一种新型铝合金固态成型方法与流程

本发明涉及金属加工成型方法，具体涉及一种以铝合金碎屑或细粒为原料，通过挤压锻直接固结成型为零部件的方法。

背景技术：

金属材料的传统成型工艺主要包括液态成型和固态成型。液态成型把金属或合金液体浇到一个模腔里，然后液态金属或合金凝固，获得具有一定形状的金属或合金零部件。由于凝固收缩和偏析等原因，金属液态成型所获得的铸件经常含有气孔，缩孔和成分宏观偏析等铸造缺陷，材料利用率也比较低。金属铸件的显微组织一般都比较粗大，故材料力学性能一般都劣于相对的铸锭冶金材料性能。固态成型是把金属或合金的快体加热，然后通过挤压或锻造制备具有一定形状的型材和零部件。由于块体金属需要由外加压力产生的内应力驱动材料的流动填充模腔，传统金属挤压或锻造不容易直接生成复杂形状的零部件。

另一方面，铝合金具有强度高、轻质、易加工、优良的抗腐蚀性、良好的涂装性能以及比较容易进行表面防护处理等特性，是继钢铁之后使用量最大的金属材料，广泛应用于航空，汽车制造等行业。在铝合金从原材料变成零部件的过程中，有相当一部分被车削下来成为碎屑。工业界现在的普遍做法是把铝合金碎屑作为炉料加入到原材料金属中进行重熔生成铝合金液体，然后通过以上所述的液态成型工艺铸造成零部件毛坯，或铸造成铸锭，再经过轧制，挤压或锻造生成板材，型材或零部件毛坯。这种方法虽然很好地再利用了铝合金碎屑的金属材料特性，但是熔化破坏了材料原有的良好的显微组织，同时因为熔化需要消耗能量和碎屑表面在加热和熔化过程中氧化而造成能源和金属的浪费。碎屑氧化所生成的金属氧化物很可能成为型材或零部件毛坯内的夹杂，对它们的材料性能有很大的负面影响。

如果能以铝合金碎屑或细粒为原料，直接通过一种新型的固结成型工艺，不通过熔化和凝固就能把铝合金碎屑转化成具有要求形状的零部件毛坯，那将达到节能，短流程和环保的效果，可以实现非常好的经济和社会效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种把回收铝合金碎屑或细粒直接固结成型为零部件毛坯的低能耗低材料损失的工艺方法。零部件毛坯件的铝合金的抗拉强度为130-180mpa，屈服强度为50-100mpa，延伸率为10%-25%。零部件毛坯件经过标准t6热处理后可以使铝合金达到具有相同成分相对应的原生铸造铝合金或铸锭冶金铝合金的力学性能水平或更优。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型铝合金固态成型方法，包括以下步骤：

1）将铝合金碎屑放入破碎机内破碎，使得碎屑进一步细小化成为细屑或者细粒状；

2）将铝合金碎屑或细粒放入钢制模具内，将装填好细屑或细粒的模具放于压机之上，利用压机的压力将铝合金细屑压制成圆柱形的预压块；

3）将预压块放置于感应线圈内感应加热并保温；

4）将保温后的预压块放置于挤压锻模具中，利用压力进行热挤压锻成型，得到所需的形状。

作为上述技术方案的优选，步骤1）中，细屑长度为0.5-30mm，宽度为0.5-10mm，厚度为0.01-5mm；细粒直径为0.5-10mm。

作为上述技术方案的优选，步骤2）中，压机的压强为100-2000mpa，保压时间1-15min。

作为上述技术方案的优选，所述步骤2）中，当压机腔内的温度高于100℃时，压机腔内充入氩气进行保护，压机腔内氧含量控制在200ppm以下。

作为上述技术方案的优选，所述步骤3）中，感应加热的时间1-10min，感应加热的温度为200-600℃，感应加热在氩气的氛围下进行操作，氧含量控制在200ppm以下。

作为上述技术方案的优选，所述步骤3）中，保温时间为2-15min。

作为上述技术方案的优选，所述步骤4）中，挤压锻模具先进行预热，预热温度为100-500℃，热挤压锻压强100-1000mpa。

作为上述技术方案的优选，所述挤压锻模具从上往下依次包括有挤压模具和锻造模具，预压块先在挤压模具中挤压，再在锻造模具中成型，挤压模具包括有挤压桶，挤压桶的底部设有挤压嘴，锻造模具通过连接通道连通挤压嘴，锻造模具安装在固定件上。

作为上述技术方案的优选，所述挤压模具中，分挤压比在5:1-100:1之间。

作为上述技术方案的优选，所述步骤4）中，热挤压锻过程在氩气的氛围下进行操作，氧含量需控制在200ppm以下。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的制备工艺不经过熔化和铸造就能够把铝合金碎屑或细粒直接固结固态成型为零部件毛坯产品。

（2）本发明的制备工艺短流程，成本低廉，材料利用率高，节能环保。

附图说明

图1是挤压锻模具的结构示意图；

图2是实施例1中成型后零部件毛坯的材料显微组织形貌图；

图3是实施例1中成型后零部件毛坯的室温拉伸工程应力-应变曲线；

图4是实施例1中成型后零部件毛坯经t6热处理后的室温拉伸工程应力-应变曲线。

其中：1、挤压桶；2、挤压嘴；3、连接通道；4、充模锻造模具；5、固定件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

固态再生直接成型a356铝合金

将a356铝合金碎屑取适量放入破碎机进行破碎，破碎时间5min，破碎后得到的细屑或细粒，a356铝合金大多数为球状或等轴状，少数为薄片层结构，平均粒度小于5mm。将适量破碎后的a356铝合金细屑放入钢制模具中，在200℃温度下进行温压处理，并保压10min。作用在预压块上的压强为500mpa，从而得到致密度为94%的预压块。将制备好的预压块放入感应线圈进行加热，加热温度500℃，预压块到达500℃后保温5min。与此同时，挤压锻模具也加热到450℃。所有操作过程均在氩气的氛围下进行操作，氩气气氛的氧含量需控制在200ppm以下。将保温后的预压块放入挤压锻模具进行热挤压锻，挤压比为9:1，压强600mpa，制备出直接成型的a356铝合金模型件。

对模型件中的材料显微组织进行扫描电镜观察显示，a356铝合金显微组织中的共晶硅颗粒经过挤压锻的大变形，造成了破碎和细化，并且沿材料流动方向均匀分布，平均尺寸小于10微米，如图2所示。

室温拉伸试验结果显示，热挤压锻成型后a356铝合金毛坯件样品屈服强度为65mpa，抗拉强度为144mpa，延伸率为21.2%，如图3所示。再经过t6热处理（热处理条件：540℃固溶处理4h，水淬，170℃时效处理8h）后a356铝合金样品的屈服强度为230mpa,抗拉强度为291mpa，延伸率为11.9%，如图4所示。

值得一提的是，本发明专利申请涉及的破碎机、压机、感应线圈等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化，因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。