一種自然去應力壓鑄鋁合金及製備方法
2023-06-23 23:17:51
專利名稱：一種自然去應力壓鑄鋁合金及製備方法
技術領域：
本發明屬於鋁矽銅合金材料，具體涉及一種自然去應力壓鑄鋁合金材料及其製備方法。
背景技術：
汽車氣制動閥閥體及活塞、變速箱換檔閥閥體、離合器殼體等壓鑄件通常
採用ZL112Y鋁矽銅壓鑄合金製造，儘管具有比較好的鑄造性能以及高的力學性能，但無法滿足這些產品的鑄件不經人工時效處理就有較高硬度加工不粘刀而獲得較好的表面粗糙度以及鑄態尺寸穩定不變形、承受高氣密性等要求。
發明內容
為克服上述存在的問題，本發明的目的是發明一種高性能鋁合金，不僅要保證壓鑄件不經人工時效處理，鑄態就有較高的硬度，加工時不粘刀、獲得較好的表面粗糙度，加工後能保證尺寸穩定及缸孔的形位公差；同時保證金屬組織緻密能承受較高氣壓且無滲漏。其力學性能達到壓鑄狀態試樣室溫下抗拉強度 ^320MPa，斷後伸長率5 (Lo=50)》3.5%，布氏硬度^95HB (5/250/30)。
本發明提供了一種自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵是該合金組分包括質量分數為7.5% 9.0%的矽，3.0% 3.5%的銅，0.15% 0.2%的鎂，0.2% 0.4%的錳，1.5% 2.0%的鋅，該合金中雜質鐵的質量分數《1.0%，雜質錫的質量分數《0.05%。本合金採用一次性熔煉的方法即按化學成分要求將各種化學元素材料稱量配置後，依次從低熔點到高熔點金屬塊順序放入中頻感應電爐中進行熔化，利用中頻感應電爐在金屬熔化過程中時合金液自身翻滾以及達到熔化工藝要求溫度後進行除氣打渣使合金元素完全均勻化。熔制後的合金液直接轉入壓鑄機旁的保溫爐中供壓鑄生產使用，省去第二次熔化的過程。本發明製成的合 金材料相對於現有技術提供的鋁合金具有壓鑄充型流動性好、材料抗拉強度高
和硬度高、鑄件不需要人工時效處理，存放36小時後能自然去除應力，保證加
工後的尺寸、形位公差穩定。
具體實施例方式
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案如下-
該合金組分包括質量分數為7.5% 9.0%的矽，3.0% 3.5%的銅，0.15% 0.2%的鎂，0.2% 0.4%的錳，1.5% 2.0%的鋅；該合金中雜質鐵的質量分數《 1.0%，雜質錫的質量分數《0.05%。其中各組分含量及對合金性能影響如下 矽元素(Si)對合金性能的影響
Si是本項目合金的主要成分，含量為7.5% 9.0%，屬亞共晶鋁合金類。它 不但能使合金有較好的流動性，同時對A1基體有強化作用，提高抗拉強度和硬 度。7.5% 9.0%的^含量能減少集中收縮和吸氣現象，具有較好的氣密性能和 抗熱裂性。
銅元素(Cu)對合金性能的影響
Cu在本項目中是一種重要合金元素，對A1基體有顯著的強化作用，提高合 金抗拉強度、硬度和高溫蠕變性能，還能提高合金流動性、加工切削性能。但 Cu能固溶於鋁基a -固溶體中的質量百分比不大，其餘會以顆粒狀化合物存在， 產生凝固應力；同時，Cu的化學電位高於Al，易產生晶間腐蝕和腐蝕應力，因 此Cu元素的質量分數必須控制在較合適的範圍。本項目Cu元素的質量分數在 3.0% 3.5%，能避免產生凝固應力和腐蝕應力的趨勢。 鎂元素(Mg)對合金性能的影響
當鋁合金的溫度在50(TC 53(TC時，Mg在鋁基a -固溶體的溶解度一般為0.3% 0.4%。本項目合金質量分數為0.15% 0.30%可全部溶解於(1-固溶體中。它在本項目合金中除了對Al基體有較小的強化作用外，主要是提高合金硬度、切削性能，不易粘刀減少刀具磨損，提高加工表面粗糙度。錳元素(Mn)對合金性能的影響
錳有消除爐料中鐵元素的有害作用，錳在Al-Si合金中形成Al 10Mn2、Al8Mn相，使A1-Si合金中形成Al9Fe2Si2相中的Fe分離出來，溶解於Al1QMn2、 Al8Mn相，消除鐵的有害作用。
當鐵的含量超過0.4%時，錳的加入量為含鐵的50%。我們採用耐火材料打結爐襯的中頻感應電爐熔化和耐火材料打結爐襯的保溫電爐保溫，因此，鐵元素主要來自爐料。經檢測，各種爐料F e的質量總分數在0.6。/。左右，因此本項目合金中錳元素質量分數取0.2% 0.4%。鋅元素(Zn)對合金性能的影響
鋅元素(Zn)是本項目加入的額外重要元素。它的加入主要使合金減少體膨脹和體收縮，抑制各種化合物相晶粒的生長，穩定金相組織，同時使凝固後的合金在常溫下較短時間內(約36小時)釋放出凝固收縮應力。雜質對合金性能的影響
Fe是一種有害元素，使合金降低力學性能，特別是伸長率；同時使合金產生組織疏鬆和熱裂傾向，必須穩定爐料來源。隨著爐料中含鐵量的變化，應適當調整錳的加入量。
錫(Sn)會降低合金抗拉強度、硬度和耐蝕性，必須嚴格控制。
具體實施例中各種成分含量控制見下表項目主要合金成分(％)雜質含量 (%不大於)
Si (矽)Cu (銅)Mn (錳)Mg (鎂)Zn (鋅)Al (鋁)Fe (鐵)
公司標準7.5~9.53.0~4.00.2~0.50.1~0.351.0~2.0其餘1.0
一般測定值8.513.490.340.271.4985.90.68
控制值8.503.500.350.251.585.90雜質總和0.6
實施前後對比其中實施前合金化驗採用國產原子吸附光度計，實施後採用瑞士進口光譜分析儀；力學性能設備實施前後均採用國產拉力試驗機和硬度計；金相組織也均採用國產金屬顯微鏡檢査。當採用的鋁合金為ZL112Y，處於鑄態時，硬度為HB75 HB80，抗拉強度為220MPa，鑄件為4> 100 4> 150的缸孔加工後圓柱度為小0.1 小0.12，這種鋁合金不能滿足產品需求，必須進行人工時效處理。時效處理後，硬度上升為HB85 90，抗拉強度上升為280MPa，才能滿足產品圓柱度為》0.02 d)0.05的需求(鑄件為(H00 (M50)。當採用本發明的鋁合金，處於鑄態時，硬度為HB90 HB110，抗拉強度不低於320MPa，鑄件為4> 100 4> 150的缸孔加工後圓柱度為40.02 4)0.05,這種鋁合金不必進行人工時效處理，完全能夠滿足產品的需求，既省時節能又提高了經濟效益。
權利要求
1、一種自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵在於該合金組分包括質量分數為7.5％～9.0％的矽，3.0％～3.5％的銅，1.5％～2.0％的鋅，保證壓鑄件在鑄態時硬度為HB90～HB110。
2、 如權利要求l所述的自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵在於該合金中還包 括質量分數為0.15% 0.2%的鎂。
3、 如權利要求l所述的自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵在於該合金中還包 括質量分數為0.2% 0.4%的錳。
4、 如權利要求l所述的自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵在於該合金中雜質 鐵的質量分數《1.0%，雜質錫的質量分數《0.05%。
5、 如權利要求3所述的自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵在於錳的含量隨爐 料中含鐵量的變化而變化，當鐵的質量分數超過0.4%時，錳的加入量為鐵的 50%。
6、 如權利要求l所述的自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵在於矽的質量分數 為8.5%，銅的質量分數為3.5%，鋅的質量分數為1.5%。
7、 如權利要求2所述的自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵在於鎂的質量分數 為0.25%。
8、 如權利要求3所述的自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵在於錳的質量分數 為0.35%。
9、 如權利要求4所述的自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵在於合金中雜質質 量分數的總和不大於0.6%。
10、 如權利要求1所述的自然去應力壓鑄鋁合金，其特徵在於該合金採用一次性熔煉的製備方法即按化學成分要^將各種化學元素材料稱量配置後， 依次從低熔點到高熔點金屬塊順序放入中頻感應電爐中進行熔化，利用中頻感 應電爐在金屬熔化過程中使合金液自身翻滾以及達到熔化工藝要求溫度後進行 除氣打渣，使合金元素完全均勻化，熔制後的合金液直接轉入壓鑄機旁的保溫 爐中供壓鑄生產使用，省去第二次熔化的過程。
全文摘要
本發明公開了一種自然去應力壓鑄鋁合金及製備方法，其特徵是該合金組分包括質量分數為7.5％～9.0％的矽，3.0％～3.5％的銅，0.15％～0.2％的鎂，0.2％～0.4％的錳，1.5％～2.0％的鋅；該合金中雜質的質量分數為鐵≤1.0％，錫≤0.05％。該合金的製備採用一次性熔煉的方法。本發明製成的合金材料相對於現有技術提供的鋁合金壓鑄充型流動性好、材料抗拉強度高和硬度高、鑄件不需要人工時效存放36小時後能自然去除應力、加工時不粘刀而獲得良好的表面粗糙度並能保證加工後的尺寸、形位公差穩定。
文檔編號B22D17/08GK101671787SQ20091018014
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月23日 優先權日2009年10月23日
發明者陟 劉 申請人:瑞立集團瑞安汽車零部件有限公司