CN114438379A - 一种针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金，包括以下重量百分比的组份：Si:1‑4％，Fe:0.1‑1.5％，Sc:0.1‑0.5％，Zr:0.1‑0.5％,Cu:0.1‑0.5％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％。本发明还公开一种铝铁硅铜合金的制备方法，本发明制备而成的铝铁硅铜合金的抗拉强度、延伸率及导热系数的结果好，铝铁硅铜合金性能极佳，使用寿命长。通过本发明的铝铁硅铜合金制成的大圆机三角座克服了传统铸铁三角座质量大、强度低、散热性差等缺陷。此种铝铁硅铜合金三角座尺寸稳定变形小、耐腐蚀、重量轻、成型性好等，完全符合生产要求。有利于提高生产效率，节约生产成本。

Description

一种针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及大圆机技术领域，特别涉及一种针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金及其制备方法。
背景技术
零部件材料轻量化的一项重要措施就是以铝代钢，铝合金具有比重轻、易成型、比强度高、耐腐蚀性好等优点，作为轻金属广泛应用于各个工业制造领域。
传统的铝铁硅铜合金大多用于航空航天、发动机活塞以及电子封装等方面，专利申请号为202010183041.4的专利文献中公开了一种高硅铝合金及其铸造方法,高硅铝合金包括以下按质量百分比计的组分:17.2％-33.6％硅、2.1-3.5％铜、0.3-0.45％镁、0.1-0.2％锰、0.08-0.12％铁、0.15-0.35％锌、0.1-0.2％钛，余量为铝和不可避免的杂质元素。该发明采用超声辅助手段有效的改善了高硅铝合金的品质，获得了理想的组织状态，并且合金具备优异的机械性能,但存在着抗拉强度较差等问题，无法满足实际使用时的需求。
专利申请号为202011070765.4中公开了一种铝硅合金及其制备方法，铝硅合金包括以下按质量百分比计组分:Mg:0.5％-0.63％；Si:≤25％；Mn:0.05％-0.08％；Cu:0.12％-0.17％；Fe:0.04％-0.06％；Ti:0.07％-0.09％；Zn:0.08％-0.12％；Mo:0.13％-0.18％；Ta:0.05％-0.09％；Pr:0.03％-0.05％；其余为A1和其他不可避免的杂质元素。该发明通过对工艺参数的优化有效的改善了铝硅合金的性能，但是其在熔炼过程中有很多弊端，在熔炼的时候未考虑合金防氧化的问题，并且在原料选择方面也未说明是否选择采用中间合金的方式来避免熔炼过程中不必要的氧化，因此其所制得的铝铁硅合金可能存在有害杂质较多的问题，不能满足生产要求。
传统大圆机的生产厂家通常采用铸铁作为三角座的原材料，并且在大圆机三角座新材料开发方面基本没有，大都为大圆机三角座结构的研发。此种材料制造的三角座不仅质量大、强度低、成本高并且使用寿命较短，从而严重影响的针织行业的快速发展。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金，其具有强度高，导热性好，质量轻等优点，使用寿命长。
本发明的第二个目的在于提出一种铝铁硅铜合金的制备方法，其制成的针织大圆机三角座具有强度高，导热性好，质量轻等优点，使用寿命长。
为达到上述目的，本发明实施例一方面提出了一种针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金，包括以下重量百分比的组份：Si:1-4％，Fe:0.1-1.5％，Sc:0.1-0.5％，Zr:0.1-0.5％,Cu:0.1-0.5％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％。
根据本发明实施例的一种针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金，在铝铁硅合金中加入2-4％Si时，合金凝固时具有较小的凝固收缩率铝铁硅合金的磨损率也能得到进一步提升。在铝铁硅合金中加入0.1-0.5％Zr，合金中Zr的加入不仅能显著细化含钪相的尺寸，而且还能够提高其密度。Sc和Zr同时加入到铝合金中，能够形成三元化合物Al3(Sc，Zr)，使Sc的作用进一步得到提升。Al3(Sc，Zr)相的结构也是LI2型，与基体共格，能够有效阻止位错的合并、迁移。在铝铁硅合金中加入0.1-0.5％的Sc，能使在合金中生成三元化合物Al3(Sc，Zr)颗粒，Al3(Sc，Zr)颗粒能有效地阻碍再结晶，抑制晶粒长大，提高合金的力学性能。并且Al3(Sc，Zr)粒子分布更加弥散，因而可以在不降低合金强度的前提下有效地改善其塑性。在铝铁硅合金中加入0.1-1.5％的Fe，Fe可以与铝合金材料中Al的发生反应生成第二相颗粒FeAl3，FeAl3可以细化晶粒，增加合金材料的硬度，同时也是铝合金材料抗腐蚀性能的主要影响因素。在铝铁硅合金中加入0.1-0.5％的Cu，Cu可以提高铝合金的硬度以及高温力学性能，其固溶作用还可以提高铝合金的抗疲劳强度。
另外，根据本发明上述实施例提出的一种针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步，针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金包括以下重量百分比的组份：Si:1％，Fe：0.1％，Sc:0.1％，Zr:0.1％，Cu:0.1％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％。
进一步，针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金包括以下重量百分比的组份：Si:2％，Fe：0.5％，Sc:0.3％，Zr:0.3％,Cu:0.3％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％。
进一步，针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金包括以下重量百分比的组份：Si:4％，Fe:1.5％，Sc:0.5％，Zr:0.5％,Cu:0.5％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％。
为达到上述目的，本发明实施例第二方面提出了一种铝铁硅铜合金的针的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1:备料,按照成分设计的百分比，将铝铁硅铜合金原料均匀混合放入真空干燥箱中进行干燥处理后备用；
步骤S2:升温,通电将真空熔炼炉加热至720-760℃；
步骤S3:加料，将Al、AlSi、AlFe、Zr、Sc以及Cu合金放入真空熔炼炉中熔炼成液态铝合金，同时进行搅拌制得第一熔体；
步骤S4:精炼调温，将步骤S3中制得的第一熔体导入静置炉中加入精炼剂进行精炼，所述精炼剂为C2Cl6，将炉子升温后，进行静置扒渣，制得第二熔体；
步骤S5:铸造，将步骤S4所得的第二熔体倒入预先准备的模具中，铸造过程中采用水进行冷却，得到铝铁硅铜合金。
根据本发明实施例的一种铝铁硅铜合金的制备方法，在制备铝铁硅铜合金时，先按照成分设计的百分比，将铝铁硅铜合金原料均匀混合放入真空干燥箱中进行干燥处理后备用；接着通电将真空熔炼炉加热至720℃；然后将Al、AlSi、AlFe、Zr、Sc以及Cu合金放入真空熔炼炉中熔炼成液态铝合金，同时进行搅拌，搅拌转速为100-150r/min，制得第一熔体；再将步骤S3中制得的第一熔体导入静置炉中加入精炼剂进行精炼，所述精炼剂为C2Cl6，将炉子升温至760-800℃，保温30分钟，接着进行静置扒渣，制得第二熔体；最后将步骤S4所得的第二熔体倒入预先准备的模具中，铸造过程中采用水进行冷却，得到铝铁硅铜合金。其制备而成的铝铁硅铜合金的抗拉强度、延伸率及导热系数的结果好，铝铁硅铜合金性能极佳。
进一步，步骤S3中的搅拌转速为100-150r/min。
进一步，步骤S4中将炉子升温至760-800℃，进行搅拌5min，转速为30-50r/min。保温30分钟静置。
进一步，步骤S5中铸造过程中采用的水温度为25-30℃。
附图说明
图1为根据本发明实施例的铝铁硅铜合金的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的一种针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金，包括以下重量百分比的组份：Si:1-4％，Fe:0.1-1.5％，Sc:0.1-0.5％，Zr:0.1-0.5％,Cu:0.1-0.5％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％。
在铝铁硅合金中加入2-4％Si时，合金凝固时具有较小的凝固收缩率铝铁硅合金的磨损率也能得到进一步提升。
在铝铁硅合金中加入0.1-0.5％Zr，合金中Zr的加入不仅能显著细化含钪相的尺寸，而且还能够提高其密度。Sc和Zr同时加入到铝合金中，能够形成三元化合物Al3(Sc，Zr)，使Sc的作用进一步得到提升。Al3(Sc，Zr)相的结构也是LI2型，与基体共格，能够有效阻止位错的合并、迁移。
在铝铁硅合金中加入0.1-0.5％的Sc，能使在合金中生成三元化合物Al3(Sc，Zr)颗粒，Al3(Sc，Zr)颗粒能有效地阻碍再结晶，抑制晶粒长大，提高合金的力学性能。并且Al3(Sc，Zr)粒子分布更加弥散，因而可以在不降低合金强度的前提下有效地改善其塑性。
在铝铁硅合金中加入0.1-1.5％的Fe，Fe可以与铝合金材料中Al的发生反应生成第二相颗粒FeAl3，FeAl3可以细化晶粒，增加合金材料的硬度，同时也是铝合金材料抗腐蚀性能的主要影响因素，因此在本发明通过无数次研究得出当Fe含量为0.1-1.5％时，其性能最佳。
在铝铁硅合金中加入0.1-0.5％的Cu，Cu可以提高铝合金的硬度以及高温力学性能，其固溶作用还可以提高铝合金的抗疲劳强度。但是在铝铁硅合金中Cu含量过少，其强化效果就不明显，Cu含量过多就会影响铝铁硅合金的塑性，因此在本发明通过无数次研究得出当Cu含量为0.1-0.5％时，其性能最佳。
本发明实施例还提出了一种铝铁硅铜合金的针的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1:备料,按照成分设计的百分比，将铝铁硅铜合金原料均匀混合放入真空干燥箱中进行干燥处理后备用。
步骤S2:升温,通电将真空熔炼炉加热至720-760℃。
步骤S3:加料，将Al、AlSi、AlFe、Zr、Sc以及Cu合金放入真空熔炼炉中熔炼成液态铝合金，同时进行搅拌制得第一熔体。
步骤S4:精炼调温，将步骤S3中制得的第一熔体导入静置炉中加入精炼剂进行精炼，所述精炼剂为C2Cl6，将炉子升温后，进行静置扒渣，制得第二熔体。
步骤S5:铸造，将步骤S4所得的第二熔体倒入预先准备的模具中，铸造过程中采用水进行冷却，得到铝铁硅铜合金。
在制备铝铁硅铜合金时，先按照成分设计的百分比，将铝铁硅铜合金原料均匀混合放入真空干燥箱中进行干燥处理后备用；接着通电将真空熔炼炉加热至720℃；然后将Al、AlSi、AlFe、Zr、Sc以及Cu合金放入真空熔炼炉中熔炼成液态铝合金，同时进行搅拌，搅拌转速为50-100r/min，制得第一熔体；再将步骤S3中制得的第一熔体导入静置炉中加入精炼剂进行精炼，所述精炼剂为C2Cl6，将炉子升温至760-800℃，进行搅拌5min，转速为30-50r/min，保温30分钟，接着进行静置扒渣，制得第二熔体；最后将步骤S4所得的第二熔体倒入预先准备的模具中，铸造过程中采用水进行冷却，得到铝铁硅铜合金。其制备而成的铝铁硅铜合金的抗拉强度、延伸率及导热系数的结果好，铝铁硅铜合金性能极佳。
作为一个示例，步骤S3中的搅拌转速为50-100r/min。通过该速度搅拌，能使真空熔炼炉中熔炼成液态铝合金进行有效混合，以便于制得第一熔体。步骤S4中将炉子升温至760-800℃，进行搅拌5min,转速为30-50r/min，保温30分钟静置，便于制成第二熔体。步骤S5中铸造过程中采用的水温度为25-30℃，以使铸造过程中能较好地进行冷却，得到性能稳定的铝铁硅铜合金。
实施例一
实施例一公开一种铝铁硅铜合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：备料，将铝铁硅铜合金原料均匀混合放入真空干燥箱中进行干燥处理后备用；
其中，铝铁硅铜合金包括以下重量百分比的组份：Si:1％，Fe：0.1％，Sc:0.1％，Zr:0.1％，Cu:0.1％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％，即Al为98.6％。
步骤S2:升温,通电将真空熔炼炉加热至720℃。
步骤S3:加料，将Al、AlSi、AlFe、Zr、Sc以及Cu合金放入真空熔炼炉中熔炼成液态铝合金，同时进行搅拌制得第一熔体。其中，搅拌转速为50r/min。
步骤S4:精炼调温，将步骤S3中制得的第一熔体导入静置炉中加入精炼剂进行精炼，所述精炼剂为C2Cl6，将炉子升温温后，进行静置扒渣，制得第二熔体，其中，将炉子升温至760℃，进行搅拌5min，转速为50r/min，静置保温30分钟。
步骤S5:铸造，将步骤S4所得的第二熔体倒入预先准备的模具中，铸造过程中采用水进行冷却，得到铝铁硅铜合金。其中，冷却水的温度为25-30℃。
实施例二
实施例二公开另一种铝铁硅铜合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：备料，将铝铁硅铜合金原料均匀混合放入真空干燥箱中进行干燥处理后备用；
其中，铝铁硅铜合金包括以下重量百分比的组份：Si:2％，Fe：0.5％，Sc:0.3％，Zr:0.3％,Cu:0.3％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％，即Al为96.6％。
步骤S2:升温,通电将真空熔炼炉加热至740℃。
步骤S3:加料，将Al、AlSi、AlFe、Zr、Sc以及Cu合金放入真空熔炼炉中熔炼成液态铝合金，同时进行搅拌制得第一熔体。其中，搅拌转速为80r/min。
步骤S4:精炼调温，将步骤S3中制得的第一熔体导入静置炉中加入精炼剂进行精炼，所述精炼剂为C2Cl6，将炉子升温后，进行静置扒渣，制得第二熔体，其中，将炉子升温至760℃，进行搅拌5min，转速为40r/min，静置保温30分钟。
步骤S5:铸造，将步骤S4所得的第二熔体倒入预先准备的模具中，铸造过程中采用水进行冷却，得到铝铁硅铜合金。其中，冷却水的温度为25-30℃。
实施例三
实施例三公开再一种铝铁硅铜合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：备料，将铝铁硅铜合金原料均匀混合放入真空干燥箱中进行干燥处理后备用；
其中，铝铁硅铜合金包括以下重量百分比的组份：Si:4％，Fe:1.5％，Sc:0.5％，Zr:0.5％,Cu:0.5％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％，即Al为93％。
步骤S2:升温,通电将真空熔炼炉加热至760℃。
步骤S3:加料，将Al、AlSi、AlFe、Zr、Sc以及Cu合金放入真空熔炼炉中熔炼成液态铝合金，同时进行搅拌制得第一熔体。其中，搅拌转速为100r/min。
步骤S4:精炼调温，将步骤S3中制得的第一熔体导入静置炉中加入精炼剂进行精炼，所述精炼剂为C2Cl6，将炉子升温后，进行静置扒渣，制得第二熔体，其中，将炉子升温至800℃进行搅拌5min，转速为30r/min，静置保温30分钟。
步骤S5:铸造，将步骤S4所得的第二熔体倒入预先准备的模具中，铸造过程中采用水进行冷却，得到铝铁硅铜合金。其中，冷却水的温度为25-30℃。
其中，表1为实施例1至3的铝铁硅铜合金测定其抗拉强度、延伸率和导热系数。使用的测定仪器为：UTM5504万能试验机、DRP-II导热系数测定仪。
表1实施例1至3的铝铁硅铜合金性能
Figure BDA0003492823210000061
由表1可以看出：
实施例一制成的铝铁硅铜合金性能中，抗拉强度为243.1，延伸率为10.6，导热系数为112.9。实施例二制成的铝铁硅铜合金性能中，抗拉强度为239.8，延伸率为11.2，导热系数为125.4，实施例三制成的铝铁硅铜合金性能中，抗拉强度为250.2，延伸率为13.4，导热系数为120.3。
实施例一至实施例三制成的铝铁硅铜合金性能中，抗拉强度为239.8-250.2，延伸率为10.6-13.4，导热系数为112.9-125.4，实施例一至实施例三制备而成的铝铁硅铜合金的抗拉强度、延伸率及导热系数的结果好，铝铁硅铜合金性能极佳。
综上所述，本发明通过选取特定成分的合金来制造铝铁硅铜合金三角座，使得其室温强度达到200MPa，能够符合三角座的要求。
本发明以Si、Fe作为主要添加元素，辅助添加Sc、Zr、Cu元素的铝铁硅合金不但比传统铝合金更轻，而且具有尺寸稳定变形小、耐腐蚀、重量轻、导热性好、噪音小、成型性好等优点，是替代铁基材料制备大圆机三角座的理想材料，应用前景十分广阔。同时铸造铝硅合金可降低能源消耗，符合低碳经济发展趋势。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (8)

1.一种针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金，其特征在于：包括以下重量百分比的组份：Si:1-4％，Fe:0.1-1.5％，Sc:0.1-0.5％，Zr:0.1-0.5％,Cu:0.1-0.5％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％。
2.如权利要求1所述的针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金，其特征在于：针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金包括以下重量百分比的组份：Si:1％，Fe：0.1％，Sc:0.1％，Zr:0.1％，Cu:0.1％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％。
3.如权利要求1所述的针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金，其特征在于：针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金包括以下重量百分比的组份：Si:2％，Fe：0.5％，Sc:0.3％，Zr:0.3％,Cu:0.3％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％。
4.如权利要求1所述的针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金，其特征在于：针织大圆机三角座用铝铁硅铜合金包括以下重量百分比的组份：Si:4％，Fe:1.5％，Sc:0.5％，Zr:0.5％,Cu:0.5％，余下为Al，各组分质量百分比之和为100％。
5.一种铝铁硅铜合金的针的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1:备料,按照成分设计的百分比，将铝铁硅铜合金原料均匀混合放入真空干燥箱中进行干燥处理后备用；
步骤S2:升温,通电将真空熔炼炉加热至720-760℃；
步骤S3:加料，将Al、AlSi、AlFe、Zr、Sc以及Cu合金放入真空熔炼炉中熔炼成液态铝合金，同时进行搅拌制得第一熔体；
步骤S4:精炼调温，将步骤S3中制得的第一熔体导入静置炉中加入精炼剂进行精炼，所述精炼剂为C2Cl6，将炉子升温后，进行静置扒渣，制得第二熔体；
步骤S5:铸造，将步骤S4所得的第二熔体倒入预先准备的模具中，铸造过程中采用水进行冷却，得到铝铁硅铜合金。
6.如权利要求5所述的铝铁硅铜合金的针的制备方法，其特征在于：步骤S3中的搅拌转速为50-100r/min。
7.如权利要求5所述的铝铁硅铜合金的针的制备方法，其特征在于：步骤S4中将炉子升温至760-800℃，进行搅拌5min，转速为30-50r/min，保温30分钟静置。
8.如权利要求5所述的铝铁硅铜合金的针的制备方法，其特征在于：步骤S5中铸造过程中采用的水温度为25-30℃。
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