CN117191522A - 用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块及制备方法，包括以下步骤：样品成分确定，材料选择，样品制备，成分校正，制备样块，验证和标定。单点控制样块中的各元素目标成分范围为；Fe：0.18‑0.22%；Cu：0.028‑0.032%；Si：9.8‑10.2%；Mn：0.48‑0.52%；Mg：0.30‑0.35%。本发明填补国内空白、精准控制成分、提高均质性和降低成本损等优点，为高强韧铝合金材料的样品控制和分析提供了可靠的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种单点控制样块及制备方法，尤其涉及用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块及制备方法。
背景技术
AlSi10MnMg材料是一种常见的铸造铝合金材料，它由铝、硅、镁和锰等元素组成，铸造铝合金作为铸造零件特别是压铸零件的原材料，在产品成分控制上具有特别的重要性，化学成分决定了材料的机械性能和物理性能，同时也对后续的铸造工艺性和产品稳定性及良率起着关键的作用。
随着科技的发展，化学分析方法在分析速度和可操作性上具有天然的劣势，现代铝合金材料厂普遍使用OES直读光谱分析方法，常用的主要包括赛默飞世尔ARL和德国SPEC公司生产的直读光谱仪，其中包括CCD和PMT两种类型的仪器，PMT仪器分析精度更精准一些；这些仪器的分析精度依靠出厂时的内标样进行各物质元素浓度的标定，但在使用过程中难免有曲线产生漂移的情况（包括温度和湿度及机器本身材料的稳定性），这时我们需要使用一块类似待测样品成分的一块控样进行成分的自我校正，可以称之为单点控制样块，目的是尽量对待测样品分析达到尽可能的精确，但现阶段国内标样制造工厂很少有类似控样，尤其是再生铝厂的实际生产情况对标样也有特殊的要求，制造出合适的用于OES直读光谱仪的单点控制样块变的非常有急迫性，无合适单点控制样块来进行做类型标准化，导致分析数据不准确。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种用于控制AlSi10MnMg材料的单点控制样块及制备方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于控制AlSi10MnMg材料的单点控制样块的制备方法，
S1、样品成分确定，确定单点控制样块的目标成分范围；
S2、材料选择，根据目标成分范围选择Al-Si-Mg合金、Mn、Fe作为原材料。
S3、样品制备，按照目标成分范围，将选定的原材料按比例混合，进行熔炼制备样品；
S4、成分校正，对制备样品进行化学分析，获取实际的成分，根据实际成分与目标成分的差异，通过调整原材料比例来校正样品的成分；
S5、制备样块，将经过校正的样品铸造成棒状；
S6、验证和标定，使用制备的单点控制样块进行光谱仪的分析，根据分析结果进行仪器的标定。
进一步地，单点控制样块中的元素包括Fe、Cu、Si、Mn、Mg。
进一步地，单点控制样块中的各元素目标成分范围为；
Fe：0.18-0.22%；
Cu：0.028-0.032%；
Si：9.8-10.2%；
Mn：0.48-0.52%；
Mg：0.30-0.35%。
进一步地，S3中的混合比例为：
Al-Si-Mg合金中，Si：7.8-8.1%，Mg：0.25-0.27%；
Mn：0.44-0.47%；
Fe：0.15-0.18%。
进一步地，S4中化学分析获取实际成分的方法包括使用光谱仪对制备样品进行分析，从而得到各元素的含量。
进一步地，S4中实际成分与目标成分的差异通过调整原材料比例来进行校正的具体方法包括根据实际成分与目标成分的差异计算出需要调整的量，并按照比例增加或减少相应原材料的投入量，调整后重新制备样品，并进行化学分析，循环此过程直到实际成分与目标成分接近为止。
进一步地，根据实际成分与目标成分的差异计算出需要调整的量，并按照比例增加或减少相应原材料的投入量的计算公式如下：
ΔA=(G-R) * α；
其中：ΔA为调整量；G为目标成分 ，R为实际成分，α为调整比例；
α的取值范围为0-1。
进一步地，S5中铸造成棒状的方法为挤压铸造。
用于控制AlSi10MnMg材料的单点控制样块的制备方法所制得的单点控制样块，单点控制样块中各组分的含量为：
Fe：0.18%，Cu：0.028%，Si：9.8%，Mn：0.48%，Mg：0.30%。
用于控制AlSi10MnMg材料的单点控制样块的制备方法所制得的单点控制样块，单点控制样块中各组分的含量为：
Fe：0.22%，Cu：0.032%，Si：10.2%，Mn：0.52%，Mg：0.35%。
本发明公开了用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块及制备方法，填补国内空白，解决行业类AlSi10MnMg单点控制样品选择问题，解决现行铝合金材料和压铸行业对该材料分析中铝合金控样选择难题。通过合理的成分设计、工艺调控与优化等，使单点控样产品的均质性得到更有效的控制，材料分析精准度得到提高。使用合理的单点控制样块，有效降低标样使用带来的成本损耗，同时通过提高OES分析精准性来提供AlSi10MnMg材料成分结果的保证。利用单点控制样块来进行做类型标准化，提升数据分析的准确性。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为使用金相显微镜观察样块的组织结构和晶粒状态图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块及制备方法，具体的公开了一种用于控制AlSi10MnMg材料的单点控制样块的制备方法，包括以下步骤：
S1、样品成分确定，确定单点控制样块的目标成分范围；单点控制样块中的元素包括Fe、Cu、Si、Mn、Mg。
S2、材料选择，根据目标成分范围选择Al-Si-Mg合金、Mn、Fe作为原材料。
S3、样品制备，按照目标成分范围，单点控制样块中的各元素目标成分范围为；
Fe：0.18-0.22%；
Cu：0.028-0.032%；
Si：9.8-10.2%；
Mn：0.48-0.52%；
Mg：0.30-0.35%。
将选定的原材料按比例混合，S3中的混合比例为：
Al-Si-Mg合金中，Si：7.8-8.1%，Mg：0.25-0.27%；
Mn：0.44-0.47%；
Fe：0.15-0.18%。
进行熔炼制备样品；
S4、成分校正，对制备样品进行化学分析，获取实际的成分，根据实际成分与目标成分的差异，通过调整原材料比例来校正样品的成分；其中，S化学分析获取实际成分的方法包括使用光谱仪对制备样品进行分析，从而得到各元素的含量。
实际成分与目标成分的差异通过调整原材料比例来进行校正的具体方法包括根据实际成分与目标成分的差异计算出需要调整的量，计算公式如下：
ΔA=(G-R) * α；
其中：ΔA为调整量；G为目标成分 ，R为实际成分，α为调整比例；
α的取值范围为0-1；大于1可以表示增加相应原材料的投入量，小于1可以表示减少相应原材料的投入量。适当调整Al-Si-Mg合金、Mn、Fe、Cu的投入量，然后重新制备样品，并进行化学分析，重复此过程，直到实际成分接近目标范围为止。
并按照比例增加或减少相应原材料的投入量，调整后重新制备样品，并进行化学分析，循环此过程直到实际成分与目标成分接近为止。
S5、制备样块，将经过校正的样品铸造成棒状；铸造成棒状的方法包括砂型铸造、金属模具铸造、高压铸造、水冷铸造。
S6、验证和标定，使用制备的单点控制样块进行光谱仪的分析，根据分析结果进行仪器的标定。
通过以下测试方式评估本方法的单点控样产品的均质性：
金相显微镜观察：使用金相显微镜观察样块的组织结构和晶粒状态，检查是否存在非均匀性或异常区域，如图2所示，该样块的均匀性较好，无异常区域。
机械性能测试：对样块进行拉伸、硬度或冲击等力学性能测试，分析样块的力学性能是否均匀一致。采用ASTM（美国材料与试验协会）制定的测试标准，包括拉伸、硬度和冲击测试等。测试结果如下：
表1 机械性能测试
| 测试项目 | 结果 | 备注 |
| 塑性延伸强度 | 1.3倍屈服点伸长 | 以屈服点伸长为准 |
| 屈服强度 | 1.35倍屈服强度 | 弹性行为与塑性行为之间的临界点 |
| 屈服点伸长 | 1.32倍屈服点伸长 | 判断材料从弹性到塑性的转变点，为非比例延伸强度（指试样从线弹性行为到非线性弹性行为的转变点） |
| 拉伸强度 | 107%的拉伸强度 | 试样的最大承载能力 |
| 断裂应变 | 108%的断裂应变 | 试样在断裂之前的最大应变 |
| 断面收缩 | 108%的断面收缩 | 断裂后试样横截面的收缩程度 |
注*以下是ASTM E8/E8M标准中给出的金属材料拉伸试验的特性值的测定标准值范围：
塑性延伸强度，标准值范围为0.5-1.5倍屈服点伸长。
屈服强度，其标准值范围为0.5-1.5倍屈服强度。
屈服点伸长，其标准范围为0.5-1.5倍屈服点伸长。
拉伸强度，其标准值范围为90-110%的拉伸强度。
断裂应变，其标准值范围为90-110%的断裂应变。
断面收缩，其标准值范围为90-110%的断面收缩。
AlSi10MnMg作为新能源汽车大型一体化的主要可热处理强化铝合金材料在随着新能源汽车快速发展的背景下变的使用越来越重要，现阶段该牌号材料无合适单点控制样块来进行做类型标准化，导致分析数据不准确，此控样的研制不但解决这个新牌号材料的分析问题也填补了该材料控样在国内的空白。
综上所述，通过本项目的实施，使其达到精准控制AlSi10MnMg的目的，尤其是通过合理设计Fe、Sr、Cu等元素的合金配比，使其在仪器分析曲线发生一定漂移后仍然能通过这个类型单点控制样块的调整达到分析误差可控，精度较为准确的状况；因AlSi10MnMg材料的使用量越来越多，使用客户也越来越多，而绝大部分材料工厂、铸造工厂甚至是组装工厂都使用OES直读光谱仪器，也需要成分设计合理、均值性较好的单点控制样品，具有广泛的应用市场前景。填补国内空白，解决行业类AlSi10MnMg单点控制样品选择问题，解决现行铝合金材料和压铸行业对该材料分析中铝合金控样选择难题。通过合理的成分设计、工艺调控与优化等，使单点控样产品的均质性得到更有效的控制，材料分析精准度得到提高。使用合理的单点控制样块，有效降低标样使用带来的成本损耗，同时通过提高OES分析精准性来提供AlSi10MnMg材料成分结果的保证。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块的制备方法，其特征在于：
S1、样品成分确定，确定单点控制样块的目标成分范围；
S2、材料选择，根据目标成分范围选择Al-Si-Mg合金、Mn、Fe作为原材料；
S3、样品制备，按照目标成分范围，将选定的原材料按比例混合，进行熔炼制备样品；
S4、成分校正，对制备样品进行化学分析，获取实际的成分，根据实际成分与目标成分的差异，通过调整原材料比例来校正样品的成分；
S5、制备样块，将经过校正的样品铸造成棒状；
S6、验证和标定，使用制备的单点控制样块进行光谱仪的分析，根据分析结果进行仪器的标定。
2.根据权利要求1所述的用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块的制备方法，其特征在于：所述单点控制样块中的元素包括Fe、Cu、Si、Mn、Mg。
3.根据权利要求2所述的用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块的制备方法，其特征在于：所述单点控制样块中的各元素目标成分范围为；
Fe：0.18-0.22%；
Cu：0.028-0.032%；
Si：9.8-10.2%；
Mn：0.48-0.52%；
Mg：0.30-0.35%。
4.根据权利要求1所述的用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块的制备方法，其特征在于：所述S3中的混合比例为：
Al-Si-Mg合金中，Si：7.8-8.1%，Mg：0.25-0.27%；
Mn：0.44-0.47%；
Fe：0.15-0.18%。
5.根据权利要求1所述的用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块的制备方法，其特征在于：所述S4中化学分析获取实际成分的方法包括使用光谱仪、制备样品进行分析，从而得到各元素的含量。
6.根据权利要求1所述的用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块的制备方，其特征在于：所述S4中实际成分与目标成分的差异通过调整原材料比例来进行校正的具体方法包括根据实际成分与目标成分的差异计算出需要调整的量，并按照比例增加或减少相应原材料的投入量，调整后重新制备样品，并进行化学分析，循环此过程直到实际成分与目标成分接近为止。
7.根据权利要求6所述的用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块的制备方法，其特征在于：所述根据实际成分与目标成分的差异计算出需要调整的量，并按照比例增加或减少相应原材料的投入量的计算公式如下：
ΔA=(G-R) * α；
其中：ΔA为调整量；G为目标成分 ，R为实际成分，α为调整比例；
α的取值范围为0-1。
8.根据权利要求1所述的用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块的制备方法，其特征在于：所述S5中铸造成棒状的方法为挤压铸造。
9.根据权利要求1-8任一项所述的用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块的制备方法所制得的单点控制样块，其特征在于：所述单点控制样块中各组分的含量为：
Fe：0.18%，Cu：0.028%，Si：9.8%，Mn：0.48%，Mg：0.30%。
10.根据权利要求1-8任一项所述的用于控制高强韧铝合金材料的单点控制样块的制备方法所制得的单点控制样块，其特征在于：所述单点控制样块中各组分的含量为：
Fe：0.22%，Cu：0.032%，Si：10.2%，Mn：0.52%，Mg：0.35%。
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