CN1730698A - 一种铝硅铜镁系压铸铝合金及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及一种铝硅铜镁系压铸铝合金及其制备工艺。该合金化学成分为(质量百分比)：硅13.0－15.0％，铜1.5－3.5％，镁≤0.3％，铁≤1.3％，锰≤0.5％，杂质含量≤0.15％，其余为铝。原料在电阻坩埚炉中配制，熔炼温度为680－750℃，待纯铝及中间合金熔化后，将硅块和铜锭加入铝液中，680－700℃时加入镁块，浇注温度为660－720℃。制备的铝硅铜镁系压铸铝合金铸态抗拉强度在264MPa以上，硬度HB95左右，同时具有良好的气密性和耐磨性能，机械加工性能良好，可以满足对强度、气密性和耐磨性能要求比较高的精密阀体以及汽车、航空部件等零件要求。

Description

一种铝硅铜镁系压铸铝合金及其制备工艺

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种强度高、气密性好、耐磨性能优良的铝硅铜镁系压铸铝合金及其制备工艺。

背景技术

一般的Al-Si系合金存在强度比较低、阳极氧化不理想的缺点，目前主要采用Al-Si-Cu系合金代替Al-Si系合金。Al-Si-Cu-Mg系压铸铝合金是被广泛应用的高强度铝合金，大多采用亚共晶和共晶成分。我国自主开发的高强度Al-Si-Cu-Mg系压铸铝合金YL112成分：硅7.5-9.5，铜3.0-4.0，镁≤0.3，锰≤0.5，铁≤1.2，铅≤0.1，镍≤0.5，铝余量；YL113成分：硅9.6-12.0，铜1.5-3.5，镁≤0.3，锰≤0.5，铁≤1.2，铅≤0.1，镍≤0.5，铝余量(吴春苗.压铸实用技术。广州：广东科技出版社，2003.)。YL117成分在过共晶范围内，但是铸态抗拉强度仅为220MPa，强度比较低，延伸率＜1％。

虽然上述压铸铝合金具有较好的流动性、较高的强度、较小的热膨胀系数，但由于本身存在的一些缺陷而限制了其在社会生产中的应用，主要问题有：

(1).塑性差、机加工性能差，压铸产品难以进行机加工。

(2).压铸件气密性不良，在熔炼过程中易产生吸气使气体含量升高，产品中生成缩松、气孔及其他缺陷，使得压铸产品在使用时发生漏气现象。

(3).耐磨性能不良，由于Si含量比较高，在过共晶合金组织中易产生大的块状相，分布不均匀，材料易磨损。

由于上述铝硅铜镁系压铸铝合金气密性差、耐磨性能不良等，不适合用于精密阀体、汽车、航空部件等对气密性和耐磨性有较高要求的零件。

发明内容：

本发明目的在于克服上述压铸铝合金生产中出现的问题，提供一种强度高、气密性好、耐磨性能优良的铝硅铜镁系压铸铝合金及其制备工艺。

本发明是通过以下方式实现的：

一种铝硅铜镁系压铸铝合金，含有铝、硅、铜、镁、铁、锰元素，其特征是各组分的质量百分比为：硅13.0-15.0％；铜1.5-3.5％；镁≤0.3％；铁≤1.3％；锰≤0.5％；杂质含量≤0.15％，其余为铝。

上述铝硅铜镁系压铸铝合金的制备工艺，其特征是包括以下步骤：

(1).使用电阻坩埚炉，采用铸铁或铸钢坩埚，为了防止渗铁，在坩埚的表面涂上一层涂料，涂料成分为：滑石粉+水玻璃+水；

(2).按照硅13.0-15.0％；铜1.5-3.5％；镁≤0.3％；铁≤1.3％；锰≤0.5％；其余为铝的质量百分比计算并称取纯铝锭、工业硅、铜锭、纯镁块、铝铁及铝锰中间合金作为原料；

(3).在坩埚中依次装入预热的铝锭、铝锰中间合金及铝铁中间合金，并随电阻炉一起升温；

(4).当电阻炉升温至680-730℃时，将硅块直接加入金属液中，全部熔化后将铜块加入坩埚中，待其熔化后，温度680-700℃时加入镁块，镁块要用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；

(5).当温度至680-720℃时，加入炉料重量0.5％的“DSG铝合金除渣除气剂”用压勺反复压入铝液中3-5次，然后扒渣；

(6).当金属液温度达到780-800℃时，加入炉料总重1.0wt％的Al-P中间合金变质剂，进行变质，在炉中搅拌、静置30分钟左右；

(7).当电阻炉温度降至700-740℃，加入炉料总重0.5％的DSG-B精炼剂进行精炼，时间10分钟，然后通入纯氮气进行除气，除气时通气管伸入到熔液底部12mm处，缓慢移动通气管以便气体与液体全面接触，时间20分钟；

(8).精炼结束后，静置10分钟，在660-720℃间扒渣浇注。

上述铝硅铜镁系压铸铝合金的制备工艺，其特征是：步骤(2)中，纯铝中铝含量≥99.7％，工业硅中硅含量≥99.0％，纯铜中铜含量≥99.95％；纯镁中镁含量≥99.95％；铝锰中间合金中各成分的质量百分比是：10％锰，90％铝；铝铁中间合金中各成分的质量百分比是：20％铁，80％铝。

上述铝硅铜镁系压铸铝合金的制备工艺，其特征是：步骤(6)中Al-P.中间合金的加入量为炉料总质量的1.0％；步骤(7)中DSG-B精炼剂加入量为炉料总质量的0.5％；精炼变质工艺顺序为：先除渣，后变质，再精炼。

与GB/T标准YL112、YL113，JIS标准ADC10、ADC12相比，此发明Al-Si-Cu-Mg系压铸铝合金具有以下特点：硅元素含量在过共晶范围内，提高了硅元素的含量，改善合金的流动性，提高其抗拉强度，硅相经变质细化处理，形成大量细小的硬质点(硬度为HV1000~1300)，使组织致密，提高了材料耐磨性能和气密性；严格控制锌元素含量，降低材料的高温脆性；保持铁锰元素质量百分比例在一定值，球化铁元素含量高所出现的粗大不规则铁相，消除粗大铁相的危害，提高了合金的切削性能；铸态试样抗拉强度达到264MPa以上，与现有的同类合金比较，强度值提高均在25％以上；断后伸长率可达2.0％，硬度HB95左右。

具体实施方式：

下面给出本发明的三个最佳实施例

实施例一：

制备25千克含硅13.5％、铜1.5％、镁0.3％、铁0.8％，锰0.25％、余量为铝(成分比均为质量百分比，下同)的铝硅铜镁系压铸铝合金，制备工艺如下：

(1).采用电阻坩埚炉，铸钢坩埚；

(2).原料配制：铝锭(铝≥99.7wt％)；硅块(硅≥99.0wt％)；纯铜块(铜≥99.95wt％)；纯镁块(镁≥99.95wt％)；铝铁中间合金(含铝80wt％，铁20wt％)；铝锰中间合金(含铝90wt％，锰10wt％)；

参考《铸造手册》(第3卷，铸造非铁合金，第2版，机械工业出版社，2001.10，P187-188)及经验确定合金元素的烧损量，铝：1.5％，硅：1％，镁：20％，锰：0.8％

加入量计算公式： $X=M\×\frac{A}{C\×(1-E)}$

式中：M为熔炼合金总质量；

A为合金中应含某种元素的百分数；

C为中间合金或合金锭中所含某种元素的百分数；

E为某种元素的烧损量；

X为加入某种元素或中间合金的总质量。

在实例中，M＝25Kg；

A：Si％＝13.5％，Cu％＝1.5％，Mg％＝0.3％，Fe％＝0.8％，Mn％＝0.25％，Al％＝83.65％

C：Si％＝99.0％，Cu％＝99.95％，Mg％＝99.95％，Mn％＝10％，Fe％＝20％，Al％＝99.7％

E：Al：1.5％，Si：1.0％，Mg：20％，Mn：0.8％则；

$X_{\mathrm{Si}}=25\×\frac{13.5\%}{99\%(1-1\%)}=3.34\mathrm{kg}$

$X_{\mathrm{Cu}}=25\×\frac{1.5\%}{99.95\%}=0.375\mathrm{kg}$

$X_{\mathrm{Mg}}=25\×\frac{0.3\%}{99.95\%(1-20\%)}=0.094\mathrm{kg}$

$X_{\mathrm{Al}-\mathrm{Mn}}=25\×\frac{0.25\%}{10\%(1-0.8\%)}=0.63\mathrm{kg}$

$X_{\mathrm{Al}-\mathrm{Fe}}=25\×\frac{0.8\%}{20\%}=1.0\mathrm{kg}$

$X_{\mathrm{Al}}=25\×\frac{83.65\%}{99.7\%(1-1.5\%)}=21.30\mathrm{kg}$

铝锰中间合金和铝铁中间合金分别带入的纯铝质量为0.63×0.9＝0.57kg；1.0×0.8＝0.8kg；

需要添加纯铝的质量为：21.30-0.8-0.57＝19.93kg；

(3).在坩埚中依次装入铝锭19.93千克，铝铁中间合金1.0千克及铝锰中间合金0.63千克随电阻炉一起升温，待全部熔化后，升温至690℃保温；

(4).当电阻炉升温至720℃时，将硅块3.44千克加入坩埚中，待硅块全部熔化后，将铜块0.375千克加入坩埚中；

(5).当电阻炉温度至690℃时，将镁块0.094千克加入坩埚中，镁块用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；

(6).当温度升至710℃时，将0.125千克“DSG铝合金除渣除气剂”撒入铝液表面，用压勺反复压入铝液中3-5次，然后扒渣；

(7).当温度升至780℃时，将0.25千克Al-P中间合金加入坩埚中，搅拌、静置20min；

(8).降温至720℃，加入0.125千克“DSG-B精炼剂”，压入坩埚底部，10min后扒渣；

(9).静置，温度670℃时，出炉浇注。

所得合金成分为：硅13.5％，铜1.5％，镁0.3％，铁0.8％，锰0.25％，杂质含量≤0.15％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为261.2MPa，断后伸长率为2.26％，硬度HB94.8。较高的硅元素含量增加了合金的流动性，提高其抗拉强度，硅相经变质细化处理，形成大量细小的硬质点，均匀分布在铝基体上，使合金组织致密，提高了材料耐磨性能和气密性。严格控制压铸铝合金中锌元素含量，降低材料的高温脆性；保持铁锰元素质量百分比例在一定值，球化铁元素含量高所出现的粗大不规则铁相，提高了合金的切削性能。

实施例二：

制备25千克含硅15.0％、铜3.5％、镁0.3％、铁1.0％，锰0.3％，余量为铝的铝硅铜镁系压铸铝合金。

采取与实施例一相同的工艺步骤，其中步骤(2)算得的各原料加入量为：铝锭18.67千克，硅块3.82千克纯铜0.875千克，镁块0.094千克，铝铁中间合金1.25千克，铝锰中间合金0.76千克；

所得合金成份为：硅15.0％，铜3.5％，镁0.3％，铁1.0％，锰0.3％，杂质含量≤0.15％，余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为266.4MPa，断后伸长率为1.98％，硬度HB102.

实施例三：

配制25千克含硅14.5％、铜2.3％、镁0.3％，铁1.0％，锰0.3％，余量为铝的铝硅铜镁系压铸铝合金。

采取与实施例一相同的工艺步骤，其中步骤(2)算得的各原料加入量为：铝锭19.10千克纯硅3.69千克，纯铜0.575千克，纯镁块0.094千克，铝铁中间合金1.25千克，铝锰中间合金0.76千克。

所得合金成分为：硅14.5％，铜2.3％，镁0.3％，铁1.0％，锰0.3％，杂质含量≤0.15％余量为铝。铸态下合金的抗拉强度为264.1MPa，断后伸长率为2.01％。硬度HB98。

Claims (4)

1.一种铝硅铜镁系压铸铝合金，含有铝、硅、铜、镁、铁、锰元素，其特征是各组分的质量百分比为：硅13.0-15.0％；铜1.5-3.5％；镁≤0.3％；铁≤1.3％；锰≤0.5％；杂质含量≤0.15％，其余为铝。

2.权利要求1所述铝硅铜镁系压铸铝合金的制备工艺，其特征是包括以下步骤：

(1).使用电阻坩埚炉，采用铸铁或铸钢坩埚，为了防止渗铁，在坩埚的表面涂上一层涂料，涂料成分为：滑石粉+水玻璃+水；

(2).按照硅13.0-15.0％；铜1.5-3.5％；镁≤0.3％；铁≤1.3％；锰≤0.5％；其余为铝的质量百分比计算并称取纯铝锭、工业硅、铜锭、纯镁块、铝铁及铝锰中间合金作为原料；

(3).在坩埚中依次装入预热的铝锭、铝锰中间合金及铝铁中间合金，并随电阻炉一起升温；

(4).当电阻炉升温至680-730℃时，将硅块直接加入金属液中，全部熔化后将铜块加入坩埚中，待其熔化后，温度680-700℃时加入镁块，镁块要用钟罩压入坩埚底部，直至其完全熔化；

(5).当温度至680-720℃时，加入炉料重量0.5％的“DSG铝合金除渣除气剂”用压勺反复压入铝液中3-5次，然后扒渣；

(6).当金属液温度达到780-800℃时，加入炉料总重1.0wt％的Al-P中间合金变质剂，进行变质，在炉中搅拌、静置30分钟左右；

(7).当电阻炉温度降至700-740℃，加入炉料总重0.5％的DSG-B精炼剂进行精炼，时间10分钟，然后通入纯氮气进行除气，除气时通气管伸入到熔液底部12mm处，缓慢移动通气管以便气体与液体全面接触，时间20分钟；

(8).精炼结束后，静置10分钟，在660-720℃间扒渣浇注。

3.根据权利要求2所述铝硅铜镁系压铸铝合金的制备工艺，其特征是：步骤(2)中，纯铝中铝含量≥99.7％，工业硅中硅含量≥99.0％，纯铜中铜含量≥99.95％；纯镁中镁含量≥99.95％；

铝锰中间合金中各成分的质量百分比是：10％锰，90％铝；铝铁中间合金中各成分的质量百分比是：20％铁，80％铝。

4.根据权利要求2所述铝硅铜镁系压铸铝合金的制备工艺，其特征是：步骤(6)中Al-P中间合金的加入量为炉料总质量的1.0％；步骤(7)中DSG-B精炼剂加入量为炉料总质量的0.5％；精炼变质工艺顺序为：先除渣，后变质，再精炼。