CN1233862C - 一种高硅铝合金材料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高硅铝合金材料及其生产方法,合金的总量百分比组成控制在Si 10~12%,Cu 2.5~3.5%,Fe 0.11~0.25%,Mg 0.4~0.6%,Mn0.35~0.64%,Sb 0.10~0.20%,Zn≤0.25%,Cr≤0.10%,Ti<0.05%,Ni<0.05%,其它杂质单个≤0.05%,合计≤0.15%,余量为A1。生产方法为原料配好后进行熔炼,当熔炼温度达到700-750℃时,按原料总量的0.02%-0.05%加入金属Zr变质剂,再在710-720℃条件下铸造,铸造时铺底,不回火,然后将所铸铸锭整根进行均匀化退火,退火后挤压,挤压后的管材进行淬火,管材淬火后要立即进行辊式矫直,然后取样、切成品和人工时效。
Description
技术领域
本发明涉及一种高硅铝合金材料及其生产方法。
背景技术
在铝合金中加入较高含量的硅,形成高硅合金,该种材料具有密度小,热膨胀系数小,耐磨性好,延伸性能强,重量轻等优点,在国内外逐渐受到航空、航天、汽车、压缩机等行业的青睐和重视。但是合金中由于Si含量较高,不进行变质处理时,铸锭中易形成较严重的初生硅聚集现象,会降低合金的强度和伸长率,因此必须对合金进行变质处理,对比文件CN1120598A,公开日1996年4月16日,公开了一种高硅铝合金的变质处理方法,加入复合Na盐变质剂进行处理,可使铸锭的伸长率从未变质的平均2.6%提高到4.9%—5.6%,优点是对砂型铸造具有较好的变质作用,对含有Sb且冷却速度较大的立式半连续水冷铸造,其效果不佳,主要是Sb形成了粗的金属间化合物、影响变质效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种高硅铝合金材料及其生产方法,以改善高硅铝合金的组织形态,有效地提高了铝合金的力学性能。
实现本发明目的的技术方案是合金的元素重量百分比组成为:Si10~12%,Cu2.5~3.5%,Fe0.11~0.25%,Mg0.4~0.6%,Mn0.35~0.64%,Sb0.10~0.20%,Zn≤0.25%,Cr≤0.10%,Ti<0.05%,Ni<0.05%,其中Zn、Cr、Ti的含量不能同时为零,而且Zn、Cr、Ni的含量也不能同时为零,其它杂质单个≤0.05%,合计≤0.15%,Al为余量。
生产方法是原料配好后进行熔炼,当熔炼温度达到700-750℃时,按原料总量的0.02%-0.05%加入金属Zr变质剂,再在710-720℃条件下铸造,铸造时铺底,不回火,然后将所铸铸锭整根进行均匀化退火,退火后挤压,挤压后的管材进行淬火,淬火温度为520±3℃,保温时间为2h,管材淬火后要立即进行辊式矫直,然后取样、切成品和人工时效,时效温度为160±5℃,保温时间为4h。
为了使高硅铝合金的硅元素能充分与其他合金均匀的融合,经过多次实验,确定使用Zr作为变质剂,当熔炼温度达到700-750℃时,进行最后一次吹渣后,按总量的0.02%-0.05%加入金属Zr变质剂,熔化后的金属Zr与Al结合生成新的AI3Zr分子,AI3Zr初晶尺寸小,弥散分布,大大增加了合金的结晶核心,阻止了合金中初晶硅与共晶硅的过度长大,并使其得以弥散分布,从而实现细化铸造颗粒,减少共晶硅的产生。
通过多次实验证明Zr元素细化高硅铝合金铸造组织的作用比其它添加剂的效果都要好,且可以细化加工组织,阻止加工及热处理过程中晶粒的再长大,是一种理想的变质剂,特别对含有Sb且冷却速度较大的立式半连续水冷铸造,效果更佳,但同时不应注意在铸造时,因底部应力较大,必须进行铺底处理,因结晶时放热较多,铸造水压要适当,否则易产生漏铝现象,同时要控制冷隔深度,防止产生横裂。铸造前用N-CI气体进行精炼以降低铝熔体含气量,管材淬火后要立即进行辊式矫直,否则,停放时间长,辊矫时易产生裂纹。
经过我们一年多的试制,该材料终于试制成功,在外形尺寸及偏差方面,标准要求为:外径φ1060 +2.7mm,内径φ82-2.7 0mm,实测:外径φ107.8-108.2mm,内径φ81-81.3mm,在管材表面质量和其它方面,达到了GB/T4437.1-2000标准的要求,并且从性能及元素成份配比上都超过了国内外同类材料的要求,填补了国内外该种材料的空白。
表1 管材力学性能检测一览表
规格:mm | 批号 | δh,Mpa | δp0.2,Mpa | δ,% | HRB | 冲击值(摆锤)N.m/cm2 |
φ106×12 | 1 | 410-470 | 348-416 | 5-7 | 70.9-84.4 | 4.0-6.8 |
2 | 423-459 | 380-405 | 5.6-6.8 | 73.7-83.4 | 5.97-8.76 | |
3 | 419-466 | 370-426 | 5.4-6.4 | 70.9-84.4 | 4.2-6.3 | |
4 | 416-436 | 318-342 | 8.0-9.8 | 70.7-77.7 | 7.47-10.4 | |
5 | 414-435 | 323-332 | 7.0-9.8 | 70.0-75.7 | 8.21-8.76 | |
6 | 414-427 | 328-337 | 7.4-9.8 | 70.1-75.3 | 8.98-9.53 | |
7 | 416-442 | 335-375 | 6.0-7.6 | 73.6-76.8 | 5.08-8.72 | |
8 | 433-448 | 324-359 | 6.0-7.2 | 75.06-77.7 | 4.58-6.29 | |
9 | 426-463 | 362-412 | 6.4-8.4 | 77.07-88.20 | 4.33-6.87 |
表2 现已生产的管材材质状态一览表
表2是按本发明的方法实际生产出的高硅铝合金管材材质状态表
附图说明
图1是对比文件未经过变质处理的高硅铝合金铸锭显微组织照片图。
图2是对比文件经过变质处理的高硅铝合金铸锭显微组织照片图。
图3是本发明经过变质处理的高硅铝合金铸锭显微组织照片图。
图4是本发明经过变质处理的高硅铝合金管材显微组织照片图。
具体实施例
实施例1
炉批号447-3,合金的元素组成为(重量百分比)Si11.39,Cu2.87,Fe0.25,Mg0.48,Mn0.50,Sb0.14,Zn≤0.25,Cr≤0.10,Ti≤0.05,Ni<0.05,其它杂质单个≤0.05,合计≤0.15,余量为Al。
生产方法为原料配好后进行熔炼,当熔炼温度达到700-750℃时,按原料总量的0.028%加入金属Zr变质剂,再在710-720℃条件下铸造,铸造时铺底,不回火,然后将所铸铸锭整根进行均匀化退火,退火后挤压,挤压后的管材进行淬火,淬火温度为520±3℃,保温时间为2h,管材淬火后要立即进行辊式矫直,然后取样、切成品和人工时效,时效温度为160±5℃,保温时间为4h。
实施例2
炉批号4511,合金的元素组成为(重量百分比)Si10.35,Cu2.86,Fe0.21,Mg0.54,Mn0.45,Sb0.14,Zn≤0.25,Cr≤0.10,Ti<0.05,Ni<0.05,其它杂质单个≤0.05,合计≤0.15,余量为Al。
生产方法为原料配好后进行熔炼,当熔炼温度达到700-750℃时,按原料总量的0.034%加入金属Zr变质剂,再在710-720℃条件下铸造,铸造时铺底,不回火,然后将所铸铸锭整根进行均匀化退火,退火后挤压,挤压后的管材进行淬火,淬火温度为520±3℃,保温时间为2h,管材淬火后要立即进行辊式矫直,然后取样、切成品和人工时效,时效温度为160±5℃,保温时间为4h。
实施例3
炉批号4509,合金的元素组成为(重量百分比):Si10.83,Cu2.73,Fe0.20,Mg0.49,Mn0.43,Sb0.15,Zn≤0.25,Cr≤0.10,Ti<0.05,Ni<0.05,其它杂质单个≤0.05,合计≤0.15,余量为Al。
生产方法为原料配好后进行熔炼,当熔炼温度达到700-750℃时,按原料总量的0.046%加入金属Zr变质剂,再在710-720℃条件下铸造,铸造时铺底,不回火,然后将所铸铸锭整根进行均匀化退火,退火后挤压,挤压后的管材进行淬火,淬火温度为520±3℃,保温时间为2h,管材淬火后要立即进行辊式矫直,然后取样、切成品和人工时效,时效温度为160±5℃,保温时间为4h。
图1是对比文件未经过变质处理的高硅铝合金铸锭显微组织照片图,图2是对比文件经过变质处理的高硅铝合金铸锭显微组织照片图,图3是本发明经过变质处理的高硅铝合金铸锭显微组织照片图,图4是本发明经过变质处理的高硅铝合金管材显微组织照片图,将4张图进行对比,可以看出本发明的铸锭颗粒细化程度好,共晶硅少,且弥散分布。
Claims (2)
1、一种高硅铝合金材料,其特征在于合金的元素重量百分比组成为:Si10~12%,Cu2.5~3.5%,Fe0.11~0.25%,Mg0.4~0.6%,Mn0.35~0.64%,Sb0.10~0.20%,Zn≤0.25%,Cr≤0.10%,Ti<0.05%,Ni<0.05%,其中Zn、Cr、Ti的含量不能同时为零,而且Zn、Cr、Ni的含量也不能同时为零,其它杂质单个≤0.05%,合计≤0.15%,Al为余量。
2、生产如权利要求1所述高硅铝合金材料的方法,其特征在于原料配好后进行熔炼,当熔炼温度达到700-750℃时,按原料总量的0.02%-0.05%加入金属Zr变质剂,再在710-720℃条件下铸造,铸造时铺底,不回火,然后将所铸铸锭整根进行均匀化退火,退火后挤压,挤压后的管材进行淬火,淬火温度为520±3℃,保温时间为2h,管材淬火后要立即进行辊式矫直,然后取样、切成品和人工时效,时效温度为160±5℃,保温时间为4h。
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