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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