CN115896557A - 一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金及其制备方法 - Google Patents
一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115896557A CN115896557A CN202211328515.5A CN202211328515A CN115896557A CN 115896557 A CN115896557 A CN 115896557A CN 202211328515 A CN202211328515 A CN 202211328515A CN 115896557 A CN115896557 A CN 115896557A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum alloy
- percent
- alloy
- ingot
- treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 207
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 77
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 76
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 18
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 26
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 17
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 17
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 16
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 15
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 12
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 7
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 6
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 8
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 4
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910018191 Al—Fe—Si Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 3
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 2
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 229910001094 6061 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018565 CuAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019018 Mg 2 Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016583 MnAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金及其制备方法，其以质量百分比计的化学成分为：Si1.0～1.2％，Mg0.9～1.1％，Cu0.35～0.45％，Mn0.3～0.5％，Bi0.7～1.0％，Ti0.03～0.08％，Sr0.03～0.05％，Fe≤0.2％，杂质单个质量含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。该制备方法中选用Al‑20Cu合金、Al‑20Si合金、Al‑65Mn合金、Al‑20Sr合金、Al‑5Ti‑B合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的镁锭、纯度为99.9％的铋锭作为原材料，采用超声波熔铸技术。本发明的铝合金强度高、耐腐蚀性能好、无铅易切削。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金及其制备方法。
背景技术
易切削铝合金主要用于制作汽车传动阀、刹车活塞、空调压缩机活塞、电子产品连接件等。传统的易切削铝合金是在2XXX和6XXX系合金的基础上加入少量的铅和铋制成。随着人们对环境问题的关注，含铅铝合金的加工废料、旧部件的回收等成为其应用的一大障碍。欧盟ROHS早已颁布法令，2006年开始主要工业国家禁止人为加铅易切削铝合金的生产和使用。
无铅易切削铝合金是向铝合金中添加不溶于基体的低熔点金属Sn、Bi等代替有毒的Pb形成低熔点组织组成物，在切削加工过程中吸收刀具和工件摩擦所产生的热量，当温度接近或超过低熔点组织组成物的熔点时，切屑易断不连续，呈现出良好的切削加工性能。然而，由于无铅易切削铝合金的研发和应用越来越广泛，对其综合性能的要求越来越高，尤其是在海洋、弱酸碱环境下，除了要求其具有较高的强度还需要保证一定的耐腐蚀性能。
现有无铅易切削铝合金的开发主要关注其强度和切削性能，未考虑其耐腐蚀性能的提高，为满足海洋、弱酸碱环境下该类型合金的应用，有必要开发一种无铅易切削铝合金材料，通过优化合金的成分配比和制备工艺，获得高强度、高耐腐蚀性能。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金及其制备方法，该铝合金强度高、耐腐蚀性能好、无铅易切削；该制备方法采用超声波处理铝合金熔体，提高铝合金的综合力学性能。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金，其以质量百分比计的化学成分为：Si1.0～1.2％，Mg0.9～1.1％，Cu0.35～0.45％，Mn0.3～0.5％，Bi0.7～1.0％，Ti0.03～0.08％，Sr0.03～0.05％，Fe≤0.2％，杂质单个质量含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。
一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金的制备方法，该制备方法用于制备上述的高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金，该方法包括以下步骤：
(1)选用Al-20Cu合金、Al-20Si合金、Al-65Mn合金、Al-20Sr合金、Al-5Ti-B合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的镁锭、纯度为99.9％的铋锭作为原材料；
(2)将步骤(1)中的原料熔化成为铝合金熔体；
(3)对铝合金熔体进行精炼后扒渣静置；
(4)对铝合金熔体进行超声处理；
(5)向铝合金熔体加入Al-5Ti-B合金丝进行晶粒细化处理；
(6)对铝合金熔体做除气过滤处理；
(7)将铝合金溶液铸造成为铝合金铸锭；
(8)对铝合金铸锭进行均匀化处理；
(9)将均匀化处理的铝合金铸锭挤压成型为铝合金型材；
(10)对铝合金型材进行固溶处理；
(11)对铝合金型材进行人工时效处理。
进一步的，所述步骤(4)中，对铝合金熔体进行超声波处理，功率为160～180W，施振时间为10～15min。
进一步的，所述步骤(5)中，将炉内铝合金熔体导入流槽，将Al-5Ti-B合金丝加入到铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理。
进一步的，所述步骤(6)中，将铝合金熔体依次流过设置在导流槽上旋转速度为200～300转/分钟、氩气流量为4～5立方米/小时的除气箱，以及孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理。
进一步的，所述步骤(7)中，将铝合金熔体在铸造温度720～740℃、铸造速度80～90mm/min、冷却水压力0.1-0.2Mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭。
进一步的，所述步骤(8)中，将铝合金铸锭加热至560～580℃均匀化处理7～9小时。
进一步的，所述步骤(9)中，将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至450～470℃，在模具温度为440-460℃、挤压筒温度为400-420℃、挤压速度为4～6mm/s条件下进行挤压成形为铝合金型材。
进一步的，所述步骤(10)中，将铝合金型材加热至535-545℃固溶处理50-70min，取出后马上进行水冷淬火。
进一步的，所述步骤(11)中，将铝合金型材加热至165～180℃保温6～8小时，进行人工时效处理。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1、本发明通过优化配方设计，能够获得高强度、耐腐蚀的无铅易切削铝合金，尤其通过添加Sr进行复合变质处理，能够细化Al-Fe-Si金属间化合物，使针状β相转变为块状和汉字状的相，提高了合金的抗拉强度，同时能细化铸态组织，使合金元素分布均匀，晶界区、晶界内部成分差别较小，提高了合金的耐腐蚀性；
2、本发明的制备方法中波采用超声铸造技术，对熔体进行最优频率的超声波处理，通过“空化效应”促使晶粒形核增多、破碎晶粒，实现晶粒细化，提高合金的综合力学性能；
3、本发明通过对合金成分和制备方法的优化设计，获得了强度高、耐腐蚀性能好的无铅易切削铝合金；本发明铝合金的抗拉强度大于520MPa，屈服强度大于480MPa，拉伸率大于10％，晶间腐蚀深度在50μm以下。
附图说明
图1是实施例1和6061铝合金的切屑形貌照片。
具体实施方式
本发明提供一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金，其以质量百分比计的化学成分为：Si1.0～1.2％，Mg0.9～1.1％，Cu0.35～0.45％，Mn0.3～0.5％，Bi0.7～1.0％，Ti0.03～0.08％，Sr0.03～0.05％，Fe≤0.2％，杂质单个质量含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。
本发明通过对合金成分的系统研究，发现当Si含量小于1.0％，Mg含量小于0.9％，Cu含量小于0.35％，铝合金的抗拉强度和屈服强度不能分别达到520MPa和480MPa，当Si含量大于1.2％，Mg含量大于1.1％，Cu含量大于0.45％，合金的塑性和耐腐性的性能则会显著恶化。只有当Si含量在1.0～1.2％，Mg含量在0.9～1.1％，Cu含量在0.35～0.45％时，铝合金才能获得高强度、高耐腐蚀性能。
本发明的铝合金的化学成分中，Bi主要是代替有毒的Pb提高合金的易切削性能，Bi的熔点为271.3℃，在切削加工过程中吸收刀具和工件摩擦所产生的热量，当温度接近或超过其熔点时，切屑易断不连续，呈现出良好的切削加工性能。但在含Mg的铝合金中容易形成Mg3Bi2，影响了强化相Mg2Si的形成，降低了合金的强度，本发明通过对合金成分的系统研究，发现当Bi含量控制在Bi0.7～1.0％时，结合其他合金元素的控制，铝合金能兼具良好的切削加工能力和较高的强度。
Sr能够细化Al-Fe-Si金属间化合物，使针状β相转变为块状和汉字状的相，提高了合金的抗拉强度，同时能细化铸态组织，使合金元素分布均匀，晶界区、晶界内部成分差别较小，提高了合金的耐腐蚀性。但是Sr成本较高，本发明通过对合金成分的系统研究，发现控制Sr在0.03～0.05％能够有效细化Al-Fe-Si金属间化合物和提高耐腐蚀性能。
Mn不仅可以提高铝合金的强度，改善其耐蚀性能，还能提高铝合金的再结晶温度，抑制铝合金的晶粒长大。另外，Mn还能溶解部分Fe，形成FeMnAl6相，减少Fe的有害影响。但Mn含量也不宜太高，否者容易形成粗大的MnAl6化合物，导致偏析严重，反而会恶化铝合金的力学性能，因此控制其含量在0.3～0.5％。
本发明的铝合金的化学成分中，Ti能够细化铝合金铸锭的晶粒，提高再结晶温度。
相应的，本发明还提供了一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金的制备方法，该制备方法用于制备上述的高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金，该方法包括以下步骤：
(1)选用Al-20Cu合金、Al-20Si合金、Al-65Mn合金、Al-20Sr合金、Al-5Ti-B合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的镁锭、纯度为99.9％的铋锭作为原材料；
(2)将步骤(1)中的原料熔化成为铝合金熔体；
(3)对铝合金熔体进行精炼后扒渣静置；
(4)对铝合金熔体进行超声处理；
(5)向铝合金熔体加入Al-5Ti-B合金丝进行晶粒细化处理；
(6)对铝合金熔体做除气过滤处理；
(7)将铝合金溶液铸造成为铝合金铸锭；
(8)对铝合金铸锭进行均匀化处理；
(9)将均匀化处理的铝合金铸锭挤压成型为铝合金型材；
(10)对铝合金型材进行固溶处理；
(11)对铝合金型材进行人工时效处理。
本发明中，Si、Mg、Cu是该系列铝合金的主要合金元素，除了通过固溶强化提高合金强度外还能通过热处理过程，改变析出强化相Mg2Si和CuAl2的尺寸及数量，达到析出强化效果。其中，Mg2Si在Al中的溶解度很大，且随温度升降剧烈变化，具有很强的时效强化效果。Si、Mg、Cu含量提高，可使铝合金的强度和硬度大大提高，但是塑性和耐腐蚀性能降低，本发明中通过限定铝合金的化学成分，获得高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金。
Fe在6系铝合金中是不可避免存在的有害杂质，这些杂质主要以硬而脆的FeAl3形式存在，FeAl3不但降低了材料的抗蚀性能，还往往容易成为裂纹源使材料发生断裂，对铝合金的强度和塑性不利。因此，需要严格控制Fe含量，本发明通过选用纯度≥99.8％的铝锭、纯度≥99.9％的铋锭、纯度≥99.9％的镁锭作为原材料，控制Fe小于0.2％，结合Mn元素的添加和后续的铸锭均匀化处理，可以消除Fe元素的负面影响。
具体的，步骤(2)中，将铝锭熔化后，加入Al-20Cu合金、Al-20Si合金和Al-65Mn合金，完全熔化后加入镁锭、铋锭和Al-20Sr合金。镁锭、铋锭和Al-20Sr合金的烧损大，在最后加入镁锭、铋锭和Al-20Sr合金，能有效降低烧损。
上述的制备方法的步骤(3)中，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为730℃，精炼2次，每次时间为25-40min，最后扒渣后静置25-40min。其中，按3公斤精炼剂/每吨铝合金熔体的比例，向熔体中加入无钠精炼剂。本发明先是通过向熔体吹入带有无钠精炼剂的氩气，对熔体进行混合除气除杂。
进一步的，所述步骤(4)中，对铝合金熔体进行超声波处理，功率为160～180W，施振时间为10～15min。具体采用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声处理。在超声处理过程中，超声波穿透熔体时在熔体内部形成一定的空化区域，这些区域会形成大量的空泡，并从附近的熔体中吸收热量，导致熔体出现大量的局部过冷，形核增多，从而实现晶粒细化，另外，不稳定的气泡破碎所产生的局部高温高压还能造成二次晶粒破碎、细化。
进一步的，所述步骤(5)中，将炉内铝合金熔体导入流槽，将Al-5Ti-B合金丝加入到铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理。其中，Al-5Ti-B合金丝加入速度为2～3m/min，Al-5Ti-B合金丝的直径为10mm。
铝合金化学成分中的Ti通过Al-5Ti-B合金丝加入，能够细化铝合金铸锭的晶粒，提高再结晶温度。控制铝合金中Ti质量含量在0.03～0.08％，结合超声处理，可使铸锭的晶粒尺寸控制在80-120微米。
为了提高铝合金的纯净度以保障铝合金获得高综合性能，所述步骤(6)中，将铝合金熔体依次流过设置在导流槽上旋转速度为200～300转/分钟、氩气流量为4～5立方米/小时的除气箱，以及孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理。将熔体依次流过除气箱和双层泡沫陶瓷过滤板，对熔体进行深度净化，减少气孔和夹杂对铝合金力学性能和耐腐蚀性能的影响。
具体的，所述步骤(7)中，将铝合金熔体在铸造温度720～740℃、铸造速度80～90mm/min、冷却水压力0.1-0.2Mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭。
为了达到很好的均质化效果，所述步骤(8)中，将铝合金铸锭加热至560～580℃均匀化处理7～9小时。在均质化处理完成后，水雾强制冷却至室温。均匀化处理能够改善合金内部的元素偏析，提高成分均匀性和可挤压性，对合金最终的力学性能有一定的提高作用。本案发明人大量实验研究后发现，本发明的铝合金的理想均匀化温度和时间是560～580℃和7～9小时，可以完全消除铸锭内部元素的宏微观偏析，使元素和粗大金属间化合物充分固溶。
优选的，所述步骤(9)中，将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至450～470℃，在模具温度为440-460℃、挤压筒温度为400-420℃、挤压速度为4～6mm/s条件下进行挤压成形为铝合金型材。发明人通过对本发明所述铝合金的挤压工艺研究后，发现将均匀化处理后的铝合金铸锭在上述条件下进行挤压成形可获得晶粒细小，大小均匀，以变形织构为主的组织，且表面质量良好。
固溶处理能够使粗大的析出相重新回溶到基体，在快速冷却的情况下获得亚稳态的过饱和固溶体，为后续时效处理析出强化作准备。本发明的所述步骤(10)中，将铝合金型材加热至535-545℃固溶处理50-70min，取出后马上进行水冷淬火。本发明所述铝合金的理想固溶温度和时间是535～545℃和50～70min，可以获得过饱和固溶度较高的合金状态。固溶温度高于545℃或时间长于70min则会引起晶粒粗化，固溶温度低于535℃或时间短于50min则会造成第二相溶入基体不充分。
进一步的，所述步骤(11)中，将铝合金型材加热至165～180℃保温6～8小时，进行人工时效处理。发明人通过对本发明所述铝合金的时效工艺研究后，发现将固溶处理后的铝合金加热至165～180℃保温6～8小时，然后随炉冷却，可以得到最大的时效强度。如果时效温度低于165℃或者时效时间小于6小时，则为亚时效，而时效温度高于180℃或者时效时间大于8小时，则会出现过时效，均达不到期望的铝合金强度。
以下通过实施例和对比例进一步阐述本发明。
实施例1
本实施例的铝合金以质量百分比的化学组成为：Si1.0％，Mg1.1％，Cu0.35％，Mn0.5％，Bi0.7％，Ti0.03％，Sr0.05％，Fe0.13％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
本实施例的铝合金的制备方法包括以下步骤：
(1)选用Al-20Cu合金、Al-20Si合金、Al-65Mn合金、Al-20Sr合金、Al-5Ti-B合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的镁锭、纯度为99.9％的铋锭作为原材料；
(2)将铝锭在730℃加热熔化，然后加入镁锭、铋锭、Al-20Cu合金、Al-20Si合金、Al-65Mn合金、Al-20Sr合金，搅拌熔化成铝合金熔体，其中镁锭、铋锭和Al-20Sr合金待其他合金熔化完全后最后投放；
(3)按3公斤精炼剂/吨铝合金熔体的比例，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为730℃，精炼2次，每次时间为40min，之后扒渣后静置25min；
(4)使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为160W，施振时间为15min，输出频率为30kHz；
(5)将炉内铝合金熔体导入流槽，将Al-5Ti-B合金丝加入铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理，加入速度为2m/min；
(6)将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为300转/分钟、氩气流量为5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
(7)将铝合金液在铸造温度720℃、铸造速度80mm/min、冷却水压力0.1Mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
(8)将铝合金铸锭加热至560℃均匀化处理9小时，然后水雾强制冷却至室温；
(9)将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至450℃，在模具温度为440℃、挤压筒温度为400℃，挤压速度为6mm/s的条件下进行挤压成形；
(10)将挤压铝合金加热至535℃固溶处理70min，取出后马上进行水冷淬火；
(11)将挤压铝合金加热至165℃保温8小时，进行人工时效处理。
实施例2
本实施例的铝合金以质量百分比的化学组成为：Si1.2％，Mg0.9％，Cu0.45％，Mn0.3％，Bi1.0％，Ti0.08％，Sr0.03％，Fe0.12％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
本实施例的铝合金的制备方法包括以下步骤：
(1)选用Al-20Cu合金、Al-20Si合金、Al-65Mn合金、Al-20Sr合金、Al-5Ti-B合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的镁锭、纯度为99.9％的铋锭作为原材料；
(2)将铝锭在750℃加热熔化，然后加入镁锭、铋锭、Al-20Cu合金、Al-20Si合金、Al-65Mn合金、Al-20Sr合金，搅拌熔化成铝合金熔体，其中镁锭、铋锭和Al-20Sr合金待其他合金熔化完全后最后投放；
(3)按3公斤精炼剂/吨铝合金熔体的比例，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为750℃，精炼2次，每次时间为25min。扒渣后静置35min；
(4)使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为180W，施振时间为10min，输出频率为30kHz；
(5)将炉内铝合金熔体导入流槽，将Al-5Ti-B合金丝加入铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理，加入速度为3m/min；
(6)将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为200转/分钟、氩气流量为4立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
(7)将铝合金液在铸造温度740℃、铸造速度90mm/min、冷却水压力0.2Mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
(8)将铝合金铸锭加热至580℃均匀化处理7小时，然后水雾强制冷却至室温；
(9)将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至470℃，在模具温度为460℃、挤压筒温度为420℃，挤压速度为4mm/s的条件下进行挤压成形；
(10)将挤压铝合金加热至545℃固溶处理50min，取出后马上进行水冷淬火；
(11)将挤压铝合金加热至180℃保温6小时，进行人工时效处理。
实施例3
本实施例的铝合金以质量百分比的化学组成为：Si1.1％，Mg1.0％，Cu0.4％，Mn0.45％，Bi0.95％，Ti0.06％，Sr0.03％，Fe0.12％，余量为Al和不可避免的杂质。杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。
本实施例的铝合金的制备方法包括以下步骤：
(1)选用Al-20Cu合金、Al-20Si合金、Al-65Mn合金、Al-20Sr合金、Al-5Ti-B合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的镁锭、纯度为99.9％的铋锭作为原材料；
(2)将铝锭在740℃加热熔化，然后加入镁锭、铋锭、Al-20Cu合金、Al-20Si合金、Al-65Mn合金、Al-20Sr合金，搅拌熔化成铝合金熔体，其中镁锭、铋锭和Al-20Sr合金待其他合金熔化完全后最后投放；
(3)按3公斤精炼剂/吨铝合金熔体的比例，用无钠精炼剂和氩气对铝合金熔体进行喷吹精炼，精炼温度为740℃，精炼2次，每次时间为30min。扒渣后静置30min；
(4)使用超声波金属熔体处理设备对铝合金熔体进行超声波处理，功率为165W，施振时间为12min，输出频率为30kHz；
(5)将炉内铝合金熔体导入流槽，将Al-5Ti-B合金丝加入铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理，加入速度为2.5m/min；
(6)将铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为250转/分钟、氩气流量为4.5立方米/小时的除气箱和孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
(7)将铝合金液在铸造温度720℃、铸造速度85mm/min、冷却水压力0.15Mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭；
(8)将铝合金铸锭加热至570℃均匀化处理8小时，然后水雾强制冷却至室温；
(9)将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至460℃，在模具温度为450℃、挤压筒温度为410℃，挤压速度为4.5mm/s的条件下进行挤压成形；
(10)将挤压铝合金加热至540℃固溶处理60min，取出后马上进行水冷淬火；
(11)将挤压铝合金加热至170℃保温7小时，进行人工时效处理。
对比例1
本对比例的铝合金以质量百分比的化学组成为：Si1.13％，Mg1.05％，Cu0.38％，Mn0.45％，Bi0.8％，Ti0.05％，Fe0.11％，余量为Al和不可避免的杂质。杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。本对比例的铝合金的制备方法同实施例3。
对比例2
本对比例的铝合金的化学组成与实施例3相同，不同之处在于，本对比例的铝合金的制备方法与实施例3相比，缺少步骤(4)，即精炼扒渣后的熔体不进行超声波处理，直接进行在线晶粒细化处理。
将上述实施例1～3和对比例1～2所制得的挤压铝合金进行以下检测：按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对产品进行力学性能测试；按照GB/T7998-2005《铝合金晶间腐蚀测定方法》对产品进行晶间腐蚀试验。结果如表1所示。
| 实施例 | 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) | 延伸率(％) | 晶间腐蚀最大深度(μm) |
| 实施例1 | 525 | 482 | 11.7％ | 39.7 |
| 实施例2 | 531 | 492 | 10.8％ | 48.6 |
| 实施例3 | 538 | 494 | 10.2％ | 41.5 |
| 对比例1 | 518 | 488 | 9.8％ | 123.7 |
| 对比例2 | 412 | 382 | 8.6％ | 48.2 |
从表1可以看出，利用本发明的方法制备得到的铝合金拉强度大于520MPa，屈服强度大于480MPa，拉伸率大于10％，晶间腐蚀深度在50μm以下。该无铅易切削铝合金满足强度高、抗腐蚀能力强的产品需求。而对比例1的铝合金不含Sr，其延伸率劣于本发明，晶间腐蚀最大深度远远大于本发明实施例，影响铝合金的耐腐蚀性能。对比例2的铝合金在制备过程中没有对铝合金熔体进行超声处理，导致铝合金的综合力学性能劣于本发明实施例。
为了检验本发明易切削铝合金的切削加工性能，对实施例1和6061铝合金分别进行高速切削试验，刀具材料为GGY350硬质合金，转速为1000转/分钟，进刀量为2mm/r。通过观察切屑的形貌来评价铝合金的切削加工性能，如图1所示，左图为6061铝合金的切屑形貌照片，右图为实施例1铝合金的切屑形貌照片。从图1可知，6061合金的铝屑粗大连续，呈长条状，在切削过程中容易缠刀。而实施例1铝合金的铝屑则呈碎片状，细小不缠刀，具有良好的切削性能。
根据本发明实施例的一种的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金，其特征在于，其以质量百分比计的化学成分为：Si1.0～1.2％，Mg0.9～1.1％，Cu0.35～0.45％，Mn0.3～0.5％，Bi0.7～1.0％，Ti0.03～0.08％，Sr0.03～0.05％，Fe≤0.2％，杂质单个质量含量≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。
2.一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金的制备方法，其特征在于，该制备方法用于制备权利要求1所述的高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金，该方法包括以下步骤：
(1)选用Al-20Cu合金、Al-20Si合金、Al-65Mn合金、Al-20Sr合金、Al-5Ti-B合金丝和纯度为99.8％的铝锭、纯度为99.9％的镁锭、纯度为99.9％的铋锭作为原材料；
(2)将步骤(1)中的原料熔化成为铝合金熔体；
(3)对铝合金熔体进行精炼后扒渣静置；
(4)对铝合金熔体进行超声处理；
(5)向铝合金熔体加入Al-5Ti-B合金丝进行晶粒细化处理；
(6)对铝合金熔体做除气过滤处理；
(7)将铝合金溶液铸造成为铝合金铸锭；
(8)对铝合金铸锭进行均匀化处理；
(9)将均匀化处理的铝合金铸锭挤压成型为铝合金型材；
(10)对铝合金型材进行固溶处理；
(11)对铝合金型材进行人工时效处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，对铝合金熔体进行超声波处理，功率为160～180W，施振时间为10～15min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，将炉内铝合金熔体导入流槽，将Al-5Ti-B合金丝加入到铝合金熔体中进行在线晶粒细化处理。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，将铝合金熔体依次流过设置在导流槽上旋转速度为200～300转/分钟、氩气流量为4～5立方米/小时的除气箱，以及孔隙度为40ppi+60ppi的双层泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，将铝合金熔体在铸造温度720～740℃、铸造速度80～90mm/min、冷却水压力0.1-0.2Mpa条件下半连续铸造成铝合金铸锭。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中，将铝合金铸锭加热至560～580℃均匀化处理7～9小时。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(9)中，将均匀化处理后的铝合金铸锭加热至450～470℃，在模具温度为440-460℃、挤压筒温度为400-420℃、挤压速度为4～6mm/s条件下进行挤压成形为铝合金型材。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(10)中，将铝合金型材加热至535-545℃固溶处理50-70min，取出后马上进行水冷淬火。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(11)中，将铝合金型材加热至165～180℃保温6～8小时，进行人工时效处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211328515.5A CN115896557A (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211328515.5A CN115896557A (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115896557A true CN115896557A (zh) | 2023-04-04 |
Family
ID=86478651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211328515.5A Pending CN115896557A (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115896557A (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5776269A (en) * | 1995-08-24 | 1998-07-07 | Kaiser Aluminum & Chemical Corporation | Lead-free 6000 series aluminum alloy |
| CN101205577A (zh) * | 2006-12-18 | 2008-06-25 | 广东凤铝铝业有限公司 | 一种无铅易切削铝合金材料及其制造技术 |
| CN104313403A (zh) * | 2014-10-31 | 2015-01-28 | 无锡海特铝业有限公司 | 一种具有高强度优良切屑性能的铝合金及其制备方法 |
| CN108330354A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-07-27 | 广东省材料与加工研究所 | 一种电子设备用高强度铝合金及其制备和挤压方法 |
| CN108624787A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-10-09 | 东莞市润华铝业有限公司 | 一种散热器用铝合金及其制备方法 |
| CN109234588A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-01-18 | 无锡海特铝业有限公司 | 一种环保的高强度易切削铝合金及其制备方法 |
| CN109295360A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-02-01 | 广东省材料与加工研究所 | 一种抗高温脆化的易切削铝合金及其制备方法 |
| CN109468508A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-15 | 东莞市铝美铝型材有限公司 | 一种用于电动汽车动力电池托盘的铝合金材料及其制备方法 |
| CN111394601A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-07-10 | 广东领胜新材料科技有限公司 | 一种大尺寸无铅易切削铝合金铸棒的铸造方法 |
| CN112760530A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-05-07 | 浙江富丽华铝业有限公司 | 一种高韧耐腐蚀的减震门窗用铝型材的生产工艺 |
-
2022
- 2022-10-26 CN CN202211328515.5A patent/CN115896557A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5776269A (en) * | 1995-08-24 | 1998-07-07 | Kaiser Aluminum & Chemical Corporation | Lead-free 6000 series aluminum alloy |
| CN101205577A (zh) * | 2006-12-18 | 2008-06-25 | 广东凤铝铝业有限公司 | 一种无铅易切削铝合金材料及其制造技术 |
| CN104313403A (zh) * | 2014-10-31 | 2015-01-28 | 无锡海特铝业有限公司 | 一种具有高强度优良切屑性能的铝合金及其制备方法 |
| CN108330354A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-07-27 | 广东省材料与加工研究所 | 一种电子设备用高强度铝合金及其制备和挤压方法 |
| CN108624787A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-10-09 | 东莞市润华铝业有限公司 | 一种散热器用铝合金及其制备方法 |
| CN109234588A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-01-18 | 无锡海特铝业有限公司 | 一种环保的高强度易切削铝合金及其制备方法 |
| CN109295360A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-02-01 | 广东省材料与加工研究所 | 一种抗高温脆化的易切削铝合金及其制备方法 |
| CN109468508A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-03-15 | 东莞市铝美铝型材有限公司 | 一种用于电动汽车动力电池托盘的铝合金材料及其制备方法 |
| CN111394601A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-07-10 | 广东领胜新材料科技有限公司 | 一种大尺寸无铅易切削铝合金铸棒的铸造方法 |
| CN112760530A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-05-07 | 浙江富丽华铝业有限公司 | 一种高韧耐腐蚀的减震门窗用铝型材的生产工艺 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108660344B (zh) | 一种低淬火敏感性的Al-Mg-Si合金及其制备方法 | |
| CN103031473B (zh) | 高韧性Al-Si系压铸铝合金的加工方法 | |
| EP3805416A1 (en) | Aluminum alloy and preparation method and application thereof | |
| CN109295360B (zh) | 一种抗高温脆化的易切削铝合金及其制备方法 | |
| CN111394601B (zh) | 一种大尺寸无铅易切削铝合金铸棒的铸造方法 | |
| CN111549264B (zh) | 一种高强度耐腐蚀的5383铝合金及船用型材制备工艺 | |
| CN108950337B (zh) | 一种低成本高强度Mg-Zn-Y-Ce-Ca镁合金及其制备方法 | |
| CN113234972A (zh) | 一种铝合金建筑模板及其制备方法 | |
| JPH10219381A (ja) | 耐粒界腐食性に優れた高強度アルミニウム合金およびその製造方法 | |
| CN109913676B (zh) | 一种含钇6063铝合金及制备方法 | |
| CN109825747B (zh) | 一种低成本高挤压性易切削含铋铝合金及其制备方法 | |
| CN114032423A (zh) | 用于汽车防撞梁的铝合金及其制备方法 | |
| CN114032422A (zh) | 一种改善挤压型材t1状态均匀延伸率用的变形铝合金及其制造方法 | |
| CN115896557A (zh) | 一种高强耐腐蚀的无铅易切削铝合金及其制备方法 | |
| CN114250387B (zh) | 一种铝合金及其制备方法 | |
| CN113957306B (zh) | 一种铝合金型材及其制备方法和在轨道交通电气屏柜中的应用 | |
| CN111809074B (zh) | 一种镧-碳-镁复合材料、碲铜合金材料及其制备方法 | |
| CN111363957B (zh) | 一种无铅环保易切削铝合金及其制备方法和应用 | |
| CN116411208A (zh) | 一种压铸铝合金及其制备方法 | |
| CN104988367A (zh) | 用于汽车防抱死刹车系统的铝合金挤压型材及其生产方法 | |
| CN111575533A (zh) | 一种锌铝合金圆锭及其制备方法与应用、锌铝合金材料 | |
| CN114672674B (zh) | 一种铸造-轧制高强高韧铝硅合金及其制备方法 | |
| CN111286649B (zh) | 一种高强耐热无铅易切削铝合金及其制备方法 | |
| CN115927924B (zh) | 一种太阳能光伏支架用高强度铝型材及其生产方法 | |
| CN115927926B (zh) | 一种高塑性车体结构铝合金及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |