CN108251709A - 压铸用高导热含Ca和Re铝合金及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了压铸用高导热含Ca和Re铝合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.6‑1.5wt.%,Re:1.6‑3.2wt.%；In:3.0‑4.5wt.%,Sc:0.8‑1.5wt.%，Mn:0.4‑0.8wt.%,Be:0.2‑0.5wt.%,余量为铝。该铝钙合金具有优异的压铸性能，并具有优异的导热性能。预期对铝合金压铸工艺甚至整个压铸行业及其技术的发展与提升具有积极的意义。
Description
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铝钙合金。
背景技术
铝合金是近几十年来国内外应用日益广泛的价廉、节能、质优的新材料。它具有抗拉强度和硬度高、阻尼性好、耐磨性好、摩擦系数小、摩擦温升低、材料与制造成本低廉等优点。同时，还具有良好的工艺性能，不仅可用于压铸，还适用于砂型、金属型、石墨型、连铸等。铸造铝合金是以熔融金属充填铸型，获得各种形状零件毛坯的铝合金。铸造铝合金具有良好的铸造性能，可以制成形状复杂的零件；不需要庞大的附加设备；具有节约金属、降低成本、减少工时等优点，在航空工业和民用工业得到广泛应用。具有低密度，比强度较高，抗蚀性和铸造工艺性好，受零件结构设计限制小等优点。大多数需要进行热处理 以达到强化合金、消除铸件内应力、稳定组织和零件尺寸等目的。
铝合金已被发达国家广泛用于汽车仪表板、座椅支架、变速箱壳体、方向操纵系统部件、发动机罩盖、车门、发动机缸体、框架等零部件上。用铝合金制造汽车零部件，可以显著减轻车重，降低油耗，减少尾气排放量，提高零部件的集成度，提高汽车设计的灵活性等。铝合金压铸在所有压铸合金中最轻，是极竞争力的汽车轻量化材料，大量的铝合金零部件被生产出来，以代替塑、铝合金，甚至钢制零件。随着技术的发展，铝合金在汽车领域的应用范围会更广。
新技术的进步推动了铝的冶炼、合金化等材料技术的发展，同时由于铝合金的使用领域不断受到挑战，对铝及铝合金的性能不断提出新的要求，因此铝合金也在不断发展以适应工业发展的需要。虽然我国铝合金压铸工业具有很大的资源优势，但目前绝大多数的铝合金压铸企业，均采用传统的压铸用铝合金。这类传统材料的压铸工艺很大程度上通过大量的、长周期的反复试验修改才能最终实现工艺目标。故在铸型开发周期、铸型设计质量及其所实现的工艺质量等方面较难保证，使得企业亦无法在竞争激烈的市场中获得更大的突破。
开发高品质压铸用铝合金对于提升我国自主研发精品新材料，占领国际精品新材料市场具有促进作用。对传统铸造用铝合金进行底层性质的创新和优化，对铝合金压铸工艺甚至整个压铸行业及其技术的发展与提升具有积极的意义。国外己经开发的压铸用新型铝合金铸造性能和传热性能还不能令人满意。开发具备适合压铸材料用高导热铝合金有两种方法，一种是加入合金元素通过固溶强化来强化基体，另一种是通过加入第二相强化相形成铝基复合材料。Ca和Re作为合金化元素加入铝合金中可以大大提高铝合金的铸造性能和传热性能。随着我国工业的快速发展，开发压铸用新型铝合金已成为必然。
但是,Ca属于活泼元素,在大气环境下很容易和氧气或者氮气进行剧烈的反应而产生燃烧或者爆炸。在铝合金冶炼过程中, 为了防止铝钙熔体的氧化燃烧，传统中通常采用保护气体或者熔剂保护熔炼。但是，这两种方法的使用都因其存在难以避免的缺陷而受到限制。例如,易产生有毒气体污染环境和造成熔剂夹杂而损害合金性能。而且熔剂夹杂容易成为产品在使用过程中的腐蚀源，加速材料腐蚀，降低使用寿命。此外，熔剂中的氯盐和氟盐在高温下易挥发产生某些强腐蚀性气体，破坏厂房、设备及生态环境。目前先进的阻燃方法是合金阻燃法, 其机理是在铝合金熔炼过程中添加特定的合金元素来影响合金氧化的热力学反应与动力学过程，形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化和氮化的目的，并且铝钙合金在后续加工过程中的氧化燃烧的倾向大大降低，从而提高铝钙合金的加工安全性。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在700-800度大气条件下进行熔炼的压铸用高导热含Ca和Re铝合金及其加工工艺。且在此温度区间熔炼的合金最终产品不仅具备优异的压铸性能,其传热性能也远远高于现有的铝合金。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种压铸用高导热含Ca和Re铝合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca: 0.6-1.5wt.%,Re:1.6-3.2wt.%；In:3.0-4.5wt.%,Sc:0.8-1.5wt.%，Mn:0.4-0.8wt.%, Be:0.2-0.5wt.%,余量为铝。该铝钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-3.0wt.%左右。
上述压铸用高导热含Ca和Re铝合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为5-10m/min。该铸锭可以当做铸造原料用于后续工序的压力铸造来制备复杂形状的铝钙合金铸件；这些铸件的最后热处理工序为：真空固溶处理250度，2.4小时；真空时效处理180度，1.9小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明专利针对目前用于压铸用铝合金的冷室压铸性能和传热性能不好的状态提供了一种新颖的材料学解决方案。该合金具有极其优异的阻燃性能，可以达到在700-800温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的燃烧。在对液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的燃烧。且该铝钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于3.0wt.%左右。
（2）本专利设计的新型压铸用铝合金具有流动性好，充填性能甚佳、缩孔形成倾向小，金属液吸气性小等优点。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。现有的压铸用铝合金虽然易于压铸，但对于厚度小于1mm的薄壁壳来说，铸造流动性不足。普遍存在的问题是良品率低、表面的外观质量欠佳，表面容易出现流线痕迹、斑点、疏松等铸造缺陷，很难保证产品表面光洁平整的质量要求，而且带来很大的表面整修工作负担，加大了生产成本。本发明提供的压铸铝合金，不仅显著提高了铝制品的压铸成品率，而且能成功地压铸厚度小于0.08mm的超薄型铝制品。
（3）该产品还具有优异的力学性能，抗拉强度可以达到500-620Mpa，而普通铸造用铝合金的抗拉强度维持在320Mpa以下。在室温下，该材料的传热系数为120-140W/m·K。而普通压铸用铝合金的传热系数一般小于90W/m·K此外，该材料比传统铝基合金的密度降低4-5%左右。
具体实施方式
实施例1
一种在750度熔炼压铸用高导热含Ca和Re铝合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 0.9wt.%,Re:1.8wt.%；In:3.6wt.%,Sc:0.9wt.%，Mn:0.5wt.%, Be:0.3wt.%,余量为铝。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到750度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在750度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为6m/min。该铸锭可以当做铸造原料用于后续工序的压力铸造来制备复杂形状的铝钙合金铸件；这些铸件的最后热处理工序为：真空固溶处理250度，2.4小时；真空时效处理180度，1.9小时。
本专利设计的新型压铸用铝合金具有流动性好，充填性能甚佳、缩孔形成倾向小，金属液吸气性小等优点。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。现有的压铸用铝合金虽然易于压铸，但对于厚度小于1mm的薄壁壳来说，铸造流动性不足。普遍存在的问题是良品率低、表面的外观质量欠佳，表面容易出现流线痕迹、斑点、疏松等铸造缺陷，很难保证产品表面光洁平整的质量要求，而且带来很大的表面整修工作负担，加大了生产成本。本发明提供的压铸铝合金，不仅显著提高了铝制品的压铸成品率，而且能成功地压铸厚度小于0.08mm的超薄型铝制品。该产品还具有优异的力学性能，抗拉强度可以达到594Mpa，而普通铸造用铝合金的抗拉强度维持在320Mpa以下。在室温下，该材料的传热系数为128W/m·K。而普通压铸用铝合金的传热系数一般小于90W/m·K此外，该材料比传统铝基合金的密度降低4.2%左右。且该铝钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于1.6wt.%左右。
实施例2
一种在770度熔炼压铸用高导热含Ca和Re铝合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 1.0wt.%,Re:2.5wt.%；In:3.6wt.%,Sc:0.9wt.%，Mn:0.5wt.%, Be:0.3wt.%,余量为铝。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到770度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在770度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为8m/min。该铸锭可以当做铸造原料用于后续工序的压力铸造来制备复杂形状的铝钙合金铸件；这些铸件的最后热处理工序为：真空固溶处理250度，2.4小时；真空时效处理180度，1.9小时。
本专利设计的新型压铸用铝合金具有流动性好，充填性能甚佳、缩孔形成倾向小，金属液吸气性小等优点。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。现有的压铸用铝合金虽然易于压铸，但对于厚度小于1mm的薄壁壳来说，铸造流动性不足。普遍存在的问题是良品率低、表面的外观质量欠佳，表面容易出现流线痕迹、斑点、疏松等铸造缺陷，很难保证产品表面光洁平整的质量要求，而且带来很大的表面整修工作负担，加大了生产成本。本发明提供的压铸铝合金，不仅显著提高了铝制品的压铸成品率，而且能成功地压铸厚度小于0.08mm的超薄型铝制品。该产品还具有优异的力学性能，抗拉强度可以达到594Mpa，而普通铸造用铝合金的抗拉强度维持在320Mpa以下。在室温下，该材料的传热系数为135W/m·K。而普通压铸用铝合金的传热系数一般小于90W/m·K此外，该材料比传统铝基合金的密度降低4.8%左右。且该铝钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于1.3wt.%左右。
实施例3
一种在790度熔炼压铸用高导热含Ca和Re铝合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 1.2wt.%,Re:2.6wt.%；In:3.8wt.%,Sc:1.2wt.%，Mn:0.6wt.%, Be:0.3wt.%,余量为铝。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到790度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在790度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为8m/min。该铸锭可以当做铸造原料用于后续工序的压力铸造来制备复杂形状的铝钙合金铸件；这些铸件的最后热处理工序为：真空固溶处理250度，2.4小时；真空时效处理180度，1.9小时。
本专利设计的新型压铸用铝合金具有流动性好，充填性能甚佳、缩孔形成倾向小，金属液吸气性小等优点。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。现有的压铸用铝合金虽然易于压铸，但对于厚度小于1mm的薄壁壳来说，铸造流动性不足。普遍存在的问题是良品率低、表面的外观质量欠佳，表面容易出现流线痕迹、斑点、疏松等铸造缺陷，很难保证产品表面光洁平整的质量要求，而且带来很大的表面整修工作负担，加大了生产成本。本发明提供的压铸铝合金，不仅显著提高了铝制品的压铸成品率，而且能成功地压铸厚度小于0.08mm的超薄型铝制品。该产品还具有优异的力学性能，抗拉强度可以达到608Mpa，而普通铸造用铝合金的抗拉强度维持在320Mpa以下。在室温下，该材料的传热系数为138W/m·K。而普通压铸用铝合金的传热系数一般小于90W/m·K此外，该材料比传统铝基合金的密度降低4.2%左右。且该铝钙合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于2.6wt.%左右。
Claims (3)
1.一种压铸用高导热含Ca和Re铝合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca: 0.6-1.5wt.%,Re:1.6-3.2wt.%；In:3.0-4.5wt.%,Sc:0.8-1.5wt.%，Mn:0.4-0.8wt.%, Be:0.2-0.5wt.%,余量为铝。
2.根据权利要求1所述压铸用高导热含Ca和Re铝合金，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到700-800度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在700-800度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为5-10m/min。
3.根据权利要求1所述压铸用高导热含Ca和Re铝合金，其特征在于包含如下加工步骤：该铸锭可以当做铸造原料用于后续工序的压力铸造来制备复杂形状的铝钙合金铸件；这些铸件的最后热处理工序为：真空固溶处理250度，2.4小时；真空时效处理180度，1.9小时。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111500883A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-08-07 | 福建省南平铝业股份有限公司 | 一种铝合金熔铸降低氧化夹杂程度的方法 |
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2018
- 2018-03-16 CN CN201810220006.8A patent/CN108251709A/zh not_active Withdrawn
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