專利名稱：一種鑄造鋁合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造領(lǐng)域，特別涉及鋁合金鑄造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀(jì)初才開始工業(yè)應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)期間，鋁材主要用于制造軍用飛機(jī)。戰(zhàn)后，由于軍事工業(yè)對(duì)鋁材的需求量驟減，鋁工業(yè)界便著手開發(fā)民用鋁合金，使其應(yīng)用范圍由航空工業(yè)擴(kuò)展到建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、電力和電子工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)和石油化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中?，F(xiàn)在，鋁材的用量之多，范圍之廣，僅次于鋼鐵，成為第二大金屬材料。鋁合金的發(fā)展可追溯到1906年時(shí)效強(qiáng)化現(xiàn)象在柏林被Alfred Wilm偶然發(fā)現(xiàn)，硬鋁Duralumin、 隨之研制成功并用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件上。在此基礎(chǔ)上隨后開發(fā)出多種Al-Cu系合金。法國(guó)于20世紀(jì)初研制成功A-U5GT((W)si彡0. 05%, (W)Fe ^ 0. 10 % )鋁合金，抗拉強(qiáng)度 (T4)彡275Mpa、SAEJ452-1989)，投入生產(chǎn)應(yīng)用，已列入法國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和宇航標(biāo)準(zhǔn)；美國(guó)鋁協(xié)會(huì)牌號(hào)201. 0(1968年)和206. 0(1967年)合金都是在A-U5GT基礎(chǔ)上經(jīng)改進(jìn)而形成的，1974年的204. 0鋁合金等同于A-U5GT ；201. 0 (AlCu4AgMgMn)的商業(yè)名稱是KO-I (ASTM B26/B26 (M) -1999，抗拉強(qiáng)度T7狀態(tài)為415Mpa，延伸率3 % )，受美國(guó)專利保護(hù)，且成分含 Ag(0. 4% -1. 0% )，成本高。俄羅斯BAJllO主元素成分相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的ZL204，但添加微量元素保密，僅用于軍事或其他要求高的領(lǐng)域。我國(guó)研制了 ZL204A、ZL205A等鑄造用鋁合金牌號(hào)，ZL204A T5狀態(tài)值下抗拉強(qiáng)度 440Mpa, δ5>4%。按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GB1173-86)規(guī)定，ZL205A的抗拉強(qiáng)度Τ5狀態(tài)為435Mpa，Τ6 狀態(tài)下為465Mpa(GB/Tl 173-1995標(biāo)準(zhǔn)，ZL205A(T6)的抗拉強(qiáng)度為470Mpa)，是目前世界上強(qiáng)度最高的鑄造鋁合金材料之一。ZL205A(I^)的塑性好，伸長(zhǎng)率可達(dá)7%，該合金已在我國(guó)航空、航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但其成分含有V貴重金屬元素，價(jià)格高昂；同時(shí)，需用精鋁或高純鋁作基體金屬，不但增加成本，原料供應(yīng)也受限制。另外，在ZL205A基礎(chǔ)上加入RE研制了 ZL209，仍受添加V元素成本高的限制。北京航空材料研究院呂杰等研制出一種與ZL205A 主成分相近的鋁合金，但微量元素中含有0. 1%-0. 25% V，其抗拉強(qiáng)度在385-405Mpa之間、 伸長(zhǎng)率達(dá)19% 23%，僅見文獻(xiàn)研究報(bào)道，且抗拉強(qiáng)度稍低，原材料含有價(jià)格昂貴的V。但是鋁銅合金鑄造性能較差，鑄造過程中容易產(chǎn)生裂紋等缺陷，所以很難用于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大中型鑄件，這限制了鋁銅合金的應(yīng)用。目前，廣泛應(yīng)用的鋁硅合金具有優(yōu)良的鑄造性能，如流動(dòng)性好、氣密性好、收縮率小和熱裂傾向小，經(jīng)過變質(zhì)和熱處理之后，具有較好的力學(xué)性能，是目前應(yīng)用最廣泛的一類鋁合金，如ZL101、ZL104合金，但是仍然面臨力學(xué)性能有待提高的問題。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00810204630. 5公開了一種鑄造鋁硅合金的制備方法，其結(jié)合鋁硅與鋁銅合金的優(yōu)點(diǎn)，通過優(yōu)化合金組分及制備方法產(chǎn)生了一種新的鋁硅銅合金。但其合金組分中硅的含量高達(dá)6. 5-7. 5%，雖然鑄造性能尚好，但其強(qiáng)度較低，只有300-320MPa 左右ο

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種鑄造鋁合金的制備方法， 解決現(xiàn)有技術(shù)的鋁合金鑄造性能和/或力學(xué)性能較差的問題。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種鑄造鋁合金的制備方法，包括如下步驟1)配料原料使用純 Al 及 Al-12wt % Si、Al_50wt % Cu、Al-IOwt % Mn、Cd、 Al-5wt% Ti 禾口 Al-IOwt % Mg 中間合金；2)熔煉按照目標(biāo)成分 2. 5-3. 5% Si, 5. 5-6. 5% Cu，0. 5-0. 55% Μη,Ο. 05-0. 25% Cd，0. 3-0. 5% Ti, 3. 5-5% Mg，B微量，C微量，P微量，稀土元素微量，余下為Al ；雜質(zhì)!^e含量不大于0. 15%，雜質(zhì)總量不大于0.40%稱量步驟1)的各原料；使用電阻坩堝爐熔煉，坩堝升溫預(yù)熱至 460-480°C，依次加入純 Al、Al-Si、Al-Cu, Al-Mn、Al-Ti、Al_Mg、以及 Cd，預(yù)熱1-2小時(shí)，然后升溫熔化3)晶粒細(xì)化處理在步驟幻熔化的熔液中加入Al-Ti-B-C和Cu-P復(fù)合晶粒細(xì)化劑，細(xì)化劑的總加入量為熔液質(zhì)量的0. 5-0.8%，其中Al-Ti-B-C占50-70%，Cu-P占 30-50% ；4)精煉金屬液完全熔化后攪拌均勻，進(jìn)行精煉處理，采用氯化錳精煉劑，精煉溫度720-750°C，精煉時(shí)間10-12min，精煉后靜置IOmin以上；5)變質(zhì)處理精煉后進(jìn)行變質(zhì)處理，采用Al-Re中間合金變質(zhì)劑，變質(zhì)溫度 720-730°C，變質(zhì)時(shí)間 12-20min ；6)澆注，用砂型模具，調(diào)整合金液溫度至700°C，進(jìn)行澆注；7)熱處理使用箱式電阻爐熱處理；固溶處理530士5°C X 8_12h，淬水，控制轉(zhuǎn)移時(shí)間小于15秒；人工時(shí)效處理150士5°C X5-6h —空冷。本發(fā)明方法的有益效果為1.通過調(diào)整合金成分，減少Si的用量，并在合金中添加Mg，使得合金的強(qiáng)度提高， 同時(shí)使該合金具有良好的流動(dòng)性，鑄造性能好。2.通過添加Al-Ti-B-C和Cu-P復(fù)合晶粒細(xì)化劑細(xì)化了合金晶粒，使得合金的強(qiáng)度提尚。3.通過合理控制熔煉、精煉、變質(zhì)、澆注以及熱處理的工藝參數(shù)，使得合金的綜合性能優(yōu)異。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一一種鑄造鋁合金的制備方法，包括如下步驟1)配料原料使用純 Al 及 Al-12wt % Si、Al_50wt % Cu、Al-IOwt % Mn、Cd、 Al-5wt% Ti 禾口 Al-IOwt % Mg 中間合金；2)熔煉按照目標(biāo)成分 2. 8% Si，6% Cu，0. 5% Μη,Ο. 2% Cd,0. 4% Ti,3. 5% Mg, B微量，C微量，P微量，余下為Al ；雜質(zhì)！^含量不大于0. 15%，雜質(zhì)總量不大于0. 40%稱量步驟1)的各原料；使用電阻坩堝爐熔煉，坩堝升溫預(yù)熱至460°C，依次加入純A1、A1-Si、
4Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti、Al-Mg、以及Cd，預(yù)熱1小時(shí)，然后升溫熔化；3)晶粒細(xì)化處理在步驟2、熔化的熔液中加入Al-Ti-B-C和Cu-P復(fù)合晶粒細(xì)化劑，細(xì)化劑的總加入量為熔液質(zhì)量的0. 5%，其中Al-Ti-B-C占60%, Cu-P ^ 40% ；4)精煉金屬液完全熔化后攪拌均勻，進(jìn)行精煉處理，采用氯化錳精煉劑，精煉溫度720°C，精煉時(shí)間12min，精煉后靜置12min ；5)變質(zhì)處理精煉后進(jìn)行變質(zhì)處理，采用Al-Re中間合金變質(zhì)劑，變質(zhì)溫度730°C， 變質(zhì)時(shí)間15min ；6)澆注，用砂型模具，調(diào)整合金液溫度至700°C，進(jìn)行澆注；7)熱處理使用箱式電阻爐熱處理；固溶處理535°C X 10h，淬水，控制轉(zhuǎn)移時(shí)間 12秒；人工時(shí)效處理155°C X5h —空冷。實(shí)施例二一種鑄造鋁合金的制備方法，包括如下步驟1)配料原料使用純 Al 及 Al-12wt % Si、Al_50wt % Cu、Al-IOwt % Mn、Cd、 Al-5wt% Ti 禾口 Al-IOwt % Mg 中間合金；2)熔煉按照目標(biāo)成分 2. 8% Si,6% Cu,0. 5% Μη,Ο. 2% Cd,0. 4% Ti,3. 5% Mg, B微量，C微量，P微量，余下為Al ；雜質(zhì)!^e含量不大于0. 15%，雜質(zhì)總量不大于0. 40%稱量步驟1)的各原料；使用電阻坩堝爐熔煉，坩堝升溫預(yù)熱至480°C，依次加入純A1、A1-Si、 Al-Cu, Al-Mn, Al-Ti、Al_Mg、以及Cd，預(yù)熱2小時(shí)，然后升溫熔化3)晶粒細(xì)化處理在步驟2、熔化的熔液中加入Al-Ti-B-C和Cu-P復(fù)合晶粒細(xì)化劑，細(xì)化劑的總加入量為熔液質(zhì)量的0. 8%，其中Al-Ti-B-C占70%, Cu-P ^ 30% ；4)精煉金屬液完全熔化后攪拌均勻，進(jìn)行精煉處理，采用氯化錳精煉劑，精煉溫度720°C，精煉時(shí)間lOmin，精煉后靜置15min ；5)變質(zhì)處理精煉后進(jìn)行變質(zhì)處理，采用Al-Re中間合金變質(zhì)劑，變質(zhì)溫度720°C， 變質(zhì)時(shí)間15min ；6)澆注，用砂型模具，調(diào)整合金液溫度至700°C，進(jìn)行澆注；7)熱處理使用箱式電阻爐熱處理；固溶處理525°C X 12h，淬水，控制轉(zhuǎn)移時(shí)間 10秒；人工時(shí)效處理150°C X6h —空冷。上述實(shí)施例一和二所制備的鑄造鋁合金，經(jīng)測(cè)試，室溫下砂型鑄造試樣達(dá)到 σ b360-380MPa, δ 2. 0-2. 5 %，布氏硬度 120-130HBW ；金屬型鑄造試樣σ b370_390MPa， δ 2. 3-2. 8%，布氏硬度 130-HOHBff0申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程， 但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)， 對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種鑄造鋁合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)配料原料使用純Al 及 Al-12wt% Si、Al-50wt% Cu、Al-10wt% Mn、Cd、Al-5wt% Ti禾口 Al-IOwt % Mg中間合金；2)熔煉按照目標(biāo)成分2. 5-3. 5% Si, 5. 5-6. 5% Cu，0. 5-0. 55% Μη,Ο. 05-0. 25% Cd, 0. 3-0. 5% Ti, 3. 5-5% Mg，B微量，C微量，P微量，稀土元素微量，余下為Al ；雜質(zhì)！^含量不大于0. 15%，雜質(zhì)總量不大于0.40%稱量步驟1)的各原料；使用電阻坩堝爐熔煉，坩堝升溫預(yù)熱至 460-480°C，依次加入純 Al、Al-Si、Al-Cu, Al-Mn、Al-Ti、Al_Mg、以及 Cd，預(yù)熱 1-2小時(shí)，然后升溫熔化3)晶粒細(xì)化處理在步驟幻熔化的熔液中加入Al-Ti-B-C和Cu-P復(fù)合晶粒細(xì)化劑，細(xì)化劑的總加入量為熔液質(zhì)量的0. 5-0. 8%，其中Al-Ti-B-C占50-70%, Cu-P占30-50% ；4)精煉金屬液完全熔化后攪拌均勻，進(jìn)行精煉處理，采用氯化錳精煉劑，精煉溫度 720-750°C，精煉時(shí)間10-12min，精煉后靜置IOmin以上；5)變質(zhì)處理精煉后進(jìn)行變質(zhì)處理，采用Al-Re中間合金變質(zhì)劑，變質(zhì)溫度720-730°C， 變質(zhì)時(shí)間12-20min ；6)澆注，用砂型模具，調(diào)整合金液溫度至700°C，進(jìn)行澆注；7)熱處理使用箱式電阻爐熱處理；固溶處理530士5°CX8-12h，淬水，控制轉(zhuǎn)移時(shí)間小于15秒；人工時(shí)效處理150士5°C X5-6h —空冷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鑄造鋁合金的制備方法，該方法包括配料、熔煉、晶粒細(xì)化處理、精煉、變質(zhì)處理、澆注、熱處理七個(gè)步驟，本發(fā)明方法通過調(diào)整合金成分以及添加Al-Ti-B-C和Cu-P復(fù)合晶粒細(xì)化劑，使得合金的強(qiáng)度提高，同時(shí)使該合金具有良好的流動(dòng)性，鑄造性能好。通過合理控制熔煉、精煉、變質(zhì)、澆注以及熱處理的工藝參數(shù)，使得合金的綜合性能優(yōu)異。
文檔編號(hào)C22C1/03GK102367525SQ20111030622
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者陳偉軍 申請(qǐng)人:陳偉軍