CN102383007B - 一种加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料的高强度铝合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料高强度铝合金的制备方法，步骤是：A、Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料的制备；B、高强度铝合金的制备。本合金材料具有高强高韧：经检测力学性能达到球磨铸铁QT450-10材料标准，国标金属型单铸试棒的抗拉强度达到430Mpa以上，延伸率9％以上，硬度平均值HB≥125；合金中的合金元素的获得没有使用中间合金材料，与传统铝合金制造方法相比去掉了中间合金的熔炼环节，降低能耗与烧损的同时减少了污染，总生产成本降低了20％以上，可替代球墨铸铁用于汽车中的支架类零件，突破汽车全铝化的瓶颈。
Description
技术领域
本发明属于有色金属合金材料制备技术领域，涉及铸铝合金，尤其是一种加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料高强度铝合金的制备方法。
技术背景
铝合金与钢铁相比具有比强度高、比刚度高、导热性好、耐蚀性好等优点，与钛合金、镁合金相比具有资源储量大、成本低、工艺性能好的优势，因此铝合金在航天航空工业、高速列车、汽车工业以及其他工业领域大量的推广和应用，是理想的轻量化材料。
有数据统计，到2010年，虽然每辆汽车中的铝合金用量已达到150Kg/辆但应用方向主要是壳体类铸件，应用种类多为共晶或亚共晶铝硅合金，而汽车中的支架类零件仍多为球墨铸铁QT400-18、QT400-15、QT450-10、QT500-7，其力学性能以QT450-10为例，即抗拉强度强度≥450Mpa，断后延伸率≥10％，在耐高温、耐腐蚀、高强、高韧、以及高延展性方面明显不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料高强度铝合金的制备方法，所制备的铝合金具有耐高温、耐腐蚀、高强、高韧以及高延展性的特性。
本发明的目的是这样实现的：
一种加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料高强度铝合金的制备方法，包括细化变质半固态复合坯料的制备及高强度铝合金的制备，具体步骤是：
A、Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料的制备方法：
(1)将过200～300目金属铒粉、铜米以及破碎好的、金属锑充分搅拌均匀，置于砂型模具中；
(2)取温度800-850℃的纯铝液浇入上述模具中，立即进行搅拌以形成半固态坯料，待上述半固态坯料的温度降至200～300℃时取出，挤压成0.1～0.5mm的薄片，即得到Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料薄片，备用；
B、高强度铝合金的制备方法：
(1)取杂质铁、硅的含量均小于0.15％且其它杂质总和小于0.05％的重熔铝锭放于预热炉中，在200～300℃的预热炉中预热两小时，然后在蓄热炉中加热，待温度升至700～750℃时进行精炼打渣；
(2)按照复合坯料薄片与重熔铝锭重量比0.8～1.2∶10的比例加入坯料薄片，并充分搅拌，熔体在700～750℃温度下保温1～2小时；
(3)进行二次打渣除气精炼，精炼后将浮渣处理干净，并静置10～15min；；
(4)在700～720℃进行铸造，并取试样检测；
(5)检测合格后成品包装入库。
而且，所述Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料的制备方法中，金属铒粉∶铜米∶金属锑∶纯铝液的重量比例为1～5∶1～5∶0.2～1∶30～50。
而且，所述铜米制成直径0.6mm、长3mm的形状。
本发明取得的有益效果如下：
1、本合金材料具有高强高韧：经检测力学性能达到球磨铸铁QT450-10材料标准，国标金属型单铸试棒的抗拉强度达到430Mpa以上，延伸率9％以上，硬度平均值HB≥125。
2、本合金在T5状态下，国标金属型单铸试棒的抗拉强度最大值可以达到470Mpa，最小值为438Mpa，试样抗拉强度的最小值为最大值的93％；延伸率最大值16.3％，最小值为13.5％，硬度的最大值HB＝133，最小值HB＝126；由此看出本合金产品性能稳定。
3、本合金对材料要求不是很高，不用增加材料成本。
4、本合金中的合金元素的获得没有使用中间合金材料，与传统铝合金制造方法相比去掉了中间合金的熔炼环节，降低能耗与烧损的同时减少了污染，总生产成本降低了20％以上，可替代球墨铸铁用于汽车中的支架类零件，突破汽车全铝化的瓶颈。
5、本合金的变质细化复合材料是由半固态坯料挤压制得的，因此合金元素的细化变质效果及润湿性都非常好、合金性能具有突破性的提高。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
一种加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料高强度铝合金的制备方法，步骤是：
(1)将铒粉用200目筛子筛选剔除较大颗粒，过筛的铒粉置于287℃烘干炉内预热烘干1.5小时，取出烘干后的铒粉放于通风处自然冷却至室温备用；
(2)用破碎机将金属锑破碎成直径1～3mm的碎块备用；
(3)将35公斤备用铒粉，35公斤铜米，8公斤破碎好的金属锑共同放入预热炉里，在250℃的炉温下烘干预热2小时；
(4)将预热好的铒粉、铜米和金属锑充分搅拌均匀置于砂型模具中；
(5)取825℃的纯铝液400Kg浇入上述模具中并立即搅拌，形成半固态坯料，待上述半固态坯料的温度降至200～300℃时取出，挤压成0.3mm的坯料薄片即可备用；
(6)取杂质铁、硅的含量均小于0.15％，其它杂质总和小于0.05％的重熔铝锭放于预热炉中，在200-300℃的预热炉中预热两小时，然后在蓄热炉中加热，待温度升至730℃时进行精炼打渣；
(7)称取坯料薄片20Kg、重熔铝锭重量205Kg入炉加热熔化，当炉料全部熔化后，充分搅拌，
(8)继续升温至740℃时停止加热，熔体在700～740℃温度下保温2小时；
(9)用自动喷粉机采用氩气流(4±0.2m3/h)将精炼剂(HGJ-2无钠清渣剂)送入熔体中进行二次除气精炼打渣；
(10))静置15min；
(11)在725℃进行铸造，并取试样检测；
通过检验，本实验方法制备的铝合金力学性能抗拉强度为440Mpa，延伸率为14.4％，硬度平均值HB＝127。
实施例2：
一种加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料高强度铝合金的制备方法，步骤是：
(1)将铒粉用300目筛子筛选剔除较大颗粒，过筛的铒粉置于287℃烘干炉内预热烘干1.5小时，取出烘干后的铒粉放于通风处自然冷却至室温备用；
(2)用破碎机将金属锑破碎成直径1～3mm的碎块备用；
(3)将40公斤备用铒粉、40公斤铜米、9公斤破碎好的金属锑共同放入预热炉里，在300℃的炉温下烘干预热3小时；
(4)将预热好的铒粉、铜米和金属锑充分搅拌均匀置于砂型模具中；
(5)取850℃的纯铝液400Kg浇入上述模具中并立即搅拌，形成半固态坯料，待上述半固态坯料的温度降至200～300℃时取出，挤压成0.2mm的坯料薄片即可，备用；
(6)取杂质铁、硅的含量均小于0.15％，其它杂质总和小于0.05％的重熔铝锭放于预热炉中，在200～300℃的预热炉中预热两小时，然后在蓄热炉中加热，待温度升至725℃时进行精炼打渣；
(7)称取坯料薄片30Kg、重熔铝锭重量比310Kg入炉加热熔化，当炉料全部溶化后，充分搅拌；
(8)继续升温至740℃时停止加热，熔体在700-730℃温度下保温1.5小时；
(9)用自动喷粉机采用氩气流(4±0.2m3/h)将精炼剂(HGJ-2无钠清渣剂)送入熔体中进行二次打渣除气精炼，精炼后将浮渣处理干净；
(10)静置10min；
(11)在715℃进行铸造，并取试样检测；
(12)检测合格后成品包装入库。
通过检验，本实验方法制备的铝合金力学性能抗拉强度为465Mpa，延伸率为15.8％，硬度平均值HB＝132。
下面以添加普通铝基中间合金的ZL101铝合金锭和加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料的高强韧铝合金锭为例，对比现有技术各项性能指标：
由上表看出：加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料的铝合金锭
1、工艺控制简单，产品的稳定性非常好
2、抗拉强度提高了100-150％，断后延伸率大大提高。
3、能耗降低了10-20％
4、生产效率提高了20％
5、烧损降低
本发明所制铸铝合金的主要化学成分见下表：
力学性能T5状态下抗拉强度≥430Mpa，断后延伸率≥9％，硬度HBS≥130。
与之接近的铸造铝合金有以下两个牌号：
Claims (2)
1.一种加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料高强度铝合金的制备方法，其特征在于：包括细化变质半固态复合坯料的制备及高强度铝合金的制备，具体步骤是：
A、Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料的制备方法：
(1)将过200～300目金属铒粉、铜米以及破碎好的、金属锑充分搅拌均匀，置于砂型模具中；
(2)取温度800-850℃的纯铝液浇入上述模具中，立即进行搅拌以形成半固态坯料，待上述半固态坯料的温度降至200～300℃时取出，挤压成0.1～0.5mm的薄片，即得到Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料薄片，备用；
B、高强度铝合金的制备方法：
(1)取杂质铁、硅的含量均小于0.15%且其它杂质总和小于0.05%的重熔铝锭放于预热炉中，在200～300℃的预热炉中预热两小时，然后在蓄热炉中加热，待温度升至700～750℃时进行精炼打渣；
(2)按照复合坯料薄片与重熔铝锭重量比0.8～1.2：10的比例加入坯料薄片，并充分搅拌，熔体在700～750℃温度下保温1～2小时；
(3)进行二次打渣除气精炼，精炼后将浮渣处理干净，并静置10～15min；；
(4)在700～720℃进行铸造，并取试样检测；
(5)检测合格后成品包装入库；
所述Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料的制备方法中，金属铒粉：铜米：金属锑：纯铝液的重量比例为1～5：1～5：0.2～1：30～50。
2.根据权利要求1所述的加入Al+Cu+Er+Sb细化变质半固态复合坯料高强度铝合金的制备方法，其特征在于：所述铜米制成直径0.6mm、长3mm的形状。
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