專利名稱：鑄造鋁硅合金及強(qiáng)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有色合金材料及強(qiáng)化方法，尤其涉及一種鑄鋁硅合金的強(qiáng)化方法，屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鑄造鋁硅合金是一種重量輕、強(qiáng)度高的有色合金材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電力、軍工、機(jī)械等領(lǐng)域。在鑄造鋁合金中應(yīng)用最廣泛的是包括ZL108在內(nèi)的鑄造鋁硅系合金，它們具有容重小、強(qiáng)度高、鑄造成形性好和加工性能優(yōu)良等一系列優(yōu)點(diǎn)，已成為制造業(yè)中最受重視的結(jié)構(gòu)材料之一。但是，目前鑄造Al-Si合金的鑄態(tài)力學(xué)性能尚不盡人意， 通過(guò)熱處理雖然能提高其力學(xué)性能，但隨著產(chǎn)品可靠性和使用壽命的要求越來(lái)越高，仍然不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，因此人們正從各個(gè)不同的研究方向?qū)﹁T態(tài)鋁硅合金進(jìn)行研究， 以期提高其綜合性能，例如加工硬化、固溶強(qiáng)化、異相強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化等。鋅能擴(kuò)大銅在鋁中的溶解度，時(shí)效時(shí)能增加CuAl2強(qiáng)化相的數(shù)量，提高彌散強(qiáng)化效果。在含鎂、銅等多元鋁合金中，鋅是形成強(qiáng)化相的元素，能顯著提高鋁合金的力學(xué)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硅合金中鋅的添加量確定為1%，導(dǎo)致鋅的潛在強(qiáng)化作用未能充分發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鑄造鋁硅合金及強(qiáng)化方法，該鑄造鋁硅合金及強(qiáng)化方法利用合金化原理，增加了在時(shí)效時(shí)析出的強(qiáng)化相CuAl2數(shù)量并得到強(qiáng)化效果好的Al-Si-Mg-Cu化合物，減少硬脆相，提高了鑄造鋁硅合金的強(qiáng)度和硬度提
高，并具有一定塑性。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種鑄造鋁硅合金，化學(xué)成分按重量百分比計(jì)硅9. 0-11. 0%，鋅3. 0-5. 0%，鎂 0. 4-1. 0%，銅 2. 0-3. 0%，錳彡 0. 3%，余為鋁。一種鑄造鋁硅合金的強(qiáng)化方法，包括以下步驟1)熔煉工藝A、裝料裝料的順序?yàn)殇X硅中間合金，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后660°C時(shí)加入；B、熔化及精練爐料裝完之后，升溫熔化。待爐料全部熔化后，除渣并加入熔劑；當(dāng)溫度達(dá)到 680°C時(shí)，用鐘罩將預(yù)熱到200-300°C的鋁鎂中間合金壓入熔池的一定深度處并緩慢回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，時(shí)間為3-5min ；然后升溫到700-730°C，用占爐料總質(zhì)量0. 7-0. 75%的精煉劑C2Cl6 分2-3次用鐘罩壓入合金液內(nèi)精煉合金液，總時(shí)間為10-15min，緩慢在爐內(nèi)繞圈；待精煉完成后靜置l_2min，取試樣做爐前分析；C、變質(zhì)處理當(dāng)合金液溫度達(dá)到700-730°C時(shí)，用占爐料總質(zhì)量1. 5% -2. 5%的鈉鹽變質(zhì)劑做變質(zhì)處理，變質(zhì)時(shí)間為15-18min ；D、澆注當(dāng)變質(zhì)完成后除渣并攪拌，然后靜置5-lOmin。當(dāng)溫度達(dá)到730°C時(shí)，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(shí)間4_6h，出爐入水冷卻，介質(zhì)為60-100°C熱水；B、時(shí)效處理鑄坯裝爐升溫至160_190°C保溫，保溫時(shí)間3_10h。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明的鑄造鋁硅合金利用合金化原理，按重量百分比計(jì)，通過(guò)加入3-5%鋅，增加1-1. 5%銅，降低2-3%硅。本發(fā)明的鑄造鋁硅合金由于加入了鋅，增加了銅在鋁中的固溶度，在時(shí)效時(shí)能析出較多的含銅化合物強(qiáng)化相，同時(shí)鋅的加入增加了在時(shí)效時(shí)析出的強(qiáng)化相CuAl2的數(shù)量，能形成鋁合金中強(qiáng)化效果最大的Al-Si-Mg-Cu化合物。降低硅的含量有助于減少硬脆的硅相，提高材料塑性。由于鋅熔化溫度低，提高了材料流動(dòng)性，鋅的加入消除了降低硅含量帶來(lái)的材料鑄造性能下降的可能性，使鑄造鋁硅合金強(qiáng)度和硬度提高， 并具有一定塑性。鑄件的表面質(zhì)量及尺寸精度都較高。本發(fā)明的強(qiáng)化方法在時(shí)效后能獲得更多數(shù)量的強(qiáng)化相數(shù)量并得到強(qiáng)化效果好的強(qiáng)化相，其彌散強(qiáng)化使材料具有比ZL108更高的強(qiáng)度和硬度，同樣熱處理狀態(tài)下，強(qiáng)度提高 11. 5-25. 0%，硬度提高27. 0-38. 0%。組織中硬脆硅相的降低提高了材料塑性，在本發(fā)明的熱處理?xiàng)l件下，延伸率達(dá)到2. 6-3. 2%。材料鑄造性能好，鑄件產(chǎn)品質(zhì)量和尺寸精度高；與 ZL108相比，采用本發(fā)明的強(qiáng)化方法使得鑄造鋁硅合金有更大的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過(guò)下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說(shuō)明進(jìn)解釋，這些實(shí)施例是僅作為例子給出的。
具體實(shí)施例方式以下為本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明不限于以下三個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明的鑄造鋁硅合金化學(xué)成分按重量百分比計(jì)硅9. 0-11. 0%，鋅3. 0-5.0%, 鎂 0. 4-1. 0%，銅 2. 0-3. 0%，錳彡 0. 3%，余為鋁。本發(fā)明的鑄造鑄造鋁硅合金的強(qiáng)化方法，包括以下步驟1)熔煉A、裝料裝料的順序?yàn)殇X硅中間合金，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后660°C時(shí)加入；B、熔化及精煉爐料裝完之后，升溫熔化。待爐料全部熔化后，除渣并加入熔劑；當(dāng)溫度達(dá)到 680°C時(shí)，用鐘罩將預(yù)熱到200-300°C的鋁鎂中間合金壓入熔池的一定深度處并緩慢回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，時(shí)間為3-5min ；然后升溫到700-730°C，用占爐料總質(zhì)量0. 7-0. 75%的精煉劑C2Cl6 分2-3次用鐘罩壓入合金液內(nèi)精煉合金液，總時(shí)間為10-15min，緩慢在爐內(nèi)繞圈；待精煉完成后靜置l_2min，取試樣做爐前分析；C、變質(zhì)處理當(dāng)合金液溫度達(dá)到700_730°C時(shí)，用占爐料總質(zhì)量1. 5% -2. 5%的鈉鹽變質(zhì)劑做變質(zhì)處理，變質(zhì)時(shí)間為15-18min ；D、澆注當(dāng)變質(zhì)完成后除渣并攪拌，然后靜置5-lOmin。當(dāng)溫度達(dá)到730°C時(shí)，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(shí)間4_6h，出爐入水冷卻，介質(zhì)為60-100°C熱水；B、時(shí)效處理鑄坯裝爐升溫至160_190°C保溫，保溫時(shí)間3_10h。本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例的材料成分和力學(xué)性能見(jiàn)表1。表1實(shí)施例的材料成分和力學(xué)性能
序號(hào)材料成分/wt%力學(xué)性能SiZnCuMgMnAlOb/MpaHBδ/%實(shí)施例 19320.4彡0. 3%余量2931173.1實(shí)施例 29.542.40.6彡0. 3%余量2991232.96實(shí)施例 311531.0彡0. 3%余量3071312.65表1中三個(gè)實(shí)施例熱處理采用統(tǒng)一工藝固溶處理溫度525°C，時(shí)間6h，冷卻介質(zhì)為60-100°C熱水；時(shí)效處理溫度180°C，時(shí)間10h。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形式的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鑄造鋁硅合金，其特征是，化學(xué)成分按重量百分比計(jì)硅9. 0 — 11. 0%，鋅3. 0 -5. 0%,鎂 0. 4-1. 0%,銅 2. 0 — 3. 0%,錳彡 0. 3%,余為鋁。
2.一種如權(quán)利要求1所述的鑄造鋁硅合金的強(qiáng)化方法，其特征是，包括以下步驟1)熔煉A、裝料裝料的順序?yàn)殇X硅中間合金，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后660°C時(shí)加入；B、熔化及精煉爐料裝完之后，升溫熔化，待爐料全部熔化后，除渣并加入熔劑；當(dāng)溫度達(dá)到680°C 時(shí)，用鐘罩將預(yù)熱到200—300°C的鋁鎂中間合金壓入熔池的一定深度處并緩慢回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，時(shí)間為3—5min ；然后升溫到700—730°C，用占爐料總質(zhì)量0. 7 — 0. 75%的精煉劑(2(16 分2—3次用鐘罩壓入合金液內(nèi)精煉合金液，總時(shí)間為10—15min，緩慢在爐內(nèi)繞圈；待精煉完成后靜置1一 2min，取試樣做爐前分析； C、變質(zhì)處理當(dāng)合金液溫度達(dá)到700— 730°C時(shí)，用占爐料總質(zhì)量1. 5% —2. 5%的鈉鹽變質(zhì)劑做變質(zhì)處理，變質(zhì)時(shí)間為15 — 18min ；D、澆注當(dāng)變質(zhì)完成后除渣并攪拌，然后靜置5 — lOmin，當(dāng)溫度達(dá)到730°C時(shí)，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(shí)間4 一 6h，出爐入水冷卻，介質(zhì)為60 — 100°C熱水；B、時(shí)效處理鑄坯裝爐升溫至160- 190°C保溫，保溫時(shí)間3 - IOh0
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鑄造鋁硅合金，其化學(xué)成分為硅9.0－11.0%，鋅3.0－5.0%，鎂0.4-1.0%，銅2.0－3.0%，錳≤0.3%，余為鋁。本發(fā)明公開(kāi)的一種鑄造鑄造鋁硅合金的強(qiáng)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(zhì)處理，D、澆注；2)熱處理，A、固溶處理，B、時(shí)效處理。本發(fā)明的的強(qiáng)化方法在時(shí)效后能獲得更多數(shù)量的強(qiáng)化相數(shù)量并得到強(qiáng)化效果好的強(qiáng)化相，其彌散強(qiáng)化使材料具有比ZL108更高的強(qiáng)度和硬度，組織中硬脆硅相的降低提高了材料塑性，材料鑄造性能好，鑄件產(chǎn)品質(zhì)量和尺寸精度高。擴(kuò)大了鑄造鋁硅合金的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)C22C1/03GK102304651SQ20111023174
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者吳晶, 紀(jì)嘉明, 虞建平, 魯遠(yuǎn)勇 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué), 鎮(zhèn)江匯通金屬成型有限公司