CN116815026A - 一种免热处理铝合金及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及免热处理铝合金领域，公开了一种免热处理铝合金及制备方法，其组分按照质量百分比的配比为Si：9.2％‑11.6％、Fe:0.15‑0.3％、Cu:0.5％‑0.9％、Mn:0.45％‑0.85％、Mg:0.2％‑0.5％、Zn:0.1％‑0.3％、Ti:0.1％‑0.3％、Sr:0.01％‑0.03％,余量为Al。本发明还提供一种免热处理铝合金的制备方法。本发明的免热处理铝合金具有抗拉强度、屈服强度与延伸率高以及制备成本低的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及免热处理铝合金领域，具体涉及一种免热处理铝合金及制备方法。
背景技术
随着制造业与材料行业的不断发展，对于材料的需求逐渐向轻量化、高性能方向发展，其中在金属材料中铝合金由于其自身具有良好的轻量化减重效果和优异的力学性能，在各种大型复杂结构件上都有广泛运用。传统压铸铝合金基本上需要热处理工艺来提升强度和韧性，但现有的一体化大型结构件在高温热处理后容易出现变形，表面产生气泡，无法满足实际生产过程中的需要。对此市面上出现了免热处理铝合金的工艺，以去除铝合金在生产过程中的热处理工艺。
例如名称为一种免热处理铝合金材料及其成型工艺(公开号CN115505795A)的中国专利，铝合金材料包括以下组分：Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Ti、Sr、Zr、Cr、B、稀土La+Y、Al及不可避免的杂质元素，组分按百分比配比为Si：7.0-10.5％、Fe：0.1-0.8％、Cu：0.95-4.0％、Mn：0.2-0.7％、Mg：0.4-1.44％、Zn：0.1-1.2％、Ti：0.036-0.1％、Sr：0.02-0.06％、Zr：0.002-0.06％、Cr：0≤Cr＜0.008％、B：0≤B≤0.002％、稀土La+Y：0≤稀土La+Y≤0.2％，余量为Al和不可避免的杂质元素。
上述技术方案通过对各组分的配比进行调整以及在元素的共同协同作用下，能够提高屈服强度；但是，上述技术方案为了实现免热处理的效果，添加了较多的元素，增加了成本，同时，在上述技术方案制备熔化过程中，由于原料为流体状，因此，部分原料会附着在熔化炉内，导致上述技术方案制备得到第一合金溶体内的原料配比出现问题，最后影响铝合金的性能。
发明内容
本发明意在提供一种免热处理铝合金及制备方法，以解决现有技术为了实现免热处理的效果，现有技术中添加了较多的元素，增加了成本的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种免热处理铝合金，包括以下组分：Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Ti、Sr与Al，所述组分按照质量百分比的配比为Si：9.2％-11.6％、Fe:0.15％-0.3％、Cu:0.5％-0.9％、Mn:0.45％-0.85％、Mg:0.2％-0.5％、Zn:0.1％-0.3％、Ti:0.1％-0.3％、Sr:0.01％-0.03％,余量为Al。其中Mn的纯度为99％。
优选的，作为一种改进，所述组分按照质量百分比计包括Si：9.2％、Fe:0.15、Cu:0.5％、Mn:0.45％、Mg:0.2％、Zn:0.2％、Ti:0.1％、Sr:0.01％。
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优选的，作为一种改进，所述Mn的纯度不低于99％。
相比于现有技术，在本方案中在铝合金的组分中Si以质量百分比计的配比为9.2％-11.6％，使得铝合金中Si的含量接近Al-Si的共晶点，确保合金拥有优异的压铸性能，满足一体化压铸成型的需要，同时使得免热处理铝合金能够具有较好的抗拉强度与屈服强度，提高免热处理铝合金在为进行热处理的情况下的结构强度，进一步的增强免热处理铝合金抗蚀性能，提高免热处理铝合金的使用寿命。
其次免热处理铝合金含有质量百分比含量为0.15-0.3％的Fe与0.45％-0.85％的Mn，使得免热处理铝合金内具有相应的脱模元素及含量，保证免热处理铝合金在压铸成型时的脱模效果，同时改善免热处理铝合金富铁相的形貌，同时将Fe的含量控制在对应范围内，避免Fe元素割裂Al基体，保证免热处理铝合金的延伸率参数；同时在保证Fe不破坏Al基体的前提下增加Fe的含量并降低Mn的含量，以降低免热处理铝合金的整体成本。
其中，免热处理铝合金含有质量百分比含量为0.2％-0.5％的Mg与0.1％-0.3％的Zn。免热处理铝合金的抗拉强度与Mg的质量百分比含量成线性关系，且延伸率不会有明显降低，因此，在免热处理铝合金中加入质量百分比含量为0.2％-0.5％的Mg，使得免热处理铝合金在常温下会产生较大的自然时效效应，提高铝合金的整体强度；同时在免热处理铝合金中加入0.1％-0.3％的Zn，并严格控制固溶元素的含量，降低其对合金塑性的危害，避免免热处理铝合金零部件的变形与开裂。
其中，免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.5％-0.9％的Cu，通过固溶强化可提高所述免热处理铝合金的抗拉强度和屈服强度及伸长率。
其中，免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.1％-0.3％的Ti，在Ti常以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金的形式加入。Ti与Al形成TiAl3相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织的作用。
其中，免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.01％-0.03％的Sr，可改变铝合金的成核和沉淀过程，控制晶粒结构，消除合金中Fe、Si元素带来的有害影响，改善免热处理铝合金的性能，同时减少合金中的粗大第二相，提高免热处理合金的塑性。
一种免热处理铝合金制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照成分百分比配料；
步骤二、将Al、Si、Cu、Fe与Mn依次装料至熔炼炉中进行一次精炼得到合金液；
步骤三、根据步骤一得到的合金液进行检验，对检验后的合金液进行二次精炼；
步骤四、在步骤三的二次精炼之后，对二次精炼后的合金液进行旋转除气得到除气后的合金液；将除气后的合金液进行静置，且同时去除静置时合金液表面的熔渣；
步骤五、将步骤四中去除熔渣的合金液进行浇铸成型、堆垛、计量、冷却后包装入库。
将原料按照比例加入熔炼炉中分别进行一次精炼与二次精炼，使得合金液在精炼过程中的结果能够满足铝合金的制备要求，降低熔液中气体与非金属夹杂物的含量，提高熔液组分的纯净度，并且在两次的精炼过程中保证各组分之间能够均匀混合，提高合金中组分分布的均匀度，提高铝合金各个部分性能的一致性。
优选的，作为一种改进，在步骤二中，在一次精炼过程中，将Mg元素以铝镁中间合金形式加入、Zn元素以铝锌中间合金形式加入、Ti元素以铝钛中间合金形式加入、Sr元素以铝锶中间合金的形式加入。减少Mg、Zn、Ti、Sr元素在添加时出现烧损的情况，提高铝合金中各组分的稳定性以及元素的收得率。
优选的，作为一种改进，在步骤三中，根据检验结果在二次精炼时进行补料与充入氮气。所述氮气充入的流量为40-45L/min，所述氮气充入压力为0.3-0.5MPa。使得在精炼过程中熔炼炉内的氧含量降低，避免氧元素与高温铝之间发生反应氧化，并且在铝熔液中通入氮气，氮气能够将铝熔液与杂质之间相互分离，并漂浮在铝熔液的表面，降低铝熔液内部的杂质，防止铝合金内部气孔的产生。
优选的，作为一种改进，在步骤二中，所述熔炼炉在装料前的预热温度为700℃-720℃，所述熔炼炉在对材料进行熔化时的温度为720℃-740℃。
优选的，作为一种改进，在步骤二与步骤三中，一次精炼的时间为10-15min，二次精炼的时间为15-20min。使得铝熔液能够在两次精炼中充分的提纯与混合，提高铝熔液的精炼效果。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
实施例一的免热处理铝合金中的各组分按照质量百分比计为质量百分比含量为9.2％的Si、质量百分比含量为0.15的Fe、质量百分比含量为0.5％的Cu、质量百分比含量为0.45％的Mn、质量百分比含量为0.2％的Mg、质量百分比含量为0.2％的Ti、质量百分比含量为0.01％的Sr,余量为Al。其中Mn的纯度为99％。
实施例二
实施例二的免热处理铝合金中的各组分按照质量百分比计为质量百分比含量为11.6％的Si、质量百分比含量为0.3％的Fe、质量百分比含量为0.9％的Cu、质量百分比含量为0.85％的Mn、质量百分比含量为0.5％的Mg、质量百分比含量为0.2％的Ti、质量百分比含量为0.03％的Sr,余量为Al。其中Mn的纯度为99％。
本发明实施例一和实施例二采用一种免热处理铝合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将纯Al进行加热，获得铝液，其中纯铝可以是工业纯铝或再生铝，降低铝合金生产过程中产生的碳排放；将Si、Cu、Fe与Mn进行预热，并按照比例将Al、Si、Cu、Fe与Mn进行混合，具体的在进行混合时将Si、Cu、Fe、Mn与A00铝水进行混合，并通过电池搅拌，使得添加的合金元素与A00铝水完全融合并搅拌均匀，达到合格的成份要求，其中在各项组份中可以存在不可避免的杂质，其中对于铝液以及混合得到的混合液都需要进行检验。
步骤二、将Al、Si、Cu、Mg与Mn的混合液装料至熔炼炉内，并在熔炼炉内加入Al-Sr-RE复合变质剂进行一次精炼得到合金液，在精炼时加入铝镁中间合金、铝锌中间合金、铝钛中间合金与铝锶中间合金。其中一次精炼的时间为10-15min。通过将各组分进行一次精炼，使得各组分在一次精炼的过程中能够充分混合，提高熔液中组分分布的均匀度，保证生产的铝合金各区域性能的一致性。
步骤三、根据步骤一得到的合金液进行检验，对检验后的合金液进行二次精炼；其中在检验时对熔液中的组分含量进行检验，当检验结果低于预设值时进行补料、充入氮气，具体的在补料时，根据一次精炼后合金液中各组份的含量进行检验，对检验到的组份含量与预设含量存在差异，或组份配比出现偏差时候，对对应的组份的量进行补充，以保证合金液组份配比的准确性，并在熔液中加入精炼剂后进行二次精炼。其中氮气充入的流量为40-45L/min，所述氮气充入压力为0.3-0.5MPa，二次精炼的时间为15-20min。通过对熔液进行二次精炼，使得熔液中存在的杂质与气体能够在二次精炼中祛除，降低熔液中杂质的含量，提高熔液的纯净度，保证免热处理铝合金的品质。在二次精炼之前对熔液中各项组分的含量进行检验，保证熔液中各项组分的含量与配比的准确性，并且在二次精炼时加入氮气，降低熔炼炉中的氧元素含量，避免溶液中的各项组分长时间处于高温环境出现氧化反应，导致各项组分的性质出现改变，降低免热处理铝合金的性能参数。
步骤四、在步骤三的二次精炼之后，对二次精炼后的合金液进行旋转除气得到除气后的合金液；将除气后的合金液进行静置，且同时去除静置时合金液表面的熔渣；并检验合金液中熔渣的残余量是否符合预设标准。
步骤五、将步骤四中去除熔渣的合金液进行浇铸成型、堆垛、计量、冷却后包装入库。
其中熔炼炉在装料前的预热温度为700℃-720℃，所述熔炼炉在对材料进行熔炼时的温度为720℃-740℃。
免热处理铝合金在制备时还需要添加质量百分比含量为0-0.1％的B，B是Al-Si合金中有效的晶粒细化剂，其细化机制主要跟Al-AlB2共晶反应密切相关，避免了Al-Ti-B细化剂的“硅中毒”。
对比例一
对比例一的铝合金中的各组分按照质量百分比计为质量百分比含量为9.2％的Si、质量百分比含量为0.15％的Fe、质量百分比含量为0.5％的Cu、质量百分比含量为0.45％的Mn、质量百分比含量为0.2％的Mg、质量百分比含量为0.2％的Ti、质量百分比含量为0.01％的Sr,余量为Al。其中对比例一中的铝合金为固熔热处理后进行人工时效的状态，即本对比例为实施例一中的铝合金进行热处理状态为T6(水淬)操作。
对比例二
对比例一的铝合金中的各组分按照质量百分比计为质量百分比含量为9.2％的Si、质量百分比含量为0.15的Fe、质量百分比含量为0.5％的Cu、质量百分比含量为0.45％的Mn、质量百分比含量为0.2％的Mg、质量百分比含量为0.2％的Ti、质量百分比含量为0.01％Sr,余量为Al。其中对比例一中的铝合金为固熔热处理后进行人工时效的状态，即本对比例为实施例一中的铝合金进行热处理状态为T6(空气)操作。
对比例三
对比例三的铝合金含有质量百分比含量为8％的Si、质量百分比含量为0.4％的Fe、质量百分比含量为0.1％的Cu、质量百分比含量为0.01％的Mg、质量百分比含量为0.05％的Sr、质量百分比含量为0.05％的Ti、质量百分比含量为0.01％的Zn、及余量的Al。
对比例四
对比例四的免热处理铝合金，包括质量百分比含量为5.2％的Si、质量百分比含量为0.4％的Mg、质量百分比含量为0.8％的Mn、质量百分比含量为0.1％的Cu、质量百分比含量为0.5％的Ni、质量百分比含量为0.48％的Nb、质量百分比含量为0.48％的Ti、质量百分比含量为0.04％的Cr、质量百分比含量为0.15％的V、质量百分比含量为0.2％的Zr、质量百分比含量为0.03％的Sb、质量百分比含量为0.2％的富铈稀土、质量百分比含量为0.025％的Sr、质量百分比含量为0.12％的Fe，余量为Al。
实验一
对实施例一、实施例二及对比例一至四所制备的铝合金铸件分别取样在CMT5205电子万能试验机上进行室温拉伸试验证，得到各铝合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率的试验数据，结果如表一所示：
表一实施例一、实施例二及对比例一至四的铝合金性能测试结果
| 屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率/％ | |
| 实施例一 | 150 | 290 | 10 |
| 实施例二 | 160 | 300 | 11 |
| 对比例一 | 260 | 310 | 8 |
| 对比例二 | 200 | 280 | 11 |
| 对比例三 | 170 | 276 | 11 |
| 对比例四 | 139 | 267 | 15 |
结果表明，实施例一与实施例二中的铝合金在未经过热处理的情况下与对比例一与对比例二中在相同组分经过不同的热处理方式的情况下，其屈服强度在热处理后有一定强度的提高之外，其抗拉强度与延伸率基本能保持一致或升高；实施例一与实施例二的免热处理铝合金与对比例三中的铝合金相比，其屈服强度与抗拉强度均有明显的提升；与对比例四现有的免热处理铝合金相比，实施例一与实施例二的屈服强度与抗拉强度提升明显。
综上，实施例一与实施例二中的铝合金在不进行热处理情况下的抗拉强度与进行热处理的抗拉强度差别较小，与现有的免热处理铝合金相比，在去除铝合金中的多项组分后，其免热处理铝合金的屈服强度与抗拉强度均存在一定的提升。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种免热处理铝合金，其特征在于：包括以下组分：Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Ti、Sr与Al，所述组分按照质量百分比的配比为Si：9.2％-11.6％、Fe:0.15-0.3％、Cu:0.5％-0.9％、Mn:0.45％-0.85％、Mg:0.2％-0.5％、Zn:0.1％-0.3％、Ti:0.1％-0.3％、Sr:0.01％-0.03％,余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种免热处理铝合金，其特征在于：所述组分按照质量百分比计包括Si：9.2％、Fe:0.15、Cu:0.5％、Mn:0.45％、Mg:0.2％、Zn:0.2％、Ti:0.2％、Sr:0.01％,余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种免热处理铝合金，其特征在于：所述组分按照质量百分比计包括Si：11.6％、Fe:0.3％、Cu:0.9％、Mn:0.85％、Mg:0.5％、Zn:0.2％、Ti:0.2％、Sr:0.03％,余量为Al。
4.根据权利要求1所述的一种免热处理铝合金制备方法，其特征在于：所述Mn的纯度不低于99％。
5.一种免热处理铝合金制备方法，适用于如权利要求1-4任一项所述的免热处理铝合金，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、按照成分百分比配料；
步骤二、将Al、Si、Cu、Fe与Mn依次装料至熔炼炉中进行一次精炼得到合金液；
步骤三、根据步骤一得到的合金液进行检验，对检验后的合金液进行二次精炼；
步骤四、在步骤三的二次精炼之后，对二次精炼后的合金液进行旋转除气得到除气后的合金液；将除气后的合金液进行静置，且同时去除静置时合金液表面的熔渣；
步骤五、将步骤四中去除熔渣的合金液进行浇铸成型、堆垛、计量、冷却后包装入库。
6.根据权利要求3所述的一种免热处理铝合金制备方法，其特征在于：在步骤二中，在一次精炼过程中，将Mg元素以铝镁中间合金形式加入、Zn元素以铝锌中间合金形式加入、Ti元素以铝钛中间合金形式加入、Sr元素以铝锶中间合金的形式加入。
7.根据权利要求3所述的一种免热处理铝合金制备方法，其特征在于：在步骤三中，根据步骤二中一次精炼的检验结果，在二次精炼时进行补料与充入氮气。
8.根据权利要求5所述的一种免热处理铝合金制备方法，其特征在于：所述氮气充入的流量为40-45L/min，所述氮气充入压力为0.3-0.5MPa。
9.根据权利要求3所述的一种免热处理铝合金制备方法，其特征在于：在步骤二中，所述熔炼炉在装料前的预热温度为700℃-720℃，所述熔炼炉在对材料进行熔炼时的温度为720℃-740℃。
10.根据权利要求3所述的一种免热处理铝合金制备方法，其特征在于：在步骤二与步骤三中，一次精炼的时间为10-15min，二次精炼的时间为15-20min。
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|---|---|---|---|
| CN202310788795.6A CN116815026A (zh) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | 一种免热处理铝合金及制备方法 |
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|---|---|
| CN116815026A true CN116815026A (zh) | 2023-09-29 |
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|---|---|
| CN (1) | CN116815026A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117802363A (zh) * | 2024-01-08 | 2024-04-02 | 广东工程职业技术学院 | 一种免热处理的高强韧压铸铝合金及其制备方法 |
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2023
- 2023-06-30 CN CN202310788795.6A patent/CN116815026A/zh active Pending
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| CN117802363A (zh) * | 2024-01-08 | 2024-04-02 | 广东工程职业技术学院 | 一种免热处理的高强韧压铸铝合金及其制备方法 |
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