鑄造鋁矽合金及強化方法
2023-05-16 07:44:21 2
專利名稱：鑄造鋁矽合金及強化方法
技術領域：
本發明涉及一種有色合金材料及強化方法，尤其涉及一種鑄鋁矽合金的強化方法，屬於金屬材料技術領域。
背景技術：
鑄造鋁矽合金是一種重量輕、強度高的有色合金材料，廣泛應用於航空航天、汽車、電力、軍工、機械等領域。在鑄造鋁合金中應用最廣泛的是包括ZL108在內的鑄造鋁矽系合金，它們具有容重小、強度高、鑄造成形性好和加工性能優良等一系列優點，已成為製造業中最受重視的結構材料之一。但是，目前鑄造Al-Si合金的鑄態力學性能尚不盡人意， 通過熱處理雖然能提高其力學性能，但隨著產品可靠性和使用壽命的要求越來越高，仍然不能滿足工業生產的要求，因此人們正從各個不同的研究方向對鑄態鋁矽合金進行研究， 以期提高其綜合性能，例如加工硬化、固溶強化、異相強化、彌散強化、沉澱強化、晶界強化等。鋅能擴大銅在鋁中的溶解度，時效時能增加CuAl2強化相的數量，提高彌散強化效果。在含鎂、銅等多元鋁合金中，鋅是形成強化相的元素，能顯著提高鋁合金的力學性能。鋅也具有提高鑄造鋁合金塑性的作用。但目前很多研究都把在鑄造鋁矽合金中鋅的添加量確定為1%，導致鋅的潛在強化作用未能充分發揮。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種鑄造鋁矽合金及強化方法，該鑄造鋁矽合金及強化方法利用合金化原理，增加了在時效時析出的強化相CuAl2數量並得到強化效果好的Al-Si-Mg-Cu化合物，減少硬脆相，提高了鑄造鋁矽合金的強度和硬度提
高，並具有一定塑性。本發明通過以下技術方案予以實現一種鑄造鋁矽合金，化學成分按重量百分比計矽9. 0-11. 0%，鋅3. 0-5. 0%，鎂 0. 4-1. 0%，銅 2. 0-3. 0%，錳彡 0. 3%，餘為鋁。一種鑄造鋁矽合金的強化方法，包括以下步驟1)熔煉工藝A、裝料裝料的順序為鋁矽中間合金，純鋁錠，鋁銅中間合金，鋁錳中間合金，鋅錠，其中鋅錠在爐料熔化後660°C時加入；B、熔化及精練爐料裝完之後，升溫熔化。待爐料全部熔化後，除渣並加入熔劑；當溫度達到 680°C時，用鐘罩將預熱到200-300°C的鋁鎂中間合金壓入熔池的一定深度處並緩慢迴轉和移動，時間為3-5min ；然後升溫到700-730°C，用佔爐料總質量0. 7-0. 75%的精煉劑C2Cl6 分2-3次用鐘罩壓入合金液內精煉合金液，總時間為10-15min，緩慢在爐內繞圈；待精煉完成後靜置l_2min，取試樣做爐前分析；C、變質處理當合金液溫度達到700-730°C時，用佔爐料總質量1. 5% -2. 5%的鈉鹽變質劑做變質處理，變質時間為15-18min ；D、澆注當變質完成後除渣並攪拌，然後靜置5-lOmin。當溫度達到730°C時，扒渣出爐澆注；2)熱處理A、固溶處理鑄坯裝爐升溫至520-540°C保溫，保溫時間4_6h，出爐入水冷卻，介質為60-100°C熱水；B、時效處理鑄坯裝爐升溫至160_190°C保溫，保溫時間3_10h。本發明的有益效果如下本發明的鑄造鋁矽合金利用合金化原理，按重量百分比計，通過加入3-5%鋅，增加1-1. 5%銅，降低2-3%矽。本發明的鑄造鋁矽合金由於加入了鋅，增加了銅在鋁中的固溶度，在時效時能析出較多的含銅化合物強化相，同時鋅的加入增加了在時效時析出的強化相CuAl2的數量，能形成鋁合金中強化效果最大的Al-Si-Mg-Cu化合物。降低矽的含量有助於減少硬脆的矽相，提高材料塑性。由於鋅熔化溫度低，提高了材料流動性，鋅的加入消除了降低矽含量帶來的材料鑄造性能下降的可能性，使鑄造鋁矽合金強度和硬度提高， 並具有一定塑性。鑄件的表面質量及尺寸精度都較高。本發明的強化方法在時效後能獲得更多數量的強化相數量並得到強化效果好的強化相，其彌散強化使材料具有比ZL108更高的強度和硬度，同樣熱處理狀態下，強度提高 11. 5-25. 0%，硬度提高27. 0-38. 0%。組織中硬脆矽相的降低提高了材料塑性，在本發明的熱處理條件下，延伸率達到2. 6-3. 2%。材料鑄造性能好，鑄件產品質量和尺寸精度高；與 ZL108相比，採用本發明的強化方法使得鑄造鋁矽合金有更大的應用範圍。本發明的優點和特點，將通過下面優選實施例的非限制性說明進解釋，這些實施例是僅作為例子給出的。
具體實施例方式以下為本發明的三個實施例，本發明不限於以下三個實施例。本發明的鑄造鋁矽合金化學成分按重量百分比計矽9. 0-11. 0%，鋅3. 0-5.0%, 鎂 0. 4-1. 0%，銅 2. 0-3. 0%，錳彡 0. 3%，餘為鋁。本發明的鑄造鑄造鋁矽合金的強化方法，包括以下步驟1)熔煉A、裝料裝料的順序為鋁矽中間合金，純鋁錠，鋁銅中間合金，鋁錳中間合金，鋅錠，其中鋅錠在爐料熔化後660°C時加入；B、熔化及精煉爐料裝完之後，升溫熔化。待爐料全部熔化後，除渣並加入熔劑；當溫度達到 680°C時，用鐘罩將預熱到200-300°C的鋁鎂中間合金壓入熔池的一定深度處並緩慢迴轉和移動，時間為3-5min ；然後升溫到700-730°C，用佔爐料總質量0. 7-0. 75%的精煉劑C2Cl6 分2-3次用鐘罩壓入合金液內精煉合金液，總時間為10-15min，緩慢在爐內繞圈；待精煉完成後靜置l_2min，取試樣做爐前分析；C、變質處理當合金液溫度達到700_730°C時，用佔爐料總質量1. 5% -2. 5%的鈉鹽變質劑做變質處理，變質時間為15-18min ；D、澆注當變質完成後除渣並攪拌，然後靜置5-lOmin。當溫度達到730°C時，扒渣出爐澆注；2)熱處理A、固溶處理鑄坯裝爐升溫至520-540°C保溫，保溫時間4_6h，出爐入水冷卻，介質為60-100°C熱水；B、時效處理鑄坯裝爐升溫至160_190°C保溫，保溫時間3_10h。本發明的三個實施例的材料成分和力學性能見表1。表1實施例的材料成分和力學性能
序號材料成分/wt%力學性能SiZnCuMgMnAlOb/MpaHBδ/%實施例 19320.4彡0. 3%餘量2931173.1實施例 29.542.40.6彡0. 3%餘量2991232.96實施例 311531.0彡0. 3%餘量3071312.65表1中三個實施例熱處理採用統一工藝固溶處理溫度525°C，時間6h，冷卻介質為60-100°C熱水；時效處理溫度180°C，時間10h。除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式，凡採用等同替換或等效變換形式的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍內。
權利要求
1.一種鑄造鋁矽合金，其特徵是，化學成分按重量百分比計矽9. 0 — 11. 0%，鋅3. 0 -5. 0%,鎂 0. 4-1. 0%,銅 2. 0 — 3. 0%,錳彡 0. 3%,餘為鋁。
2.一種如權利要求1所述的鑄造鋁矽合金的強化方法，其特徵是，包括以下步驟1)熔煉A、裝料裝料的順序為鋁矽中間合金，純鋁錠，鋁銅中間合金，鋁錳中間合金，鋅錠，其中鋅錠在爐料熔化後660°C時加入；B、熔化及精煉爐料裝完之後，升溫熔化，待爐料全部熔化後，除渣並加入熔劑；當溫度達到680°C 時，用鐘罩將預熱到200—300°C的鋁鎂中間合金壓入熔池的一定深度處並緩慢迴轉和移動，時間為3—5min ；然後升溫到700—730°C，用佔爐料總質量0. 7 — 0. 75%的精煉劑(2(16 分2—3次用鐘罩壓入合金液內精煉合金液，總時間為10—15min，緩慢在爐內繞圈；待精煉完成後靜置1一 2min，取試樣做爐前分析； C、變質處理當合金液溫度達到700— 730°C時，用佔爐料總質量1. 5% —2. 5%的鈉鹽變質劑做變質處理，變質時間為15 — 18min ；D、澆注當變質完成後除渣並攪拌，然後靜置5 — lOmin，當溫度達到730°C時，扒渣出爐澆注； 2)熱處理A、固溶處理鑄坯裝爐升溫至520- 540°C保溫，保溫時間4 一 6h，出爐入水冷卻，介質為60 — 100°C熱水；B、時效處理鑄坯裝爐升溫至160- 190°C保溫，保溫時間3 - IOh0
全文摘要
本發明公開了一種鑄造鋁矽合金，其化學成分為矽9.0－11.0%，鋅3.0－5.0%，鎂0.4-1.0%，銅2.0－3.0%，錳≤0.3%，餘為鋁。本發明公開的一種鑄造鑄造鋁矽合金的強化方法，包括以下步驟1)熔煉工藝A、裝料，B、熔化及精煉，C、變質處理，D、澆注；2)熱處理，A、固溶處理，B、時效處理。本發明的的強化方法在時效後能獲得更多數量的強化相數量並得到強化效果好的強化相，其彌散強化使材料具有比ZL108更高的強度和硬度，組織中硬脆矽相的降低提高了材料塑性，材料鑄造性能好，鑄件產品質量和尺寸精度高。擴大了鑄造鋁矽合金的應用範圍。
文檔編號C22C1/03GK102304651SQ20111023174
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月15日 優先權日2011年8月15日
發明者吳晶, 紀嘉明, 虞建平, 魯遠勇 申請人:江蘇大學, 鎮江匯通金屬成型有限公司