一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料及其制備方法，新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料以質(zhì)量百分比計，含有Si：4.5～7.5%，Mg：0.1～1.0%，Ti：0.1～0.2%，Sb：0.1～0.2%。本合金材料具有高溫耐磨、高溫抗疲勞、高強(qiáng)高韌等優(yōu)點(diǎn)；用于制造汽車后制動鉗、制動主缸、轉(zhuǎn)向殼體等汽車安全零部件，大大提高了其使用壽命和安全系數(shù)；本合金材料熱處理后經(jīng)力學(xué)性能檢測后，接近高強(qiáng)度鋁合金的標(biāo)準(zhǔn)（抗拉強(qiáng)度≥400MPa），而延伸率和屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于高強(qiáng)度鋁合金。
【專利說明】一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬有色金屬材料制備技術(shù)和變質(zhì)處理工藝領(lǐng)域，特別涉及一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金密度低，強(qiáng)度高，塑性好，可加工成各種型材，是工業(yè)應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車制造等【技術(shù)領(lǐng)域】已大量應(yīng)用。汽車安全零部件如制動鉗、制動主缸、轉(zhuǎn)向殼體等都由鋁合金材料制備而成，這些安全零部件在人們的駕駛過程中起著極其重要的作用。
[0003]金屬組織細(xì)化是提高金屬材料各項(xiàng)機(jī)械性能的方法途徑之一，也是在不犧牲材料強(qiáng)度指標(biāo)的如提下提聞材料塑性指標(biāo)的唯一途徑。
[0004]因此通過金屬組織細(xì)化的手段來提高制造此類汽車安全零部件材料的耐磨性、強(qiáng)度、韌性和抗疲勞性等意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一個目的是提供一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料，以質(zhì)量百分比計，含有 T1:0.1 ~0.2%, Sb:0.1 ~0.2%。
[0006]進(jìn)一步的，一種 新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料，以質(zhì)量百分比計，含有Si:
4.5 ~7.5%, Mg:0.1 ~1.0%, Ti:0.1 ~0.2%, Sb:0.1 ~0.2%。
[0007]更進(jìn)一步的，一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料，以質(zhì)量百分比計，含有 Si:4.5 ~7.5%, Mg:0.1 ~1.0%, Ti:0.1 ~0.2%, Sb:0.1 ~0.2%, Fe: ^ 0.20%, Sr:(0.003%，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料的制備方法，包括如下步驟:
[0009](A)細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液的制備方法
[0010](I)按細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液中元素質(zhì)量百分比為Ti:4~6%、Sb:4~6%、A1:88~92%計，分別稱取鈦劑、金屬銻和重熔鋁錠；
[0011](2)按步驟(1)中總投料重量的0.1~0.2%稱取精煉清渣劑；
[0012](3)將步驟(1)、步驟(2)中所有原料放入恒溫預(yù)熱干燥爐中于200_250°C條件下干燥3~4h ;
[0013](4)將自恒溫預(yù)熱干燥爐中干燥后取出的重熔鋁錠放入熔化爐內(nèi)，點(diǎn)火2h~3h后，爐溫600~700°C，重熔鋁錠全部熔化；繼續(xù)升溫至900~1000°C，加入步驟(3)中完全干燥后的金屬銻、鈦劑并在900~1000°C的條件下保溫1.5~2h至金屬銻和鈦劑完全熔化；
[0014](5)關(guān)掉熔化爐的燃?xì)忾_關(guān)，充分?jǐn)嚢?~8min，當(dāng)熔體溫度達(dá)到750~800°C時保溫20~25min促進(jìn)熔體的合金化；
[0015](6)將步驟(3)中完全干燥后的精煉清渣劑的50%撒入步驟(5)的熔體內(nèi)，并充分?jǐn)嚢瑁?dāng)熔體溫度達(dá)到710~750°C時，將剩余50%的精煉清渣劑放入自動噴粉機(jī)中，以惰性氣體為載體在5~8min內(nèi)將精煉清渣劑均勻的噴入熔體內(nèi)進(jìn)行精煉，即得所述的細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液，取樣測定其成分；
[0016](7)將步驟(6)中精煉好的細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液轉(zhuǎn)入保溫爐，并在700~730°C下
保溫備用。
[0017](B)新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料的制備方法
[0018]I)以質(zhì)量百分比計，按 Si:4.5 ~7.5%, Mg:0.10 ~0.35%、Al:87.2 ~93.7%、細(xì)
化變質(zhì)母鋁合金液:1.7~5.0%，分別稱取金屬硅、金屬鎂、重熔鋁錠及通過(A)制得的細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液；
[0019]2)按步驟I)總投料重量的0.1~0.2%稱取精煉清渣劑；
[0020]3)將步驟I)、步驟2)中的金屬硅、金屬鎂、重熔鋁錠和精煉清渣劑放入溫度為200-250°C的恒溫預(yù)熱干燥爐中干燥3~4h ;
[0021]4)將步驟3)中完全干燥的金屬硅放入蓄熱熔化爐的爐體底部，其上碼放步驟3)中完全干燥后的重熔招錠；
[0022]5)蓄熱熔化爐點(diǎn)火升溫，點(diǎn)火4h~5h后，爐溫600~700°C，爐內(nèi)的重熔鋁錠和金屬硅全部熔化，加入細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液，充分?jǐn)嚢?~8min，繼續(xù)升溫至770~800°C;
[0023]6 )關(guān)掉蓄熱熔化爐的燃?xì)忾_關(guān)，將經(jīng)步驟3 )干燥后的金屬鎂壓入鋁合金熔體內(nèi)部3~5min至金屬鎂全部熔化,迅速攪拌4~5min ;取樣檢測招合金熔體的成分；
[0024]7)當(dāng)鋁合金熔體溫度在730~750°C范圍內(nèi)時將步驟3)中完全干燥的精煉清渣劑的50%撒入鋁合金熔體內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁瑢⑹Ｓ嗟?0%精煉清渣劑放入自動噴粉機(jī)中，以惰性氣體為載體在10~15min內(nèi)將精煉清渣劑均勻噴入鋁合金熔體內(nèi)進(jìn)行精煉和打渣，打渣后靜置；
[0025]8)在鋁合金熔體的溫度降至690~710°C時出爐。
[0026]優(yōu)選的，所述精煉清渣劑為上海虹光金屬熔劑廠生產(chǎn)的HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑。
[0027]優(yōu)選的，所述鈦劑的含鈦量為75%。
[0028]優(yōu)選的，所述惰性氣體為氬氣。
[0029]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明涉及的新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料具有高溫耐磨、高溫抗疲勞、高強(qiáng)高韌等優(yōu)點(diǎn)；用于制造汽車后制動鉗、制動主缸、轉(zhuǎn)向殼體等汽車安全零部件，大大提高了其使用壽命和安全系數(shù)；本發(fā)明涉及的新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料熱處理后經(jīng)力學(xué)性能檢測后，接近高強(qiáng)度鋁合金的標(biāo)準(zhǔn)(抗拉強(qiáng)度≥400MPa),而延伸率和屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于高強(qiáng)度招合金。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明所述的新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料與普通市售的A356.2鋁合金錠的抗疲勞性能對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
[0032]細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液的制備方法共提供2個實(shí)施例，分別為實(shí)施例1和實(shí)施例2 ；新型長效細(xì)化變質(zhì)母鋁合金材料的制備共提供4個實(shí)施例，為實(shí)施例3~6。
[0033]實(shí)施例1
[0034]細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液的制備方法
[0035](I)按細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液中元素質(zhì)量百分比為Ti:4~5%、Sb:4~5%、A1:90~92%計，分別稱取鈦劑120kg，金屬銻90kg，重熔鋁錠1790kg ;其中鈦劑的含Ti量為75%。
[0036](2)按步驟(1)中總投料重量的0.15%稱取上海虹光金屬熔劑廠生產(chǎn)的HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑2kg，其主要成分為Na2SiF、NaCl、KCl、NaF、BaS04、MgC03、C (石墨粉)。
[0037](3)將步驟(1)和步驟(2)中的所有原材料放入溫度250°C的恒溫預(yù)熱干燥爐中干燥3小時；
[0038](4)將干燥后的重熔鋁錠放入熔化爐中，點(diǎn)火升溫，點(diǎn)火3h，爐內(nèi)溫度大約650°C，此時爐內(nèi)的重熔鋁錠全部熔化，繼續(xù)升溫至950°C，加入步驟(3)中完全干燥的金屬銻、鈦劑并在950°C的條件下保溫2h至金屬銻和鈦劑 完全熔化；
[0039](5)關(guān)掉熔化爐的燃?xì)忾_關(guān)，充分?jǐn)嚢鑃min測量熔體溫度在750°C的條件下保溫25min促進(jìn)熔體的合金化；
[0040](6)將步驟(3)中完全干燥的HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑的50% (Ikg)撒入熔體內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，測量熔體溫度，當(dāng)熔體溫度在735°C左右時，將剩余的50% (Ikg)HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑放入自動噴粉機(jī)中，以惰性氣體氬氣為載體將HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑均勻的噴入熔體內(nèi)進(jìn)行精煉除氣，氬氣噴入的時間在8min。
[0041](7)取樣測定熔體的成分為:Ti:4.52%、Sb:4.51%、Al:余量。
[0042](8)將步驟(7)中精煉好的熔體轉(zhuǎn)入保溫爐，并在730°C下保溫備用。
[0043]實(shí)施例2
[0044]細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液的制備方法
[0045]本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是:步驟(1)中所述細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液按元素質(zhì)量百分比Ti:5~6%、Sb:5~6%、Al:88~90%計，分別稱取鈦劑(含Ti量為75%) 147kg，金屬銻110kg，重熔鋁錠1743kg ;步驟(7)測定熔體的成分為:T1:5.52%,Sb:5.51%,Al:余量。
[0046]其它與實(shí)施例1相同。
[0047]實(shí)施例3
[0048]新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料的制備方法
[0049](I)以質(zhì)量百分比計，按S1:4.5~5.5%、Mg:0.1~0.3%、細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液(來源:實(shí)施例1):2.2~3.3%，分別稱取金屬硅1000kg、金屬鎂40kg、細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液560kg、重熔鋁錠 18000kg ；
[0050](2)按步驟(1)總投料的0.16%稱取HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑29.4kg ；
[0051](3)將步驟(1)和步驟(2)中的金屬硅、金屬鎂、重熔鋁錠和HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑放入溫度220°C的恒溫預(yù)熱干燥爐中干燥4h ；
[0052](4)將步驟(3)中完全干燥的金屬硅放入蓄熱熔化爐的爐體底部，上面將步驟(3)中完全干燥重熔招錠碼放整齊；[0053](5)蓄熱熔化爐點(diǎn)火升溫，點(diǎn)火4.5h，爐內(nèi)溫度大約700°C，爐內(nèi)的重熔鋁錠和工業(yè)硅全部熔化，加入步驟(1)中稱取的細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液。充分?jǐn)嚢?min，繼續(xù)升溫至鋁合金熔體的溫度在800°C ；
[0054](6)關(guān)掉熔化爐的燃?xì)忾_關(guān)，將經(jīng)步驟(3)干燥處理的金屬鎂壓入鋁合金熔體內(nèi)部4min至金屬鎂全部熔化,迅速攪拌5min ；
[0055](7)取樣檢測，合金成分為:S1:5.1%,Mg:0.2%、Ti:0.129%、Sb:0.128% ；
[0056](8)測量鋁合金熔體溫度，在鋁合金熔體溫度740°C時將步驟(3)中完全干燥的HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑的50% (14.7kg)撒入鋁合金熔體內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁粚⑹Ｓ嗟?0% (14.7kg)HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑放入自動噴粉機(jī)中，以惰性氣體氬氣為載體將HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑均勻的噴入鋁合金熔體內(nèi)進(jìn)行精煉。氬氣噴入的時間控制在12min，進(jìn)行打渣，打渣后靜置；
[0057](9)在鋁合金熔液溫度降至705°C時出爐。
[0058]通過檢驗(yàn)，本實(shí)施例制備的新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料熱處理狀態(tài)抗拉強(qiáng)度為415Mpa，屈服強(qiáng)度165Mpa，延伸率為20.1%。
[0059]實(shí)施例4
[0060]本實(shí)施例與實(shí)施例3不同的是:
[0061]步驟(1)中，以質(zhì) 量百分比計，按S1:5.5~6.5%、Mg:0.3~0.6%、細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液(來源:實(shí)施例1):3.3~4.4%，分別稱取金屬硅1200kg、金屬鎂90kg、細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液760kg、重熔鋁錠17400kg ;步驟(7)中取樣檢測合金成分為:S1:6.2%、Mg:0.43%、Ti:
0.176%、Sb:0.176% ；
[0062]其它與實(shí)施例3相同。
[0063]通過檢驗(yàn)，本實(shí)施例制備的新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料熱處理狀態(tài)抗拉強(qiáng)度為430Mpa，屈服強(qiáng)度170Mpa，延伸率為21.3%。
[0064]實(shí)施例5
[0065]本實(shí)施例與實(shí)施例3不同的是:
[0066]步驟(1)中，以質(zhì)量百分比計，按S1:6.5~7.5%、Mg:0.6~1.0%、細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液(來源:實(shí)施例2):3.0~3.6%，分別稱取金屬硅1400kg、金屬鎂160kg、母鋁合金液680kg、重熔鋁錠17760kg ;步驟(7)中取樣檢測合金成分為:S1:7.0%、Mg:0.79%、Ti:
0.188%、Sb:0.187% ；
[0067]其它與實(shí)施例3相同。
[0068]通過檢驗(yàn)，本實(shí)施例制備的新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料熱處理狀態(tài)抗拉強(qiáng)度為438Mpa，屈服強(qiáng)度170Mpa，延伸率為21.9%。
[0069]實(shí)施例6:
[0070]本實(shí)施例與實(shí)施例3不同的是:
[0071]步驟(1)中，以質(zhì)量百分比計，按S1:6.5~7.5%、Mg:0.6~1.0%、細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液(來源:實(shí)施例2):2.5~3.0%，分別稱取金屬硅1440kg、金屬鎂170kg、細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液560kg、重熔鋁錠17880kg ;步驟(7)中取樣檢測合金成分為:S1:7.2%,Mg:0.84%、Ti:0.154%、Sb:0.154% ；
[0072]其它與實(shí)施例3相同。[0073]通過檢驗(yàn)，本實(shí)施例制備的新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料熱處理狀態(tài)抗拉強(qiáng)度為423Mpa，屈服強(qiáng)度170Mpa，延伸率為21.1%。
[0074]表1對實(shí)施例3~6的力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行了總結(jié)。
[0075]表1
【權(quán)利要求】
1.一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料，其特征在于:以質(zhì)量百分比計，含有Ti:0.1 ~0.2%, Sb:0.1 ~0.2%。
2.一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料，其特征在于:以質(zhì)量百分比計，含有Si:4.5 ~7.5%, Mg:0.1 ~1.0%, Ti:0.1 ~0.2%, Sb:0.1 ~0.2%。
3.一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料，其特征在于:以質(zhì)量百分比計，含有Si:4.5 ~7.5%,Mg:0.1 ~1.0%，T1:0.1 ~0.2%, Sb:0.1 ~0.2%,Fe..≤ 0.20%, Sr..≤ 0.003%,余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
4.一種新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (A)細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液的制備方法 (1)按細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液中元素質(zhì)量百分比為Ti:4~6%、Sb:4~6%、A1:88~92%計，分別稱取鈦劑、金屬銻和重熔鋁錠； (2)按步驟(I)中總投料重量的0.1~0.2%稱取精煉清渣劑； (3)將步驟(1)、步驟(2)中所有原料放入恒溫預(yù)熱干燥爐中于200-250°C條件下干燥3 ~4h ; (4)將自恒溫預(yù)熱干燥爐中干燥后取出的重熔鋁錠放入熔化爐內(nèi)，點(diǎn)火2h~3h后，爐溫600~700°C，重熔鋁錠全部熔化；繼續(xù)升溫至900~1000°C，加入步驟(3)中完全干燥后的金屬銻、鈦劑并在900~1000°C的條件下保溫1.5~2h至金屬銻和鈦劑完全熔化； (5)關(guān)掉熔化爐的燃?xì)忾_關(guān)，充分?jǐn)嚢?~8min，當(dāng)熔體溫度達(dá)到750~800°C時保溫20~25min促進(jìn)熔體的合金化； (6)將步驟(3)中完全干燥后的精煉清渣劑的50%撒入步驟(5)的熔體內(nèi)，并充分?jǐn)嚢瑁?dāng)熔體溫度達(dá)到710~750°C時，將剩余50%的精煉清渣劑放入自動噴粉機(jī)中，以惰性氣體為載體在5~Smin內(nèi)將精煉清渣劑均勻的噴入熔體內(nèi)進(jìn)行精煉，即得所述的細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液，取樣測定其成分； (7)將步驟(6)中精煉好的細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液轉(zhuǎn)入保溫爐，并在700~730°C下保溫備用。 (B)新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料的制備方法 1)以質(zhì)量百分比計，按Si:4.5~7.5%, Mg:0.10~0.35%、Al:87.2~93.7%、細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液:1.7~5.0%，分別稱取金屬硅、金屬鎂、重熔鋁錠及步驟(A)制得的細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液； 2)按步驟I)總投料重量的0.1~0.2%稱取精煉清渣劑； 3)將步驟I)、步驟2)中的金屬硅、金屬鎂、重熔鋁錠和精煉清渣劑放入溫度為200-250°C的恒溫預(yù)熱干燥爐中干燥3~4h ; 4)將步驟3)中完全干燥的金屬硅放入蓄熱熔化爐的爐體底部，其上碼放步驟3)中完全干燥后的重熔招錠； 5)蓄熱熔化爐點(diǎn)火升溫，點(diǎn)火4h~5h后，爐溫600~700°C，爐內(nèi)的重熔鋁錠和金屬硅全部熔化，加入細(xì)化變質(zhì)母鋁合金液，充分?jǐn)嚢?~8min，繼續(xù)升溫至770~800°C ； 6)關(guān)掉蓄熱熔化爐的燃?xì)忾_關(guān)，將經(jīng)步驟3)干燥后的金屬鎂壓入鋁合金熔體內(nèi)部3~5min至金屬鎂全部熔化,迅速攪拌4~5min ;取樣檢測招合金熔體的成分；7)當(dāng)鋁合金熔體溫度在730~750°C范圍內(nèi)時將步驟3)中完全干燥的精煉清渣劑的50%撒入鋁合金熔體內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，將剩余?0%精煉清渣劑放入自動噴粉機(jī)中，以惰性氣體為載體在10~15min內(nèi)將精煉清渣劑均勻噴入鋁合金熔體內(nèi)進(jìn)行精煉和打渣，打渣后靜置； 8)在鋁合金熔體的溫度降至690~710°C時出爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料的制備方法，其特征在于:所述精煉清渣劑為上海虹光金屬熔劑廠生產(chǎn)的HGJB-2鋁合金精煉變質(zhì)一次處理劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料的制備方法，其特征在于:所述鈦劑的含鈦量為75%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型長效細(xì)化變質(zhì)亞共晶鋁合金材料的制備方法，其特征在于:所述惰性氣體為氬 氣。
【文檔編號】C22C1/03GK103695734SQ201310662668
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】王如芬, 黃海軍, 李志琴, 郭強(qiáng), 馮保元, 馮嘯 申請人:天津立中合金集團(tuán)有限公司