/m3，氮气流量控制在使熔体表面产生波动。
本实施方式所述旋转浇铸嘴提前预热，防止铸造开头凝眼。
本实施方式述铸造模具提前预热，防止模具吸潮，造成铸锭有气泡产生。
本实施方式不合格铸锭的判定方式为超薄、超厚铸锭，表面有气泡、熔渣及夹杂物的铸锭。
步骤五中所述过滤装置应使用30ppi的泡沫陶瓷过滤片，且使用过程中金属液面要高于泡沫陶瓷过滤片。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一中所述铁添加剂为75％的铁剂。其他与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：步骤一中所述铝废料为成分为1.0～2.0％Si、0.2～0.4％Fe、0.1～0.3％Cu、1.0～1.2％Mn、0.5～0.8％Mg、Cr≤0.1％、Ni≤0.3％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％。其他与具体实施方式六或七相同。
本实施方式中Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的-Mg元素和Mn元素由铝废料提供。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤二中将金属硅加入，再继续进行搅拌具体是：将金属硅用搅拌耙子压入熔体中，搅拌不少于3min。其他与具体实施方式六至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤二中将金属硅加入，再继续进行搅拌，搅拌完成后保温75～90min。其他与具体实施方式六至九之一相同。
本实施方式在加入金属硅后保温75～90min，可以保证金属硅充分合金化，并在较低成本下达到较高的实收率。
采用下述实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的制备方法是按以下步骤完成的：
一、按质量百分比11.5％Si、Fe≤0.64％、1.7％Cu、0.45％Mn、0.25％Mg、Cr≤0.18％、Ni≤0.18％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.18％、Sn≤0.01％，和余量为Al进行配料，分别称取铝锭、金属铜、金属硅、铁添加剂、铝废料作为熔炼原料；
二、将铝锭装入天然气炉中，开始升温，待铝锭完全熔化塌陷后形成熔料液面，向炉内加入金属铜，撒入覆盖剂，待熔体温度为700～720℃时进行扒渣，撒入清渣剂，以50℃/h的速率升温至900℃，扒尽表面浮渣，随后将金属硅加入，再继续进行搅拌，保温80min得到熔体；
三、当金属铜和金属硅充分合金化后向熔体中加入铝废料，边加边搅拌；然后在温度为730℃的条件下搅拌7min，取样分析合格后覆盖上清渣剂得到合金熔体；
四、向合金熔体内通入氮气精炼5min，再静置25min，然后扒尽表面浮渣，撒入覆盖剂静置25min，得到纯净合金熔体；
五、将纯净合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中进行浇铸，得到压铸铝合金；所述浇铸的铸造速度为11～19mm/min，铸造温度为685℃。
实施例一得到的压铸铝合金化学成分合格，锭表面未有龟裂，断口组织致密，生产成本最低，抗拉强度为219MPa。
实施例二：一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的制备方法是按以下步骤完成的：
一、按质量百分比11.7％Si、Fe≤0.62％、1.7％Cu、0.47％Mn、0.26％Mg、Cr≤0.18％、Ni≤0.18％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.18％、Sn≤0.01％，和余量为Al进行配料，分别称取铝锭、金属铜、金属硅、铁添加剂、铝废料作为熔炼原料；
二、将铝锭装入天然气炉中，开始升温，待铝锭完全熔化塌陷后形成熔料液面，向炉内加入金属铜，撒入覆盖剂，待熔体温度为700～720℃时进行扒渣，撒入清渣剂，以50℃/h的速率升温至900℃，扒尽表面浮渣，随后将金属硅加入，再继续进行搅拌，保温85min得到熔体；
三、当金属铜和金属硅充分合金化后向熔体中加入铝废料，边加边搅拌；然后在温度为730℃的条件下搅拌7min，取样分析合格后覆盖上清渣剂得到合金熔体；
四、向合金熔体内通入氮气精炼5min，再静置25min，然后扒尽表面浮渣，撒入覆盖剂静置25min，得到纯净合金熔体；
五、将纯净合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中进行浇铸，得到压铸铝合金；所述浇铸的铸造速度为11～19mm/min，铸造温度为685℃。
实施例二得到的压铸铝合金化学成分合格，锭表面未有龟裂，断口组织致密，生产成本最低，抗拉强度为223MPa。
Claims (10)
1.一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金，其特征在于Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金按质量百分比由10.5～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.5～3.5％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金，其特征在于Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金按质量百分比由11.3～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.5～3.5％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。
3.根据权利要求2所述的一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金，其特征在于Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金按质量百分比由11.3～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.7％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。
4.根据权利要求3所述的一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金，其特征在于Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金按质量百分比由11.3～12.0％Si、0.62～0.65％Fe、1.7％Cu、0.45～0.47％Mn、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。
5.根据权利要求4所述的一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金，其特征在于所述Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金中Fe+2Mn+3Cr≤1.65％。
6.如权利要求1所述的一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的制备方法，其特征在于Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的制备方法是按以下步骤完成的：
一、按质量百分比10.5～12.0％Si、0.6～1.0％Fe、1.5～3.5％Cu、Mn≤0.5％、0.2～0.3％Mg、Cr≤0.1％、Ni≤0.3％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al进行配料，分别称取铝锭、金属铜、金属硅、铁添加剂、铝废料作为熔炼原料；
二、将铝锭装入天然气炉中，开始升温，待铝锭完全熔化塌陷后形成熔料液面，向炉内加入金属铜，撒入覆盖剂，待熔体温度为700～720℃时进行扒渣，撒入清渣剂，以50℃/h的速率升温至870～920℃，扒尽表面浮渣，随后将金属硅加入，再继续进行搅拌，得到熔体；
三、当金属铜和金属硅充分合金化后向熔体中加入铝废料，边加边搅拌；然后在温度为710～730℃的条件下搅拌5～10min，取样分析合格后覆盖上清渣剂得到合金熔体；
四、向合金熔体内通入氮气精炼3～10min，再静置20～30min，然后扒尽表面浮渣，撒入覆盖剂静置20～30min，得到纯净合金熔体；
五、将纯净合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中进行浇铸，得到压铸铝合金；所述浇铸的铸造速度为11～19mm/min，铸造温度为670～730℃。
7.根据权利要求6所述的一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的制备方法，其特征在于步骤一中所述铁添加剂为75％的铁剂。
8.根据权利要求6所述的一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的制备方法，其特征在于步骤一中所述铝废料为成分为1.0～2.0％Si、0.2～0.4％Fe、0.1～0.3％Cu、1.0～1.2％Mn、0.5～0.8％Mg、Cr≤0.1％、Ni≤0.3％、Zn≤1.0％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％。
9.根据权利要求6所述的一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的制备方法，其特征在于步骤二中将金属硅加入，再继续进行搅拌具体是：将金属硅用搅拌耙子压入熔体中，搅拌不少于3min。
10.根据权利要求9所述的一种Al-Si-Cu-Mg-Mn压铸铝合金的制备方法，其特征在于步骤二中将金属硅加入，再继续进行搅拌，搅拌完成后保温75～90min。
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