CN112593127A - 一种铸造铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铸造铝合金及其制备方法，本发明涉及铝合金铸造领域，具体涉及一种铸造铝合金及其制备方法。本发明是要解决现有方法制造的铸造铝合金铸锭内部组织不致密、存在气孔、夹渣的问题。铝合金按质量百分比由8～9.5％Si、Fe≤0.4％、2～3％Cu、Mn≤0.3％、0.15～0.35％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤0.3％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成；所述铸造铝合金中Mn与Fe的含量之比≥0.65。方法：称取熔炼原料；熔炼原料按工艺顺序及工艺温度进行熔炼；按照工艺制备铸造熔体；合金熔体经过滤装置进行铸造得到铸造铝合金。本发明用于一种铸造铝合金的铸造。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金铸造领域，具体涉及一种铸造铝合金及其制备方法。
背景技术
Al-Si-Cu-Mg-Mn多元合金，具有高强度、易成型、良好的铸造性能、较高的气密性、良好切削加工性和焊接性等优点，广泛应用于汽车工业。该铸造铝合金利用再生铝和低品位的废铝为原材料进行生产，这就对熔炼工艺和熔体质量提出更高要求。该合金属高硅合金保证硅充分合金化确保组织致密，无气孔、夹渣成为内部质量控制的关键。
发明内容
本发明是要解决现有方法制造的铸造铝合金铸锭内部组织不致密、存在气孔、夹渣的问题题，而提供一种铸造铝合金及其制备方法。
本发明一种铸造铝合金按质量百分比由8～9.5％Si、Fe≤0.4％、2～3％Cu、Mn≤0.3％、0.15～0.35％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤0.3％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成；所述铸造铝合金中Mn与Fe的含量之比≥0.65。
上述一种铸造铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、备料依据的铝合金的配方为：按质量百分比计，8～9.5％Si、Fe≤0.4％、2～3％Cu、Mn≤0.3％、0.15～0.35％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤0.3％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成；按照铝合金的配方进行配料，分别称取铝锭、金属铜、金属硅、含Mn废料和含Mg废料作为熔炼原料；
二、将铝锭装入天然气炉中，开始升温，待炉料完全熔化塌陷后形成熔料液面，向炉内加入金属铜，撒入覆盖剂，待熔体温度为700～720℃时进行扒渣，撒入清渣剂，以50℃/h的速率升温至870～920℃，扒尽表面浮渣，随后将金属硅加入，再继续进行搅拌，得到熔体；
三、当金属铜和金属硅充分合金化后向熔体中加入含Mn废料和含Mg废料，边加边搅拌；然后在温度为710～730℃的条件下搅拌5～10min，取样分析合格后覆盖上清渣剂得到合金熔体；
四、向合金熔体内通入氮气精炼3～10min，再静置20～30min，然后扒尽表面浮渣，撒入覆盖剂静置20～30min，得到纯净合金熔体；
五、铸造：将纯净合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中，铸造速度为11mm/min～19mm/min，铸造温度为670～730℃，铸造得到铸造铝合金。
本发明的有益效果是：
发明针对不同合金的特性选择不同的加入时机，解决了各元素充分合金化的问题；通入氮气精炼，可以有效减少熔体中H2和氧化夹杂物；流入过滤装置，可以有效除渣；按照上述方法得到的铸造铝合金锭断口组织致密、表面气孔和夹杂较少，提高了现有方法制备质量缺陷多的问题。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种铸造铝合金按质量百分比由8～9.5％Si、Fe≤0.4％、2～3％Cu、Mn≤0.3％、0.15～0.35％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤0.3％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成；所述铸造铝合金中Mn与Fe的含量之比≥0.65。
本实施方式中各元素的作用：
1.Si的作用：硅能改善合金的铸造性能，由于硅的凝固潜热比铝高，所以硅会加大铝合金的流动性。硅晶粒具有较高的硬度且化学稳定性好，使铝合金具有更高的耐磨性和耐蚀性。
2.Cu的作用：在铝合金中加入铜可以增强铝合金的抗腐蚀性和机械强度。铜加入铝硅合金中后，可提高铝合金的硬度和高温力学性能，铜的固溶还可以提高铝合金的抗疲劳强度。
3.Mn的作用：锰在铝合金中的作用可以减少铁产生的有害影响，可以使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织。
4.Mg的作用：铝硅合金中加入少量镁可以形成Mg2Si相，可以增加铝合金的强度。镁可以提高铝合金的耐蚀性和强度，粘膜的倾向相应减少，使得压铸件表面光滑，电镀性得到改善。
本实施方式中熔炼原料为铝锭、金属Si、金属Cu、含Mn废料和含Mg废料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述铸造铝合金按质量百分比由8.9％Si、Fe≤0.38％、2.35％Cu、Mn≤0.28％、0.3％Mg、Cr≤0.18％、Ni≤0.18％、Zn≤0.28％、Pb≤0.05％、Ti≤0.18％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式一种铸造铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、备料依据的铝合金的配方为：按质量百分比计，8～9.5％Si、Fe≤0.4％、2～3％Cu、Mn≤0.3％、0.15～0.35％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤0.3％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成；按照铝合金的配方进行配料，分别称取铝锭、金属铜、金属硅、含Mn废料和含Mg废料作为熔炼原料；
二、将铝锭装入天然气炉中，开始升温，待炉料完全熔化塌陷后形成熔料液面，向炉内加入金属铜，撒入覆盖剂，待熔体温度为700～720℃时进行扒渣，撒入清渣剂，以50℃/h的速率升温至870～920℃，扒尽表面浮渣，随后将金属硅加入，再继续进行搅拌，得到熔体；
三、当金属铜和金属硅充分合金化后向熔体中加入含Mn废料和含Mg废料，边加边搅拌；然后在温度为710～730℃的条件下搅拌5～10min，取样分析合格后覆盖上清渣剂得到合金熔体；
四、向合金熔体内通入氮气精炼3～10min，再静置20～30min，然后扒尽表面浮渣，撒入覆盖剂静置20～30min，得到纯净合金熔体；
五、铸造：将纯净合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中，铸造速度为11mm/min～19mm/min，铸造温度为670～730℃，铸造得到铸造铝合金。
本实施方式步骤四中所述的加入含Mn废料和含Mg废料的顺序可按任意顺序加入。
本实施方式中Fe、Cr、Ni、Zn、Pb、Ti、Sn元素为杂质元素，保证不超标准范围即可。
本实施方式中加入金属铜保证铜板不露出液面。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤一中所述铝锭的纯度为99.7％。其它步骤及参数与具体实施方式二至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是：步骤一中所述含Mn废料为434复合废料，其成分为2.3％Si、0.3％Fe、0.1％Cu、0.9％Mn、0.3％Mg；所述含Mg废料为6061废料，其成分为0.6％Si、0.4％Fe、0.2％Cu、0.95％Mg。其它步骤及参数与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：步骤一中所述金属硅的牌号为3303。其它步骤及参数与具体实施方式三至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：步骤二中所述搅拌是在加入金属硅后进行一次搅拌，将金属硅压入熔体内，撒入覆盖剂，升温至不低于870℃，然后在该温度下保持30min后进行二次搅拌，二次搅拌时间不少于3min；静置60min后进行三次搅拌，三次搅拌时间不少于3min。其它步骤及参数与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是：步骤二中所述搅拌应在液面中部偏下均匀进行。其它步骤及参数与具体实施方式三至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是：步骤三中所述取样的位置在炉门中线、熔体中部稍偏下部位。其它步骤及参数与具体实施方式三至八质疑相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是：步骤四中所述氮气精炼的氮气含水量不高于0.3g/m3，氮气流量控制在使熔体表面产生波动。其它步骤及参数与具体实施方式三至九之一相同。
本实施方式与精炼器在炉底缓慢移动，炉底角、炉底四周都要移动到，消灭死角。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式三至十之一不同的是：步骤五中所述过滤装置应使用30ppi的泡沫陶瓷过滤片，且使用过程中金属液面要高于泡沫陶瓷过滤片。其它步骤及参数与具体实施方式三至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式三至十一之一不同的是：步骤五中所述铸造温度的选择原则为：当室外温度为0℃～37℃时，选择670～700℃；当室外温度为-27℃～0℃时，选择710～730℃。其它步骤及参数与具体实施方式三至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式三至十二之一不同的是：步骤五中所述旋转浇铸嘴应提前预热。其它步骤及参数与具体实施方式三至十二之一相同。
本实施方式可以防止铸造开头凝眼。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式三至十三之一不同的是：步骤五中所述铸造模具应提前预热。其它步骤及参数与具体实施方式三至十三之一相同。
本实施方式可以防止模具吸潮，造成铸锭有气泡产生。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式三至十四之一不同的是：步骤五得到的铸造铝合金中不合格铸锭的判定方式为超薄、超厚铸锭，表面有气泡、熔渣及夹杂物的铸锭。其它步骤及参数与具体实施方式三至十四之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种铸造铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、备料依据的铝合金的配方为：按质量百分比计，8.90％Si、Fe≤0.38％、2.35％Cu、Mn≤0.28/％、0.3％Mg、Cr≤0.18％、Ni≤0.18％、Zn≤0.28％、Pb≤0.05％、Ti≤0.18％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成；按照铝合金的配方进行配料，分别称取铝锭、金属铜、金属硅、含Mn废料和含Mg废料作为熔炼原料；
二、将铝锭装入天然气炉中，开始升温，待炉料完全熔化塌陷后形成熔料液面，向炉内加入金属铜，撒入覆盖剂，待熔体温度为700～720℃时进行扒渣，撒入清渣剂，以50℃/h的速率升温至900℃，扒尽表面浮渣，随后将金属硅加入，再继续进行搅拌，得到熔体；
三、当金属铜和金属硅充分合金化后向熔体中加入含Mn废料和含Mg废料，边加边搅拌；然后在温度为730℃的条件下搅拌7min，取样分析合格后覆盖上清渣剂得到合金熔体；
四、向合金熔体内通入氮气精炼5min，再静置25min，然后扒尽表面浮渣，撒入覆盖剂静置25min，得到纯净合金熔体；
五、铸造：将纯净合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中，铸造速度为11mm/min～19mm/min，铸造温度为685℃，铸造得到铸造铝合金。
本实施例一得到铸造铝合金化学成分合格，Mn/Fe值为103％，断口组织致密、无气孔、夹渣等缺陷。
实施例二：一种铸造铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、备料依据的铝合金的配方为：按质量百分比计，9％Si、Fe≤0.38％、2.3％Cu、Mn≤0.28/％、0.29％Mg、Cr≤0.18％、Ni≤0.18％、Zn≤0.28％、Pb≤0.05％、Ti≤0.18％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成；按照铝合金的配方进行配料，分别称取铝锭、金属铜、金属硅、含Mn废料和含Mg废料作为熔炼原料；
二、将铝锭装入天然气炉中，开始升温，待炉料完全熔化塌陷后形成熔料液面，向炉内加入金属铜，撒入覆盖剂，待熔体温度为700～720℃时进行扒渣，撒入清渣剂，以50℃/h的速率升温至890℃，扒尽表面浮渣，随后将金属硅加入，再继续进行搅拌，得到熔体；
三、当金属铜和金属硅充分合金化后向熔体中加入含Mn废料和含Mg废料，边加边搅拌；然后在温度为720℃的条件下搅拌8min，取样分析合格后覆盖上清渣剂得到合金熔体；
四、向合金熔体内通入氮气精炼6min，再静置27min，然后扒尽表面浮渣，撒入覆盖剂静置25min，得到纯净合金熔体；
五、铸造：将纯净合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中，铸造速度为11mm/min～19mm/min，铸造温度为695℃，铸造得到铸造铝合金。
本实施例一得到铸造铝合金化学成分合格，Mn/Fe值为96.5％，断口组织致密、无气孔、夹渣等缺陷。
Claims (10)
1.一种铸造铝合金，其特征在于铸造铝合金按质量百分比由8～9.5％Si、Fe≤0.4％、2～3％Cu、Mn≤0.3％、0.15～0.35％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤0.3％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成；所述铸造铝合金中Mn与Fe的含量之比≥0.65。
2.根据权利要求1所述的一种铸造铝合金，其特征在于所述铸造铝合金按质量百分比由8.9％Si、Fe≤0.38％、2.35％Cu、Mn≤0.28％、0.3％Mg、Cr≤0.18％、Ni≤0.18％、Zn≤0.28％、Pb≤0.05％、Ti≤0.18％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成。
3.如权利要求1所述一种铸造铝合金的制备方法，其特征在于铸造铝合金的制备方法是按以下步骤进行：
一、备料依据的铝合金的配方为：按质量百分比计，8～9.5％Si、Fe≤0.4％、2～3％Cu、Mn≤0.3％、0.15～0.35％Mg、Cr≤0.2％、Ni≤0.2％、Zn≤0.3％、Pb≤0.05％、Ti≤0.2％、Sn≤0.01％，和余量为Al组成；按照铝合金的配方进行配料，分别称取铝锭、金属铜、金属硅、含Mn废料和含Mg废料作为熔炼原料；
二、将铝锭装入天然气炉中，开始升温，待炉料完全熔化塌陷后形成熔料液面，向炉内加入金属铜，撒入覆盖剂，待熔体温度为700～720℃时进行扒渣，撒入清渣剂，以50℃/h的速率升温至870～920℃，扒尽表面浮渣，随后将金属硅加入，再继续进行搅拌，得到熔体；
三、当金属铜和金属硅充分合金化后向熔体中加入含Mn废料和含Mg废料，边加边搅拌；然后在温度为710～730℃的条件下搅拌5～10min，取样分析合格后覆盖上清渣剂得到合金熔体；
四、向合金熔体内通入氮气精炼3～10min，再静置20～30min，然后扒尽表面浮渣，撒入覆盖剂静置20～30min，得到纯净合金熔体；
五、铸造：将纯净合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中，铸造速度为11mm/min～19mm/min，铸造温度为670～730℃，铸造得到铸造铝合金。
4.根据权利要求3所述的一种铸造铝合金，其特征在于步骤一中所述铝锭的纯度为99.7％。
5.根据权利要求3所述的一种铸造铝合金，其特征在于步骤一中所述含Mn废料为434复合废料，其成分为2.3％Si、0.3％Fe、0.1％Cu、0.9％Mn、0.3％Mg；所述含Mg废料为6061废料，其成分为0.6％Si、0.4％Fe、0.2％Cu、0.95％Mg。
6.根据权利要求3所述的一种铸造铝合金，其特征在于步骤一中所述金属硅的牌号为3303。
7.根据权利要求3所述的一种铸造铝合金，其特征在于步骤二中所述搅拌是在加入金属硅后进行一次搅拌，将金属硅压入熔体内，撒入覆盖剂，升温至不低于870℃，然后在该温度下保持30min后进行二次搅拌，二次搅拌时间不少于3min；静置60min后进行三次搅拌，三次搅拌时间不少于3min。
8.根据权利要求3所述的一种铸造铝合金，其特征在于步骤五中所述过滤装置应使用30ppi的泡沫陶瓷过滤片，且使用过程中金属液面要高于泡沫陶瓷过滤片。
9.根据权利要求3所述的一种铸造铝合金，其特征在于步骤五中所述铸造温度的选择原则为：当室外温度为0℃～37℃时，选择670～700℃；当室外温度为-27℃～0℃时，选择710～730℃。
10.根据权利要求3所述的一种铸造铝合金，其特征在于步骤四中所述氮气精炼的氮气含水量不高于0.3g/m3。
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