CN117845108A - 一种高强韧铝合金制动器卡钳及其挤压铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强韧铝合金制动器卡钳及其挤压铸造方法，铝合金制动器卡钳由以下质量百分比的成分组成：Si 6.8‑7.2％，Mg0.36‑0.41％，Ti 0.08‑0.12％，Sr 0.01‑0.03％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的其它杂质。挤压铸造方法依次包括熔炼配制铝合金液、除渣除氢处理、挤压铸造成型、固溶和时效处理。通过科学设计铝合金制动器卡钳的成分组成和挤压铸造工艺，细化α‑Al晶粒和共晶Si相，提高铝合金液的纯净度，消除氢气孔和夹杂物对强度和塑性的危害，提高铝合金制动器卡钳的强度和塑性，抗拉强度≥300MPa，屈服强度≥270MPa，断后伸长率≥8％，相比于传统金属型重力铸造，铝合金制动器卡钳的强度提高了10％，塑性提高了50％以上，满足汽车轻量化的设计制造需求。
Description
技术领域
本发明属于铝合金挤压铸造技术领域，具体是涉及一种高强韧铝合金制动器卡钳及其挤压铸造方法。
背景技术
铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀、可回收再利用等优点，广泛应用于汽车领域制造各种承载受力结构件。制动器卡钳是汽车上的重要安全构件，起到刹车制动作用。传统制动器卡钳主要采用铝合金金属型重力铸造成型，存在强度低、重量大等问题。随着汽车轻量化的发展，为了满足制动器卡钳轻量化的需求，对制动器卡钳用铝合金及其成型技术要求越来越高，要求铝合金具有更高的强度和塑性，以提高汽车的安全性和使用寿命。挤压铸造是将铝合金液在挤压力的直接作用下进行凝固成型的技术，具有强力补缩功能，非常适合于生产高强度的汽车铝合金零部件。
公布号为CN112375941A的专利申请公开了一种挤压铸造铝合金材料及其制备方法，铝合金材料按重量比计，包含如下组分：Si8-12％，Fe＜0.9％，Cu 1-4％，Mn 0.2-0.8％，Mg 0.3-0.8％，Zn＜0.35％，Sn≤0.01％，Cd≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。制备方法包括如下步骤：熔化金属熔液，加入锰、铁、铜元素添加剂，降温至760-780℃，精炼净化除渣，加锑元素添加剂进行变质，浇铸铝合金锭。铝合金材料的抗拉强度为329.85-354.23MPa，屈服强度为222.07-224.88MPa，伸长率为2.64-2.8％。
公布号为CN108251714A的专利申请公开了一种挤压铸造高强韧铝合金及其挤压铸造方法，铝合金其成分及质量百分比为：Si9.6-10.4％，Mg 0.9-1.1％，Cu 0.4-0.6％，Ti0.1-0.2％，Cr 0.05-0.1％，Yb 0.01-0.02％，Te 0.03-0.05％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的其它杂质元素。挤压铸造方法包括配料、熔炼铝合金液、精炼除气除渣、挤压铸造成形和固溶时效处理。铝合金材料的抗拉强度为351.4-395.1MPa，屈服强度为303.8-345.2MPa，伸长率为6.2-7.2％。
公布号为CN108796317A的专利申请公开了一种适用于新能源汽车的可半固态挤压铸造铝合金及制备方法，铝合金包括Si 5-8％，Cu3.5-4％，Fe 0.4-0.8％，Mg 0-0.5％，其余杂质控制在0.05％以下，余量为Al。该铝合金采用半固态挤压铸造，铝合金的抗拉强度大于420MPa，屈服强度大于380MPa，导热系数大于160W/m·K，但延伸率低于1％。
从生产实践和文献资料检索结果来看，由于铝合金的强度和塑性之间存在相互制约、此消彼长的矛盾的问题，使得现有挤压铸造铝合金要么存在强度高塑性低要么塑性高强度低的问题，挤压铸造铝合金仍然无法满足汽车制动器卡钳轻量化的需要。因此，现有铝合金制动器卡钳及其挤压铸造方法仍有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种高强韧铝合金制动器卡钳及其挤压铸造方法，通过科学设计铝合金的成分组成和挤压铸造工艺，提高铝合金制动器卡钳的强度和塑性，满足汽车轻量化发展的需求。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明第一方面提供了一种高强韧铝合金制动器卡钳，其特点是，由以下质量百分比的成分组成：Si 6.8-7.2％，Mg 0.36-0.41％，Ti 0.08-0.12％，Sr 0.01-0.03％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的其它杂质，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。
其中，Si和Mg是铝合金制动器卡钳的主要强化元素，Si和Mg可形成Mg2Si强化相显著增强铝合金制动器卡钳的强度，Si和Mg的含量越高，铝合金制动器卡钳的强度也越高，但Si和Mg的含量过高，也会降低铝合金制动器卡钳的塑性。因此作为优选地，Si含量为6.8-7.2％，Mg含量为0.36-0.41％。
Ti是以铝钛合金形式加到铝合金制动器卡钳中，主要作用是细化粗大的树枝状α-Al晶粒，改善铝合金制动器卡钳的组织成分均匀性，提高铝合金制动器卡钳的铸造流动性、强度和塑性。Ti含量太低，晶粒细化效果不明显。但Ti含量太高也不会显著提高晶粒细化效果，反而会增加生产成本。因此作为优选地，Ti含量为0.08-0.12％。
Sr是以铝锶合金形式加到铝合金制动器卡钳中，主要作用是细化变质共晶Si相。共晶Si相在铝合金制动器卡钳中通常是以粗大片状分布在铝合金基体中，这种粗大片状共晶Si相会严重割裂铝合金基体，是导致铝合金制动器卡钳强度低，特别是塑性低的重要原因。添加0.01-0.03％的Sr，使铝合金制动器卡钳中共晶Si的形态从粗大片状转变为细小均匀的颗粒状或纤维状，可显著提高铝合金制动器卡钳的强度和塑性。
Fe是铝合金中不可避免的杂质元素，在铝合金中通常以粗大针状富Fe相形式分布在铝合金基体中，粗大针状富Fe相会严重割裂铝合金基体，是导致铝合金制动器卡钳强度偏低、特别是塑性较低的重要原因。因此，杂质元素Fe的含量必须严格控制，使Fe的含量≤0.15％。
本发明第二方面提供了一种高强韧铝合金制动器卡钳的挤压铸造方法，其特点是，依次包括以下步骤：
步骤一：按铝合金制动器卡钳的成分组成及质量百分比熔炼配制铝合金液，并将铝合金液的温度升高至700-730℃；
步骤二：采用氩气和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除渣处理，然后扒去铝合金液表面的浮渣；
步骤三：通过炉底安装的透气砖向炉内铝合金液通入由氩气和氯气组成的混合气体进行除氢处理；
步骤四：将铝合金液挤压铸造成铝合金制动器卡钳；
步骤五：将铝合金制动器卡钳进行固溶和时效处理，得到所述高强韧铝合金制动器卡钳。
其中，步骤一所述熔炼配制铝合金液是根据铝合金制动器卡钳的成分组成及质量百分比，选用纯铝锭、纯镁锭、铝硅合金、铝钛合金和铝锶合金，经计算和称重后，将原材料放入熔炼炉内加热熔化成铝合金液，然后将铝合金液的温度升高至700-730℃。
作为优选地，所述步骤二中氩气的纯度为99.99％，精炼剂的用量占铝合金液重量的0.1-0.2％，喷吹精炼时间为10-20分钟。
铝合金液中的夹杂物主要是氧化铝，主要来源于铝锭、镁锭、合金等原材料表面的氧化铝膜和熔炼过程中铝合金液氧化产生的氧化铝，其他夹杂物还包括非铝物料的燃烧产物和炉衬脱落的碎渣等。这些夹杂物如果留在铝合金制动器卡钳内，将形成疏松，会割裂铝基体，破坏铝合金制动器卡钳的组织连续性，使局部产生应力集中，成为铝合金制动器卡钳断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，最终降低铝合金制动器卡钳的强度和塑性。
采用惰性气体为载体，通过喷粉罐将粉末状固体精炼剂喷吹进入铝合金液中进行精炼除渣是铝加工领域最常用的除渣方法。为了获得较好的除渣效果，同时又不引起铝合金液吸氢和氧化，需要选用纯净度较高的惰性气体氩气作为载流气体。精炼剂的用量不能太少，精炼时铝合金液的温度不能太低，精炼时间不能太短，否者除渣效果不理想。精炼剂用量也不能太多，炼时铝合金液的温度不能太高，精炼时间也不能太长，否者会导致增加铝合金液的氧化和吸氢，并增加生产成本。需要特别指出的是，由于氮气会与铝合金液反应生产氮化铝，不仅会使铝合金液增加夹杂物氮化铝，而且含氮化铝的铝渣属于危废物，因此，要选用惰性气体氩气，不能选用惰性气体氮气。
作为优选地，所述步骤二中精炼剂由以下质量百分比的成分组成：ZnCl2 45.1％，K2CO3 25.3％，NaNO3 7.6％，KF 11.5％，K2SO4 6.3％，Li2SO4 4.2％。
作为优选地，所述步骤二中精炼剂的制备方法依次包括如下步骤：
(1)选用纯度≥99.8％的ZnCl2、K2CO3、NaNO3、KF、K2SO4、Li2SO4为原材料按精炼剂的成分组成及质量百分比进行配料；
(2)在纯度≥99.99％的氩气保护下将原材料在1150℃加热熔化，然后冷却凝固成块体精炼剂；
(3)将块体精炼剂粉粹成粒径≤2毫米粉末，得到所述精炼剂。
铝合金液的除渣效果除了与精炼工艺相关外，还与精炼剂的成分组成及制备方法密切相关。现有市售精炼剂主要采用钠盐、氟盐、氯盐、六氯乙烷等原材料直接破碎混合而成，精炼剂的组分之间互相独立存在，使得精炼剂不仅熔点高，而且除渣效率低，即便使用大量的精炼剂，也不能获得高纯净度的铝合金液。为了提高精炼效果，发明人通过大量的实验探索研究，研制了高效率的新型精炼剂，精炼剂以ZnCl2和K2CO3为主要成分，再配上少量的NaNO3、KF、K2SO4和Li2SO4，同时突破传统机械混合的制备方法，先将原材料在氩气保护下在1150℃加热熔化，然后再冷却凝固和粉粹成粉末状精炼剂，ZnCl2的熔点约为290℃，NaNO3的熔点为306.8℃，K2CO3的熔点为891℃，KF的熔点为858℃，K2SO4的熔点为1069℃，Li2SO4的熔点为859℃，虽然K2CO3、KF、K2SO4、Li2SO4的熔点较高，但通过熔化和凝固结晶，K2CO3与KF形成熔点仅为688℃的KF·K2CO3共晶体，K2SO4与Li2SO4形成熔点仅为716℃的K2SO4·Li2SO4共晶体，使精炼剂的熔点大幅下降，使精炼剂在铝合金液中更容易熔解，ZnCl2分解出Cl2，K2CO3分解出CO2，NaNO3分解出N2、CO2和NO气体，大量的气泡在上浮过程中捕获铝合金液中的夹杂物，起到高效的除渣作用。K2SO4·Li2SO4共晶体熔解成液态熔盐，对氧化铝等夹杂物具有很好的润湿球化作用，促进夹杂物与铝合金液的分离，能进一步提高除渣效率。另外，该精炼剂不含钠盐和六氯乙烷，只含少量氟盐，使用也更加环保。
作为优选地，所述步骤三中氩气的纯度为99.99％，氯气的纯度为99.99％，混合气体中氯气的体积百分比为10-15％，且混合气体的流量为1-2立方米/分钟，除氢的时间为10-20分钟。
铝合金液中的气体主要是氢气，主要来源于熔炼过程中铝合金液与水汽的反应，包括空气中含有的水汽、炉料和燃气带入的水分等。未除气前，铝合金液的含氢量通常在0.3-0.5mL/100gAl。氢在铝合金液中主要以原子或离子态分布在铝原子间隙中，少量以分子态气泡形式悬浮在铝合金液中。氢在铝合金液中的溶解度随温度的降低而逐渐下降。氢在固态铝中的溶解度很低，在铝合金液凝固过程中，大量的氢原子逐渐在晶间富集形核和长大，最后膨胀形成氢气孔。如果不对铝合金液进行除氢处理，大量的氢将保留在铝合金制动器卡钳中形成氢气孔，不仅会降低铝合金制动器卡钳的致密度，还会割裂铝基体，破坏铝合金制动器卡钳的组织连续性，使局部产生应力集中，成为铝合金制动器卡钳断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，最终降低铝合金制动器卡钳的强度和塑性。
炉底透气砖除气是在熔铝炉的底部安装多个多孔的透气砖，然后通过透气砖向炉内的铝合金液中通入由氩气和氯气组成的混合气体，混合气体经过多孔透气砖后被分解成细小均匀的小气泡，小气泡在上浮过程中捕获铝合金液中的氢气，然后上浮带出铝合金液，起到除气作用。由于熔铝炉底部均匀安装有多个多孔透气砖，使得气泡在铝合金液分布均匀，同时气泡上浮时对铝合金液还有搅拌作用，避免了炉内铝合金液存在除氢的死角，提高了铝合金液的除氢效率。混合气体的流量越大，通气时间越长，除气效果越好。另外，在混合气体中加入氯气，由于氯气性质活泼，易于铝合金液中的氢原子结合带走铝合金液中氢，因而能显著提高除氢效果，并且混合气体中氯气的体积百分比越高，除氢效果也越好。
作为优选地，所述步骤四中挤压铸造时，铝合金液的浇注温度为690-700℃，模具温度为350-400℃，挤压比压为100-150MPa，充型速度为0.5-0.8米/秒，保压时间为5-10秒。
铝合金制动器卡钳的致密度和充型完整性与挤压铸造工艺密切相关，挤压铸造工艺组合不合理，将得不到组织致密和充型完整的铝合金制动器卡钳。同样无法获得高强度高塑性的铝合金制动器卡钳。发明人通过大量实验研究，发现在铝合金液浇注温度为690-700℃、模具温度为350-400℃、挤压比压为100-150MPa、充型速度为0.5-0.8米/秒、保压时间为5-10秒条件下，可以获得组织致密和充型完整的铝合金制动器卡钳。
作为优选地，所述步骤五中固溶处理是将铝合金制动器卡钳在540-550℃加热2-3小时，然后放入水中冷却至室温。
作为优选地，所述步骤五中时效处理是将固溶后的铝合金制动器卡钳在160-170℃加热3-4小时，然后随炉冷却至室温。
固溶和时效是进一步提高铝合金制动器卡钳强度的重要手段。传统铝合金制动器卡钳的固溶和时效温度都比较低，导致不仅铝合金制动器卡钳的生产效率低，而且导致铝合金制动器卡钳的强度和塑性达不到最佳的组合。发明人对本发明铝合金制动器卡钳的固溶和时效工艺进行了大量的探索研究，惊奇地发现，将铝合金制动器卡钳在540-550℃加热2-3小时进行固溶，然后放入水中冷却至室温，再将铝合金制动器卡钳在160-170℃加热3-4小时进行时效，然后随炉冷却至室温，不仅可以大幅提高铝合金制动器卡钳的强度和塑性，而且总的加热时间大幅缩短，不仅有利于降低铝合金制动器卡钳固溶时效时的能耗和生产成本，还大幅提高了铝合金制动器卡钳的生产效率。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过科学设计铝合金制动器卡钳的成分组成和制备工艺，通过细化粗大的树枝状α-Al晶粒和粗大片状共晶Si相，提高铝合金制动器卡钳的纯净度，消除粗大树枝状α-Al晶粒、粗大片状共晶Si相、氢气孔和夹杂物对铝合金制动器卡钳强度和塑性的危害，从而大幅提高铝合金制动器卡钳的强度和塑性，使铝合金制动器卡钳的抗拉强度≥300MPa，屈服强度≥270MPa，断后伸长率≥8％，与传统金属型重力铸造铝合金制动器卡钳相比，本发明铝合金制动器卡钳的强度提高了10％以上，塑性提高了50％以上，满足了汽车轻量化的设计制造需求。另外，本发明还大幅缩短了铝合金制动器卡钳固溶和时效的加热时间，有利于减少固溶时效时的能耗，降低铝合金制动器卡钳的生产成本，提高铝合金制动器卡钳的生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例1铝合金制动器卡钳的显微组织图。
图2为本发明实施例2铝合金制动器卡钳的显微组织图。
图3为本发明实施例3铝合金制动器卡钳的显微组织图。
图4为本发明实施例4铝合金制动器卡钳的显微组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的描述。
实施例1：
高强韧铝合金制动器卡钳由以下质量百分比的成分组成：Si6.9％，Mg 0.38％，Ti0.09％，Sr 0.02％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的其它杂质，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。挤压铸造方法依次包括以下步骤：
步骤一：按铝合金制动器卡钳的成分组成及质量百分比，选用纯铝锭、纯镁锭、铝硅合金、铝钛合金和铝锶合金，经计算和称重后，放入熔炼炉内熔炼配制成铝合金液，并将铝合金液的温度升高至710℃；
步骤二：采用纯度99.99％的氩气和占铝合金液重量0.15％的精炼剂对铝合金液喷吹精炼16分钟进行除渣处理，然后扒去铝合金液表面的浮渣；
步骤三：通过炉底安装的透气砖向炉内铝合金液通入由纯度99.99％的氩气和纯度99.99％的氯气组成的混合气体15分钟进行除氢处理，混合气体中氯气的体积百分比为12％，混合气体的流量为1.6立方米/分钟；
步骤四：在铝合金液浇注温度为695℃、模具温度为380℃、挤压比压为120MPa、充型速度为0.7米/秒、保压时间为6秒条件下将铝合金液挤压铸造成铝合金制动器卡钳；
步骤五：将铝合金制动器卡钳在545℃加热2.5小时进行固溶处理，然后放入水中冷却至室温，再将铝合金制动器卡钳在165℃加热3.5小时进行时效处理，随炉冷却至室温，得到所述高强韧铝合金制动器卡钳。
实施例2：
高强韧铝合金制动器卡钳由以下质量百分比的成分组成：Si7.2％，Mg 0.36％，Ti0.11％，Sr 0.017％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的其它杂质，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。挤压铸造方法依次包括以下步骤：
步骤一：按铝合金制动器卡钳的成分组成及质量百分比，选用纯铝锭、纯镁锭、铝硅合金、铝钛合金和铝锶合金，经计算和称重后，放入熔炼炉内熔炼配制成铝合金液，并将铝合金液的温度升高至720℃；
步骤二：采用纯度99.99％的氩气和占铝合金液重量0.1％的精炼剂对铝合金液喷吹精炼10分钟进行除渣处理，然后扒去铝合金液表面的浮渣；
步骤三：通过炉底安装的透气砖向炉内铝合金液通入由纯度99.99％的氩气和纯度99.99％的氯气组成的混合气体20分钟进行除氢处理，混合气体中氯气的体积百分比为15％，混合气体的流量为2立方米/分钟；
步骤四：在铝合金液浇注温度为695℃、模具温度为360℃、挤压比压为140MPa、充型速度为0.6米/秒、保压时间为8秒条件下将铝合金液挤压铸造成铝合金制动器卡钳；
步骤五：将铝合金制动器卡钳在540℃加热3小时进行固溶处理，然后放入水中冷却至室温，再将铝合金制动器卡钳在170℃加热3小时进行时效处理，随炉冷却至室温，得到所述高强韧铝合金制动器卡钳。
实施例3：
高强韧铝合金制动器卡钳由以下质量百分比的成分组成：Si6.8％，Mg 0.41％，Ti0.12％，Sr 0.01％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的其它杂质，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。挤压铸造方法依次包括以下步骤：
步骤一：按铝合金制动器卡钳的成分组成及质量百分比，选用纯铝锭、纯镁锭、铝硅合金、铝钛合金和铝锶合金，经计算和称重后，放入熔炼炉内熔炼配制成铝合金液，并将铝合金液的温度升高至730℃；
步骤二：采用纯度99.99％的氩气和占铝合金液重量0.2％的精炼剂对铝合金液喷吹精炼20分钟进行除渣处理，然后扒去铝合金液表面的浮渣；
步骤三：通过炉底安装的透气砖向炉内铝合金液通入由纯度99.99％的氩气和纯度99.99％的氯气组成的混合气体10分钟进行除氢处理，混合气体中氯气的体积百分比为10％，混合气体的流量为1立方米/分钟；
步骤四：在铝合金液浇注温度为700℃、模具温度为350℃、挤压比压为150MPa、充型速度为0.5米/秒、保压时间为10秒条件下将铝合金液挤压铸造成铝合金制动器卡钳；
步骤五：将铝合金制动器卡钳在540℃加热3小时进行固溶处理，然后放入水中冷却至室温，再将铝合金制动器卡钳在160℃加热4小时进行时效处理，随炉冷却至室温，得到所述高强韧铝合金制动器卡钳。
实施例4：
高强韧铝合金制动器卡钳由以下质量百分比的成分组成：Si7.1％，Mg 0.39％，Ti0.08％，Sr 0.03％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的其它杂质，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。挤压铸造方法依次包括以下步骤：
步骤一：按铝合金制动器卡钳的成分组成及质量百分比，选用纯铝锭、纯镁锭、铝硅合金、铝钛合金和铝锶合金，经计算和称重后，放入熔炼炉内熔炼配制成铝合金液，并将铝合金液的温度升高至700℃；
步骤二：采用纯度99.99％的氩气和占铝合金液重量0.1％的精炼剂对铝合金液喷吹精炼10分钟进行除渣处理，然后扒去铝合金液表面的浮渣；
步骤三：通过炉底安装的透气砖向炉内铝合金液通入由纯度99.99％的氩气和纯度99.99％的氯气组成的混合气体20分钟进行除氢处理，混合气体中氯气的体积百分比为15％，混合气体的流量为2立方米/分钟；
步骤四：在铝合金液浇注温度为690℃、模具温度为400℃、挤压比压为100MPa、充型速度为0.8米/秒、保压时间为5秒条件下将铝合金液挤压铸造成铝合金制动器卡钳；
步骤五：将铝合金制动器卡钳在550℃加热2小时进行固溶处理，然后放入水中冷却至室温，再将铝合金制动器卡钳在170℃加热3小时进行时效处理，随炉冷却至室温，得到所述高强韧铝合金制动器卡钳。
实施例1-4中，步骤二中所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：ZnCl245.1％，K2CO3 25.3％，NaNO3 7.6％，KF 11.5％，K2SO4 6.3％，Li2SO4 4.2％，该精炼剂的制备方法依次包括如下步骤：(1)选用纯度≥99.8％的ZnCl2、K2CO3、NaNO3、KF、K2SO4、Li2SO4为原材料按精炼剂的成分组成及质量百分比进行配料；(2)在纯度≥99.99％的氩气保护下将原材料在1150℃加热熔化，然后冷却凝固成块体精炼剂；(3)将块体精炼剂粉粹成粒径≤2毫米粉末，得到所述精炼剂。
对比例1：
铝合金制动器卡钳的挤压工艺与实施例1相同，区别在铝合金制动器卡钳中未加铝钛合金，铝合金制动器卡钳由以下质量百分比的成分组成：Si 6.9％，Mg 0.38％，Sr0.02％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的其它杂质，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。
对比例2：
铝合金制动器卡钳的成分组成及其挤压铸造工艺与实施例2相同，区别在于步骤二所用精炼剂是目前常用的市售精炼剂，该精炼剂由以下质量百分比的成分组成：26.1％的NaCl，10.6％的Na2SiF6，17.1％的Na2SO4，6.9％的CaF2，9.3％的C6Cl6，14.3％的Na2S2O3和15.7％的NaF，该精炼剂的制备方法是将原材料直接破碎成粒径≤2毫米粉末后混合而成。
对比例3：
铝合金制动器卡钳的成分组成及其挤压铸造工艺与实施例3相同，区别在于步骤三未通过炉底透气砖向炉内铝合金液通入由氩气和氯气组成的混合气体进行除氢处理。
对比例4：
铝合金制动器卡钳的成分组成及其制备工艺参数与实施例4相同，区别在于步骤五中铝合金制动器卡钳的时效工艺为在140℃加热8小时。
验证例1：
采用OXFORD-DSC500型差式扫描量热仪分别检测实施例2和对比例2所用精炼剂的熔点，结果如表1所示。从表1可看到，实施例2精炼剂的熔化起始温度为290℃，熔化结束温度仅为716℃。对比例2精炼剂的熔化起始温度为564℃，熔化结束温度为1249℃。通过比较可以看到，本发明研制的精炼剂具有更低的熔化起始温度和熔化结束温度，表明本发明研制的精炼剂更容易熔解于铝合金液，有利于提高除渣效果。
表1精炼剂的熔点对比情况
| 实施例2 | 对比例2 | |
| 熔化起始温度/℃ | 290 | 564 |
| 熔化结束温度/℃ | 716 | 1249 |
验证例2：
采用HDA-V测氢仪和Analyze PoDFA测渣仪现场检测实施例1-4和对比例1-4挤压铸造前铝合金液的含氢量和含渣量，结果如表2所示。从表2可看到，实施例1-4铝合金液的含氢量低于0.1ml/100gAl，含渣量低于0.08mm2/kgAl。而对比例2由于采用传统市售精炼剂进行炉内喷吹精炼，对比例3由于未通过炉底透气砖通人氩气和氯气进行除氢，导致对比例2和对比例3挤压铸造前铝合金液的气渣含量都高于实施例挤压铸造前铝合金液的气渣含量。通过比较可以看到，采用本发明方法可大幅提高铝合金制动器卡钳的洁净度。
表2铝合金液的含氢量和含渣量对比情况
| 含氢量/(ml/100gAl) | 含渣量/(mm2/kg) | |
| 实施例1 | 0.085 | 0.065 |
| 实施例2 | 0.092 | 0.078 |
| 实施例3 | 0.079 | 0.071 |
| 实施例4 | 0.089 | 0.073 |
| 对比例1 | 0.084 | 0.067 |
| 对比例2 | 0.093 | 0.152 |
| 对比例3 | 0.168 | 0.079 |
| 对比例4 | 0.091 | 0.074 |
验证例3：
在实施例1-4和对比例1-4得到铝合金制动器卡钳上取样，在电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2mm/min，检测铝合金制动器卡钳的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率，结果如表3所示。从表3可看到，实施例1-4铝合金制动器卡钳的抗拉强度≥300MPa，屈服强度≥270MPa，断后伸长率≥8％。对比例1由于未添加铝钛合金进行晶粒细化处理，对比例2由于使用常规市售精炼剂进行除渣处理，对比例3由于未采用炉底透气砖除氢，对比例4由于采用常规时效工艺，导致铝合金制动器卡钳的强度和塑性都较低。通过比较可以看到，本发明通过科学设计铝合金制动器卡钳的成分组成和挤压铸造工艺，细化粗大的树枝状α-Al晶粒和粗大片状共晶Si相，提高铝合金液的纯净度，消除粗大树枝状α-Al晶粒、粗大片状共晶Si相、氢气孔和夹杂物对铝合金制动器卡钳强度和塑性的危害，可以大幅提高铝合金制动器卡钳的强度和塑性。
表3铝合金制动器卡钳的室温拉伸力学性能
验证例4：
在实施例1-4得到铝合金制动器卡钳上取样，经磨制、抛光和腐蚀后在LEIKA-1800型金相显微镜上进行观察，图1为实施例1铝合金制动器卡钳放大100倍的显微组织图，图2为实施例2铝合金制动器卡钳放大100倍的显微组织图，图3为实施例3铝合金制动器卡钳放大100倍的显微组织图，图4为实施例4铝合金制动器卡钳放大100倍的显微组织图。从图1-4可看到，本发明铝合金制动器卡钳的α-Al晶粒和共晶Si相细小，未见粗大的树枝状α-Al晶粒和粗大的片状共晶Si相。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (9)
1.一种高强韧铝合金制动器卡钳，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：Si6.8-7.2％，Mg 0.36-0.41％，Ti 0.08-0.12％，Sr0.01-0.03％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的其它杂质，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％。
2.一种用于制备如权利要求1所述高强韧铝合金制动器卡钳的挤压铸造方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
步骤一：按铝合金制动器卡钳的成分组成及质量百分比熔炼配制铝合金液，并将铝合金液的温度升高至700-730℃；
步骤二：采用氩气和精炼剂对铝合金液喷吹精炼进行除渣处理，然后扒去铝合金液表面的浮渣；
步骤三：通过炉底安装的透气砖向炉内铝合金液通入由氩气和氯气组成的混合气体进行除氢处理；
步骤四：将铝合金液挤压铸造成铝合金制动器卡钳；
步骤五：将铝合金制动器卡钳进行固溶和时效处理，得到所述高强韧铝合金制动器卡钳。
3.根据权利要求2所述高强韧铝合金制动器卡钳的挤压铸造方法，其特征在于，所述步骤二中氩气的纯度为99.99％，精炼剂的用量占铝合金液重量的0.1-0.2％，喷吹精炼时间为10-20分钟。
4.根据权利要求2所述高强韧铝合金制动器卡钳的挤压铸造方法，其特征在于，所述步骤二中精炼剂由以下质量百分比的成分组成：ZnCl2 45.1％，K2CO3 25.3％，NaNO3 7.6％，KF 11.5％，K2SO4 6.3％，Li2SO44.2％。
5.根据权利要求2或4所述高强韧铝合金制动器卡钳的挤压铸造方法，其特征在于，所述步骤二中精炼剂的制备方法依次包括如下步骤：
(1)选用纯度≥99.8％的ZnCl2、K2CO3、NaNO3、KF、K2SO4、Li2SO4为原材料按精炼剂的成分组成及质量百分比进行配料；
(2)在纯度≥99.99％的氩气保护下将原材料在1150℃加热熔化，然后冷却凝固成块体精炼剂；
(3)将块体精炼剂粉粹成粒径≤2毫米粉末，得到所述精炼剂。
6.根据权利要求2所述高强韧铝合金制动器卡钳的挤压铸造方法，其特征在于，所述步骤三中氩气的纯度为99.99％，氯气的纯度为99.99％，混合气体中氯气的体积百分比为10-15％，且混合气体的流量为1-2立方米/分钟，除氢的时间为10-20分钟。
7.根据权利要求2所述高强韧铝合金制动器卡钳的挤压铸造方法，其特征在于，所述步骤四中挤压铸造时，铝合金液的浇注温度为690-700℃，模具温度为350-400℃，挤压比压为100-150MPa，充型速度为0.5-0.8米/秒，保压时间为5-10秒。
8.根据权利要求2所述高强韧铝合金制动器卡钳的挤压铸造方法，其特征在于，所述步骤五中固溶处理是将铝合金制动器卡钳在540-550℃加热2-3小时，然后放入水中冷却至室温。
9.根据权利要求2所述高强韧铝合金制动器卡钳的挤压铸造方法，其特征在于，所述步骤五中时效处理是将固溶后的铝合金制动器卡钳在160-170℃加热3-4小时，然后随炉冷却至室温。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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