一種新型高矽鋁合金材料及其生產方法

2023-05-03 06:09:56 3

專利名稱：一種新型高矽鋁合金材料及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種新型高矽鋁合金材料及其生產方法。
背景技術：
在鋁合金中加入較高含量的矽，形成高矽合金，該種材料具有密度小，熱膨脹係數小，耐磨性好，延伸性能強，重量輕等優點，在國內外逐漸受到航空、航天、汽車、壓縮機等行業的青睞和重視。但是合金中由於Si含量較高，不進行變質處理時，鑄錠中易形成較嚴重的初生矽聚集現象，會降低合金的強度和伸長率。因此，必須對合金進行變質處理，對比文件CN1120598A，
公開日1996年4月16日，公開了一種高矽鋁合金的變質處理方法，加入複合Na鹽變質劑進行處理，可使鑄錠的伸長率從未變質的平均2.6％提高到4.9％-5.6％，優點是對砂型鑄造具有較好的變質作用，對含有Sb且冷卻速度較大的立式半連續水冷鑄造，其效果不佳，主要是Sb形成了粗的金屬間化合物、影響變質效果。

發明內容
本發明的目的是提供一種新型高矽鋁合金材料及其生產方法，以改善高矽鋁合金的組織形態，有效地提高了鋁合金的力學性能。
實現本發明目的的技術方案是合金的元素組成為(重量百分比)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其它雜質單個≤0.05，合計≤0.15，Al為餘量。
生產方法是原料配好後進行熔煉，當熔煉溫度達到700～750℃時，按原料總量的0.02％～0.05％加入金屬Zr變質劑，再在710～720℃條件下鑄造，鑄造時鋪底，不回火，然後將所鑄鑄錠整根進行均勻化退火，退火後擠壓，擠壓後的管材進行淬火，淬火溫度為520±3℃，保溫時間為2h，管材淬火後要立即進行輥式矯直，然後取樣、切成品和人工時效，時效溫度為160±5，保溫時間為4h。
為了使高矽鋁合金的矽元素能充分與其他合金均勻的融合，經過多次實驗，確定使用Zr作為變質劑，當熔煉溫度達到700～750℃時，進行最後一次吹渣後，按總量的0.02％～0.05％加入金屬Zr變質劑，熔化後的金屬Zr與Al結合生成新的Al3Zr分子，Al3Zr初晶尺寸小，彌散分布，大大增加了合金的結晶核心，阻止了合金中初晶矽與共晶矽的過度長大，並使其得以彌散分布，從而實現細化鑄造顆粒，減少共晶矽的產生。
通過多次實驗證明Zr元素細化高矽鋁合金鑄造組織的作用比其它添加劑的效果都要好，且可以細化加工組織，阻止加工及熱處理過程中晶粒的再長大，是一種理想的變質劑，特別對含有Sb且冷卻速度較大的立式半連續水冷鑄造，效果更佳，但同時還應注意在鑄造時，因底部應力較大，必須進行鋪底處理，因結晶時放熱較多，鑄造水壓要適當，否則易產生漏鋁現象，同時要控制冷隔深度，防止產生橫裂。鑄造前用N2-Cl2氣體進行精煉以降低鋁熔體含氣量，管材淬火後要立即進行輥式矯直，否則，停放時間長，輥矯時易產生裂紋。
經過我們一年多的試製，該材料終於試製成功，在外形尺寸及偏差方面，標準要求為外徑φ1060+2.7mm，內徑φ82-2.70mm，實測外徑φ107.8-108.2mm，內徑φ81-81.3mm；在管材表面質量和其它方面，達到了GB/T4437.1-2000標準的要求。並且從性能及元素成份配比上都超過了國內外同類材料的要求，填補了國內外該種材料的空白。
表1管材力學性能檢測一覽表

表2現已生產的管材材質狀態一覽表

表2是按本發明的方法實際生產出的高矽鋁合金管材材質狀態表


圖1是對比文件未經過變質處理的高矽鋁合金鑄錠顯微組織照片圖。
圖2是對比文件經過變質處理的高矽鋁合金鑄錠顯微組織照片圖。
圖3是本發明經過變質處理的高矽鋁合金鑄錠顯微組織照片圖。
圖4是本發明經過變質處理的高矽鋁合金管材顯微組織照片圖。
具體實施例實施例1爐批號447-3，合金的元素組成為(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其它雜質單個≤0.05，合計≤0.15，餘量的Al和少量其它雜質。
生產方法為原料配好後進行熔煉，當熔煉溫度達到700～750℃時，按原料總量的0.028％加入金屬Zr變質劑，再在710～720℃條件下鑄造，鑄造時鋪底，不回火，然後將所鑄鑄錠整根進行均勻化退火，退火後擠壓，擠壓後的管材進行淬火，淬火溫度為520±3℃，保溫時間為2h，管材淬火後要立即進行輥式矯直，然後取樣、切成品和人工時效，時效溫度為160±5，保溫時間為4h。
實施例2爐批號4511合金的元素組成為(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其它雜質單個≤0.05，合計≤0.15，餘量的Al和少量其它雜質。
生產方法為原料配好後進行熔煉，當熔煉溫度達到700～750℃時，按原料總量的0.034％加入金屬Zr變質劑，再在710～720℃條件下鑄造，鑄造時鋪底，不回火，然後將所鑄鑄錠整根進行均勻化退火，退火後擠壓，擠壓後的管材進行淬火，淬火溫度為520±3℃，保溫時間為2h，管材淬火後要立即進行輥式矯直，然後取樣、切成品和人工時效，時效溫度為160±5，保溫時間為4h。
實施例3爐批號4509，合金的元素組成為(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其它雜質單個≤0.05，合計≤0.15，餘量的Al和少量其它雜質。
生產方法為原料配好後進行熔煉，當熔煉溫度達到700～750℃時，按原料總量的0.046％加入金屬Zr變質劑，再在710～720℃條件下鑄造，鑄造時鋪底，不回火，然後將所鑄鑄錠整根進行均勻化退火，退火後擠壓，擠壓後的管材進行淬火，淬火溫度為520±3℃，保溫時間為2h，管材淬火後要立即進行輥式矯直，然後取樣、切成品和人工時效，時效溫度為160±5，保溫時間為4h。
圖1是未經過變質處理的高矽鋁合金鑄錠顯微組織照片圖，圖2是對比文件經過變質處理的高矽鋁合金鑄錠顯微組織照片圖，圖3是本發明經過變質處理的高矽鋁合金鑄錠顯微組織照片圖，圖4是本發明經過變質處理的高矽鋁合金管材顯微組織照片圖，將4張圖進行對比，可以看出本發明的鑄錠顆粒細化程度好，共晶矽少，且彌散分布。
權利要求
1.一種新型高矽鋁合金材料，其特徵在於合金的元素組成為(重量百分比)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其它雜質單個≤0.05，合計≤0.15，餘量的Al和少量其它雜質。
2.生產如權利要求1所述高矽鋁合金材料的方法，其特徵在於原料配好後進行熔煉，當熔煉溫度達到700～750℃時，按原料總量的0.02％～0.05％加入金屬Zr變質劑，再在710～720℃條件下鑄造，鑄造時鋪底，不回火，然後將所鑄鑄錠整根進行均勻化退火，退火後擠壓，擠壓後的管材進行淬火，淬火溫度為520±3℃，保溫時間為2h，管材淬火後要立即進行輥式矯直，然後取樣、切成品和人工時效，時效溫度為160±5，保溫時間為4h。
全文摘要
本發明提供一種新型高矽鋁合金材料及其生產方法，合金的重量百分比組成控制在Si10～12，Cu2.5～3.5，Mg0.4～0.6，Fe0.11～0.25，Mn0.35～0.64，Sb0.10～0.20，Zn≤0.25，Cr≤0.10，Ti＜0.05，Ni＜0.05其它雜質單個≤0.05，合計≤0.15，餘量的Al和少量其它雜質。生產方法為原料配好後進行熔煉，當熔煉溫度達到700～750℃時，按原料總量的0.02％～0.05％加入金屬Zr變質劑，再在710～720℃條件下鑄造，鑄造時鋪底，不回火，然後將所鑄鑄錠整根進行均勻化退火，退火後擠壓，擠壓後的管材進行淬火，管材淬火後要立即進行輥式矯直，然後取樣、切成品和人工時效。
文檔編號C22C21/02GK1542151SQ20031010590
公開日2004年11月3日 申請日期2003年11月7日 優先權日2003年11月7日
發明者薛元良 申請人:薛元良