一种替代qt500大直径传动轮盘的铝合金材料及其离心铸造成型方法
【专利摘要】本发明公开一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：锰Mn:≤2%，镉Cd:0.05%～0.5%，铜Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%，镁Mg：0.5～1%；路易斯酸碱对总量1%×10?4～2.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。
【专利说明】
一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料及其离心铸造 成型方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 球墨铸铁(简称球铁)被广泛用于制造传动箱体、栗壳、缸体、活塞、轮毂、传动件、 转向件等强度高耐磨性好的零件;球铁之所以用途广泛，还在于它有着细分的标准牌号，每 种牌号规定了较为严格精确的化学成分组合、热处理规范参数、力学性能和物理指标等，从 而对应着细分应用品类。见表1。
[0003] 表1 GB/T 1348确定的球墨铸铁牌号对应的力学性能及组织
球铁的机械性能指标及其分类，可作为错合金材料创新设计、提高性能的对标基础，同 时可以作为"以铝代钢"的比较通道，即：如果铝合金可以替代某牌号球铁，则进一步替代与 此牌号性能接近的钢材，就足以在产业界引领一种潮流或时尚。实现以轻强结构替代重强 结构。
[0004] 从自然特性和经验积累的角度来看，铝合金较球铁具有多种优点： ①铝材料具有极好的低温性能，在低温环境作为结构材料具有独特优势，而球铁则随 温度降低逐渐发生由韧性向脆性的转变，尤其在脆性转变温度以下，其耐冲击急剧下降，甚 至发生"低温脆断"。
[0005]②铝合金比强度高，具有良好的断裂韧性（衡量金属材料对裂纹突然扩张的抗 力），而球铁对应力集中敏感性强，会造成突然断裂。
[0006] ③由于铝及铝合金是非磁性材料故抗电磁干扰性能好，而球铁在生物生存的温度 范围内都是良好的磁性材料，容易受电磁干扰。
[0007] ④铝合金本身的抗腐蚀性远远高于钢铁且更适宜于进行高技术表面防腐和装饰 一体化处理。
[0008] ⑤铝合金对水的润湿性远远低于钢铁，因而低温雨雪天气铝表面不会象钢铁表面 那样容易发生冻雨冰附增重现象。
[0009] ⑥铝材料合金化和热处理工艺较球铁和钢材简单，铝的合金化温度一般低于750 °C，热处理温度在150~600°C之间，而球铁合金化温度超过1400°C，热处理温度则在500~ l〇〇〇°C，消耗和排放是铝材料几倍乃至十多倍。
[0010] ⑦从加工工艺来比较，铝材料可以很容易地获得复杂形状或断面的零件，而用球 铁加工这种复杂的零件需要更多的工序和装备会消耗比铝材料更高的功率。
[0011]⑧铝合金比球铁惯性小，在启停频繁的装备上更具优势。
[0012]前述这些钢材欠缺而铝材料独具的优异品质，为"以铝代钢"的显著进步性提供了 人类社会文明进步追求的现实基础。
[0013]在"以铝代钢"的技术升级中，为了充分发挥铝合金以"轻"为代表的优越特性，必 须使其在"强"的方面有长足发展，才能大大拓展其使用领域。这就要求必须在铝合金新材 料设计上首先取得突破。
[0014] 从材料制备的方法审视，材料特性由功能性微观物相组合得到，需要获得良好的 功能性物相组合，例如高强度、高塑性、高硬度、耐腐蚀等，是各种制备方法追求的最终结 果，因此铝合金的化学成分设计与其制备技术存在紧密的内在统一性，是一种原子如何结 合成所需的"物相分子"的关系。铝合金各配方元素通过熔炼混合是形成材料物相分子组合 结构的主要决定性环节，凝固过程后晶粒和晶界的金属间化合物分子物相决定了合金的晶 态组合(亚微米级颗粒:尺度10~300μπι左右），后续热处理对晶态组合框架下微细结构（微 米级颗粒:尺度1~30μηι左右)乃至更加微观的精微结构（亚纳米级或次微米级质点：尺度 10nm~<1μπι)进行调整和完善。
[0015] 在工程应用上，铝合金晶粒大小和形状及晶界上金属化合物的大小形状，对合金 的力学性能有着决定性的影响。粗大的平面晶、树枝晶、柱状晶等不规则晶体和分布在晶界 的粗大的脆硬性金属间化合物，能够把合金好的微细结构和精微结构对基体的强韧性贡献 全部抵消掉，目前常规变质手段和细化晶粒的手段，最好的效果只能使平均晶粒度细化到 120~150微米，而枝晶的形态往往没有根本的转变，这是合金力学性能进一步提高的重要 瓶颈问题。为使铝合金获得强度和韧性同时提高，只有进行晶粒的细化和圆整化，因此如何 进一步细化和圆整合金的平均晶粒度，是产业界始终追求的目标。
[0016] 通过对铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金最高达0.08nm的极高分辨率的球差校正扫描透 射电子显微镜(STEM)精微选区分析，获得了建立在原子尺度上的各种物相结构、原子分辨 和化学元素分布。证实其中存在一系列强化相，包括众所周知的Al-Cu二元亚稳相(GP区、 θ"、θ〇、新的盘片相和平衡相0(A12Cu);其中在基体晶粒内部，新发现一种棒叉状(Τ+ΘΗ)组 合相，该组合相的主干部分T相是Al-Cu-Mn三元相，分子结构式Al2〇Cu2Mn3，分子物相特征是 直径约lOOnm、长度约600~lOOOnm呈棒轴状且其(010)面与铝合金基体的{010}面共格;而T 相周围附着生长了尺寸较大(厚度约20nm、长约50nm)的Al-Cu二元次生相，由于该次生相与 基体中其它Al-Cu亚稳相(GP区、θ"、θ'或者其它盘片相）比较，在结构上有很大差别，特别是 厚度比其它Al-Cu亚稳相厚得多，因此本发明称之为ΘΗ相，其分子结构式AlxCu(x可能小于 2)，是一种富Cu分子。
[0017] 根据合金强化理论，合金的强度体现于界面或位错滑移受到质点的阻碍，阻碍越 强强度越大，绕过质点留下位错环而继续滑移的阻碍最强。对于铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金， GP区的Al-Cu二元相是合金主要强化因素，随着θ"、θ'或者其它盘片状的二元Al-Cu亚稳相 长大，当盘片大到一定程度(直径超过150nm而厚度只有1~3nm)，发挥最大阻碍位错滑移能 力，对基体的延伸率保持较大的贡献。
[0018] 如前所述，传统用球铁(QT500)制作的大直径传动轮盘，在实际制造、使用过程中 存在以下缺陷： ①因球铁延伸率较低，对应力集中的敏感性明显增加，表现为屈服以后变形 量较小易断裂，造成事故。
[0019] ②球铁热处理工艺过程复杂、装备技术要求高，而且消耗和排放也很大。
[0020] ③沿着零部件应用的整个寿命周期，球铁因其惯性大、笨重、易腐蚀、易脆断等缺 陷，其物耗、能耗和维护成本很高于，其循环利用的价值较低。
[0021] 铝合金大直径传动轮盘在国内未见相关研究，因为普通铝合金基础材料的局限 性，其力学性能较低，尤其是高温耐热性能，承受的温度小于300°C，严重影响寿命，甚至增 加了安全风险。
【发明内容】
[0022]本发明要解决的技术问题是：提供一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料 及其制备方法，其中添加路易斯酸碱对，有效催生临界晶核(得到等轴晶），使合金在凝固之 前获得最佳的分子物相组合结构（（Τ+ΘΗ)组合相），促使合金晶态优化，使铝合金基材实现 500MPa及更高的强度等级，从而达到生产替代QT500大直径传动轮盘的铝合金制品。
[0023]本发明的技术方案是:一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料，主成分含量 按重量百分比计:锰Μη:彡2%，镉Cd: 0 · 05%~0 · 5%，铜Cu: 4 · 2%~8 · 0%且Cu彡0 · 8Mn+4 · 05%，镁 Mg: 0.5~1%;路易斯酸碱对总量1%X 10_4~2.0%，使合金平均晶粒度< 120微米，余量为铝 Al〇
[0024] 所述的合金晶粒为等轴晶。
[0025] 所述的合金晶粒内亚纳米(Τ+ΘΗ)组合相数量达到彡1个/平方微米。
[0026]所述路易斯酸碱对为金属氰合物、氢合物、过渡族类元素中的一种或一种以上混 合。
[0027] 所述的金属氰合物:包括四氰合镉负离子体[Cd(CN)4]2'
[0028] 所述的氢合物，包括氢化锂LiH。
[0029] 所述路易斯酸碱对，按元素添加量占 A1基体重量百分比，范围为：0.4%<Si< 1 · 2%，Ti <0 · 1%，LiH<0 · 5%，[Cd(CN)4]2-<0 · 05%。
[0030] 一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料的制备方法，包含以下步骤： (1) 在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要 配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量； (2) 往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在700 °C以上保温； (3) 加入锰Μη、镉Cd、铜Cu，镁Mg搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易 斯酸碱对组合，搅拌均匀； (4) 然后对上述合金熔体进行炉内精炼； (5) 精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的 偏差范围内；调温至650 °C以上，合金液出炉，在线除气、除渣； (6) 铸造:采用离心铸造。
[0031] 所述离心铸造，步骤如下： (1) 熔体从保温炉转入浇包； (2) 将铸型预热到430-450°C ; (3) 开启驱动电机，铸型旋转； (4) 调整铸型转速在500~800r/min，倾转浇包使熔体沿着浇注槽流入浇注系统，通过 浇注系统流入铸型，在铸型旋转离心力作用下充满铸型型腔； (5) 熔体完全凝固后，停止旋转，开模取件。
[0032] (6)开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边； (7) 外观质量检测：毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的 浇冒口应清理到铸件表面齐平； (8) 内部质量检测； (9) 固溶处理:将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行550°C以下 固溶处理，保温完成后立刻入水淬火； (10) 时效强化:将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，在230°C以下时 效强化，保温后出炉自然冷却； (11) 取样分析测试验证； (12) 实用性能验证。
[0033]本发明的有益效果:通过运用路易斯酸碱理论，使路易斯酸碱对在铝合金熔体环 境发生解体和转化，以提供熔体超精细微区内（〇. lnm~10nm尺度范围）的充分扰动和激活 效应，达到催生临界晶核大量形成，使合金晶粒度得到进一步细化，形状更加圆整；同时优 化微细区域(微米级:尺度1~30μηι左右)和精微区域(亚纳米级或次微米级质点：尺度10nm ~<1μπι)的物相分子组合结构，增加(Τ+ΘΗ)组合相在合金基体中的含量，使铝合金基体强 度获得大的提升，在屈服强度在400~600MPa之间得到良好控制，这是本发明要解决的工程 应用问题，即替代系列球铁材料和制品。
[0034]正离子体和负离子体作为路易斯"酸碱对"，在铝合金熔体的高温环境中发生分 解，生成路易斯酸和路易斯碱，①高温下分解释放的气态物质形成的初始气泡只有一个分 子大小(小于lnm，即次纳米级），比表面积最大，具有极强的活性和纳米范围的扰动能力，造 成熔体超精微区内原子能量起伏、结构起伏和浓度起伏，促使邻近的更多原子跨越结晶势 皇，形成大量临界晶核，优于普通变质剂如铝钛硼的作用；同时正、负离子体在次纳米范围 的超精微区内扰动和激活效应，是常规外加净化气泡(直径大于〇.5mm)无法实现的;②分解 释放的金属原子或正离子具有比配体更小的体积和更大的比表面积，其对周围原子的扰动 和激活效应更强，造成的超精微区状态起伏更加显著，对金属间化合物生成反应催化和合 金基体组织晶粒细化作用也更强;③酸碱对在高温熔体中的分裂和重构增强了质点在微区 的扩散速度，而有效地抑制了因添加剂造成的合金成分偏析以及大颗粒质点的聚集和长 大，可防止钛Ti和稀土相的粗化;④配体气泡发生次生反应后，经过一系列变化净化气体排 出熔体或进入熔渣，其净化作用比常规的气体净化方式效果更好。通过这种机理，使基体结 晶状态普遍成为等轴晶，晶粒度平均小于120μπι，进一步的优化效果可达到晶粒度平均在50 ~100μπ?ο
[0035] 在合金熔体中，不同金属原子或离子的接近，它们之间也会产生能级分裂发生热 化学反应（不发生电子转移）而形成金属间化合物的模式，根据电负性大小，Al xCu和 Al2〇Cu2Mn3都可以看成路易斯"酸碱对"。当加入熔体中的外来路易斯酸碱对分解时，与基体 存在界面能差的金属间化合物前驱体显然也受到扰动和激活而发生结构起伏，产生更多的 临界晶核，使(Τ+ΘΗ)组合相在合金中的浓度和平均分布密度，使之达到1个/[μπι] 2以上，这 就是路易斯酸碱对在纳米尺度的扰动和激活效应能够增加亚纳米级质点（Τ+ΘΗ)组合相和 纳米级质点GP区、θ"、Θ '系列强化相的机理。
[0036] 铝合金熔体整体作为一个高温富电子体系，对于电负性高于它的金属元素，是给 电子体，而对于电负性低于它的活泼金属元素，又是电子受体，可见铝合金熔体也具有路易 斯酸碱的一般共性，它本身与添加到它之中的元素，也会形成广义的"路易斯酸碱对"，因 此，可以把调整熔体化学活性的各种元素，统一视为铝合金的"路易斯酸"或"路易斯碱"，当 使用本发明给出的过渡族类元素如Fe、内过渡类元素如Ce时，为了简化描述，同时也为了突 出对铝合金熔体的优化作用，把单个元素也简称为"路易斯酸碱对"。
[0037] 对铝合金熔体来说，金属的氢和物如氢化锂LiH，其原子间以共价键结合，有路易 斯酸碱对的特征，这些在标准状态下十分稳定且耐热性特别好的物质，当以纳米态粉末分 散地吹送入熔体之后，由于高温、富电子和非常大的比表面积，产生的界面能足以引起物质 分子发生极化变形乃至歧化分解，也会在纳米范围引起扰动和激活效应，也可以归于"路易 斯酸碱对"。
[0038] 综上，本发明所述路易斯酸碱对，可以表现为多种形态，包括金属与配体结合而成 的正负离子体、金属氰合物、氢合物、过渡族类元素、内过渡类元素中的一种或多种混合。
[0039] 另外，由于路易斯酸碱对能够提供给合金熔体更大的异类物质浓度，因此增大了 熔体结晶过程的成分过冷度，导致晶核在更强结晶动力下快速越过临界尺寸，而在过冷的 液体中自由成核和生长，形成具有各向同性和形状更接近于球形的等轴晶粒；由于等轴晶 的这种缘于液体内部自由生长的内生机制，改变了平面晶、树枝晶、柱状晶等不规则晶体缘 于铸造型腔的型壁生核、自外向液体内部单向延伸的生长方式，因此避免或减轻了合金的 成分偏析、结晶粗大单向、宏观性能不均匀的缺陷，从而有效避免或减轻了合金的一些常见 缺陷，如针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、裂纹等。
[0040] 本发明基于对合金微观结构极高分辨率的衬度图像和精微选区结构分析，发现了 晶内存在着次微米级的(Τ+ΘΗ)棒叉状组合相的超精细结构。与Al-Cu各二元相比较，（Τ+ΘΗ) 组合相有许多优点，包括:质点粒度大，抗位错滑移面大;主干部分T是高硬高稳定化合物聚 合而成的棒状孪晶，能够以位错绕过方式为合金提供强度支撑;其次生ΘΗ附着相在主干上 斜向或垂直于T棒轴方向而向周围基体生长同时又与基体共格，增强了主干对周围晶格点 阵的收紧能力，或者换句话说，T棒轴通过附着其上向周围生长的ΘΗ次生相，把收紧作用向 周围的基体空间传递和扩散，这种作用在次微米区域内对基体产生了类似建筑结构中钢筋 网格在混凝土中的强化作用(可称为"类砼强化结构"），使基体强度大大提高。这种作用，如 果从单体比较，是基体中薄片状Al-Cu亚稳相(GP区、θ"、θ'或者其它盘片相)或者其组合都 远不能相比的；但是，在常见的铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金中，由于各二元Al-Cu亚稳相在基 体内部的分布密度远远高于(Τ+ΘΗ)组合相的分布密度，致使(Τ+ΘΗ)组合相的作用被掩盖而 一直没有被发现。
[0041] (Τ+ΘΗ)组合相优化了铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的物相分子组合结构，为基体提 供了高硬质点T相的绕过强化效应和高于游离态Al-Cu亚稳相组合的切过强化效应两种作 用;所以必须把材料设计关注的重点从传统单纯对Al-Cu亚稳相组合转移出来，而集中在对 (Τ+ΘΗ)组合相的催生效果上。
[0042] 本发明配方设计作为主要技术手段之一，是使合金的晶态组合实现平均晶粒度< 120微米的等轴晶前提下，还可实现合金晶粒内部（Τ+ΘΗ)组合相数量在1个/[μπι] 2以上。因 此主成分设计为按重量百分比：锰Μη:彡2%，镉Cd: 0.05%~0.5%，铜Cu: 4.2%~8.0%且Cu彡 0.8Mn+4.05%，镁MgO. 5~1%;路易斯酸碱对总量1%X 10-4~2.0%，使合金平均晶粒度< 120微 米，余量为铝A1，增加镁可使θ"、θ'相扩散弥散均匀，提高沉淀强化的效果，提高基体的韧性 和耐腐蚀性，尤其降低大直径传动轮盘应力腐蚀开裂增强高速旋转的安全可靠性能。
[0043]通过DSC差示扫描量热分析法得到的结果可知，铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的化学 热效应发生的温度范围高低限之差有l〇〇°C，在Al-Cu二元各相中，平衡态的A12CU(0)相共 晶的熔点最高为548°C，在DSC曲线上处于开始发生热效应的温度位置，当温度在648.5°C时 热效应最大，温度更高之后就没有了化学热效应。这种情况的合理推断是与基体共格的(T+ ΘΗ)组合相发生熔化(基体同时熔化)而造成的吸热现象。
[0044] (Τ+ΘΗ)组合相的主干T相大大提高了合金的耐热性和热强度;而(Τ+ΘΗ)组合相数 量和分布密度的提高，则同时提升了合金的强度、硬度和延伸率。
[0045] 根据金属凝固理论，从宏观角度看，临界晶核的大量形成需要给熔体中处于游离 态的原子向晶格点阵有序态的"跳跃"降低势能门槛，而这种低门槛来自于两个条件:一是 降低液态金属的表面张力使原始晶核容易扩散和容易吸收周围游离态的原子，一种形式就 是创造尽可能多的稳态异质结晶核心。
[0046] 根据路易斯酸碱理论，铝熔体是一个富电子高温体系，即属于强的路易斯碱，当过 量的铜锰加入以后，由于铜锰的电负性较强，吸聚了较多的电子云，使形成的合金熔体的碱 性降低，表面张力增加，不利于临界晶核的产生;加入富电子物质后，平衡了铜锰的酸性效 应，原始晶核面临的界面张力降低，因而促进了（Τ+ΘΗ)组合相的主干T相的原始晶核成长为 临界晶核，从而决定了（Τ+ΘΗ)组合相在合金中数量和分布密度显著提高。
【具体实施方式】
[0047] 本发明【具体实施方式】包括2个部分，第一部分为提示和说明，第二部分为具体实施 例。
[0048]第一部分:提示和说明 合金恪体准备的步骤： (1)在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要 配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量，编制合金生产配料表，并按配料表选足各 种备料。
[0049] (2)往熔炼炉中加入适量的铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700 °C以上保 温;为防止熔体吸入过多的空气，熔化过程应尽可能在短时间内和封闭环境内完成。
[0050] (3)按配方比例加入锰Μη、镉Cd、铜Cu、镁Mg，搅拌均匀后，加入选定的路易斯酸碱 对，或者加入选定的路易斯酸碱对组合，搅拌均匀。
[0051] 所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体块状，可直接加入熔体或者以按压辅助方 式加入熔体； 所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体丝线状，可以在线自动送丝方式，在铸造时连 续加入，或者切成合适小段，在每次铸造前加入浇包或舀瓢； 所述路易斯酸碱对，活泼金属元素选择以保护形态加入熔体，高熔点难溶金属元素选 择配合物形态，易溶重金属选择单质状态。
[0052] 所述路易斯酸碱对或者组合，化合物或配合物选择预先制成固体粉末形态。
[0053] 所述路易斯酸碱对或者组合，选择于合金主元素熔炼完成后加入熔体，或者在熔 体精炼时加入恪体，或者在精炼净化后加入恪体，或者在铸造成形之前再加入恪体。
[0054] (4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼，所述精炼选择在封闭环境中操作，所述封 闭环境选择以抽风方式连续排除精炼产生的废气。
[0055] (5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规 定的偏差范围内； 所述调整化学成分选择以加入路易斯酸碱对或者组合的方式进行调整； 调温至650°C以上，合金液出炉，在线除气、除渣； 所述除气可以选择石墨管空心转子搅动吹入净化气体； 所述净化气体可以选择氮气、氩气、氯气或者它们的混合物； 所述除渣可以选择表面除去浮渣或者选择过滤法除去熔体内粗大质点或者熔体底部 的沉渣； 所述过滤法可以选择陶瓷过滤板或者玻璃纤维或者滤布作为过滤介质； 所述过滤可以进行单级过滤或者双级过滤或者多级过滤； 所述粗大质点可以是颗粒度不小于10微米的质点。
[0056] (6)铸造。铸造是指合金液注入型腔内凝固结晶； 所述型腔可以是铸造固定形状和结构铸件的金属模型腔、砂模型腔或者砂芯+金属模 型腔； 所述注入选择离心铸造浇注;铸型转速在500~800r/min，倾转浇包使熔体沿着浇注槽 流入浇注系统，通过浇注系统流入铸型，在铸型旋转离心力作用下充满铸型型腔。熔体完全 凝固后，停止旋转，开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边 铸件可以肉眼或用低倍放大镜或其它试验方法检验外观质量，所述铸件外观质量是指 包括表面粗糙度、表面缺陷或尺寸精度； 在铸件的非加工面上，允许铸件有分型、顶杆及排气塞等痕迹，允许有精加工可切除的 缺陷，但不允许有焊接、粘胶等修补痕迹，待加工面的浇冒口残留量不得大于2mm; 毛坯铸件上所有铸造的标识必须清晰可辨识； 对符合表面粗糙度要求的毛坯进行封样，待验收件与封样件对比验收； (7)内部质量检测。剖面着色探伤检测或者整体荧光或X光检测； 所述剖面着色探伤检测，可每炉批的铸件随机抽查一件或数件进行解剖，检查铸件主 要热节部位或壁厚较大部位的内部质量； 所述剖面，可锯开最易产生气孔、砂眼的铸造部位如壳体安装脚、阀体安装孔、侧盖安 装孔或主缸尾部等的厚大部位，用着色剂检测，目测是否有气孔、砂眼等缺陷； 所述整体荧光检测是将铸件浸泡荧光液后经照射观察表面及一定深度有无微细裂纹、 针孔、微孔等缺陷； 所述X光检测是铸件经X光透射以检测其内部冶金质量，观察有无针孔、气孔、缩孔、疏 松、缩松、偏析、粗大相颗粒、夹杂、夹渣、冷隔、冷豆或裂纹。
[0057] (8)固溶处理。将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560Γ 以下的固溶处理，保温后立刻淬火，水冷或油冷； (9)时效强化。将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，时效强化工艺 150~240°C，保温后，出炉自然冷却;铸件表面可进行抛丸清理。
[0058] (10)取样分析测试验证。从经过热处理以后的铸件上切取试棒，取样部位选在毛 坯本体有加工余量的适当位置、铸件本体受载荷均匀或集中的部位，每个取样部位应切取 三根试棒； 可对样品进行力学性能测试分析、金相分析、二次密度法固溶及时效程度检测或深层 次的微观结构分析； 所述力学性能分析包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度，数值指标为:抗拉强度500 ± 50Mpa、屈服强度450 ± 50Mpa、延伸率 5 ± 2%、硬度 140 ± 10HBS; 所述金相分析包括晶粒形貌、晶粒度、粗大脆性相或显著缺陷，晶粒形貌应该为等轴 晶，晶粒度平均< 120μπι，粗大脆性相颗粒度<25μπι，不存在超过15μπι的孔洞或晶界无析出 带显著缺陷； 所述二次密度法检测固溶及时效程度完成率不小于80%。
[0059] (11)实用性能验证。通过机械加工、表面处理和装配后，进行模拟使用工况的实用 性能检测试验，包括选择疲劳试验、磨损试验、逆向超载试验或超压试验。
[0060]第二部分:具体实施例 实施例1 1、 一种替代QT500的铝合金大直径传动轮盘材料组分重量百分比为：Μη : 0.6%，Cd: 0.08%，Cu:6.3%，Si:l.l%，Mg:0.6%，Ti:0.05%，[Cd(CN)4] 2-:0.01%，1^!1:0.05%，余量为铝八1; 2、 制备方法:熔体-浇注-转动型腔-充型凝固-停转开模取件-固溶-时效 (1) 熔体浇注温度彡700°(：; (2) 预热温度彡430 °C; (3) 充型时间<30s; (4) 型腔转速彡500r/min; (5) 凝固时间多5 min; (6) 热处理状态:T8-固溶后冷加工再人工时效； 3、 制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度85μπι，晶粒内（Τ+ΘΗ)组合相数量 5 个/Tym]2; 4、 铸件机械性能：：抗拉强度530Mpa，屈服强度410 Mpa，断后延伸率6%，布氏硬度138。 [0061 ] 实施例2 1. 一种替代QT500的铝合金大直径传动轮盘材料组分重量百分比为:Mn: 0.7%，Cd: 0.09%，Cu: 6.5%，Si:1.05%，Mg:0.8%，Ti:0.06%，[Cd(CN)4]2-:0.02%，LiH:0.05%，余量为铝 Al; 2、 制备方法:同实施例1; 3、 制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度88μπι，晶粒内（Τ+ΘΗ)组合相数量 7 个/Tym]2; 4、 铸件机械性能：：抗拉强度533Mpa，屈服强度41 IMpa，断后延伸率6%，布氏硬度140。 [0062] 实施例3 1、 一种替代QT500的铝合金大直径传动轮盘材料组分重量百分比为:Mn: 0.7%，Cd: 0 · 09%，Cu: 7 · 2%，Mg: 1 %，[ Cd(CN)4]2-: 0 · 045%，余量为铝A1; 2、 制备方法:同实施例1; 3、 制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度88μπι，晶粒内（Τ+ΘΗ)组合相数量 6 个/Tym]2; 4、 铸件机械性能：：抗拉强度530Mpa，屈服强度400Mpa，断后延伸率6%，布氏硬度138。
【主权项】
1. 一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料，其特征在于:主成分含量按重量百分 比计：锰Μη:彡 2%，镉Cd: 0 · 05%~0 · 5%，铜Cu: 4 · 2%~8 · 0%且Cu彡 0 · 8Mn+4 · 05%，镁Mg: 0 · 5~ 1 %;路易斯酸碱对总量1 % X 1 0-4~2.0%，使合金平均晶粒度< 120微米，余量为铝A1。2. 根据权利要求1所述的一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料，其特征在于： 合金晶粒为等轴晶。3. 根据权利要求1所述的一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料，其特征在于： 合金晶粒内亚纳米(Τ+ΘΗ)组合相数量达到多1个/平方微米。4. 根据权利要求1所述的一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料，其特征在于： 所述路易斯酸碱对为金属氰合物、氢合物、过渡族类元素中的一种或一种以上混合。5. 根据权利要求4所述的一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料，其特征在于： 所述的金属氰合物:包括四氰合镉负离子体[Cd(CN) 4]2'6. 根据权利要求4所述的一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料，其特征在于： 所述的氢合物，包括氢化锂LiH。7. 根据权利要求1-6之一所述的一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料，其特征 在于:所述路易斯酸碱对，按元素添加量占 A1基体重量百分比，范围为:0.4%<Si<1.2%，Ti <0.1%，LiH<0.5%，[Cd(CN)4]2-<0.05%。8. 如权利要求7所述的一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料的制备方法，其特 征在于:包含以下步骤： (1) 在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要 配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量； (2) 往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在700 °C以上保温； (3) 加入锰Μη、镉Cd、铜Cu，镁Mg搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易 斯酸碱对组合，搅拌均匀； (4) 然后对上述合金熔体进行炉内精炼； (5) 精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的 偏差范围内；调温至650 °C以上，合金液出炉，在线除气、除渣； (6) 铸造:采用离心铸造。9. 根据权利要求8所述的一种替代QT500大直径传动轮盘的铝合金材料的制备方法，其 特征在于:所述离心铸造，步骤如下： (1) 熔体从保温炉转入浇包； (2) 将铸型预热到430-450°C ; (3) 开启驱动电机，铸型旋转； (4) 调整铸型转速在500~800r/min，倾转浇包使熔体沿着浇注槽流入浇注系统，通过 浇注系统流入铸型，在铸型旋转离心力作用下充满铸型型腔； (5) 熔体完全凝固后，停止旋转，开模取件； (6) 开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边； (7) 外观质量检测：毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的 浇冒口应清理到铸件表面齐平； (8) 内部质量检测； (9) 固溶处理：将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行550°C以下 固溶处理，保温完成后立刻入水淬火； (10) 时效强化:将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，在230°C以下时 效强化，保温后出炉自然冷却； (11) 取样分析测试验证； (12) 实用性能验证。
【文档编号】C22C21/16GK105937003SQ201610492996
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】毛春荣, 陈凯, 李祥, 黄亮, 胥光酉
【申请人】贵州华科铝材料工程技术研究有限公司