专利名称：Al-Zn-Mg系合金铸造—模锻组合成型工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝-锌-镁系合金的铸造-模锻组合成型工艺方法。
当今国内外金属材料加工工艺大多为单一性工艺，如铸造、锻压、焊接等。各种加工工艺都具有一定的局限性和难以克服的缺点。铸造成型工艺极易产生各种铸造缺陷，且晶粒度大，尤其是铝合金在熔化过程中易吸气，因而在凝固过程中形成大小不等的气孔(或针孔)，严重影响机械性能，经常使大量铸件报废。而压力加工工艺工序繁杂，多到十几道，甚至几十道，要反复加热多次，还需采用锻锤、大型压力机等多种大型设备，耗费能源多，原材料利用率低。
本发明的目的是要提供一种铝-锌-镁系合金的铸造-模锻组合成型工艺，从而吸取铸造和锻造两种加工工艺的优点，以消除它们各自的缺点。
为此，本发明采用的铸造-模锻组合成型工艺如下所述第一阶段，即铸造工艺过程是先将清理好的纯铝锭、回炉料、铝铬铝锰中间合金放入温度为400℃～500℃的铁坩锅中，此铁坩锅是用电炉加热。待炉料溶化后，继续对铁坩锅进行加热，使其升温到700℃～720℃，加入铝钛中间合金及锌块，待上述所加入的物料全部熔化后进行搅拌，然后再使物料升温到720℃～730℃，此时用钟罩将镁锭压入铁坩埚内充分搅拌，再加热到740℃～750℃用氯化锌精炼，等5～8分钟后进行扒渣，待铁坩埚的液体金属温度为690℃～720℃时，浇入经过预热的铸型(金属型)内，此时铸型温度为200℃～350℃，然后将清理好的铸件放入320℃～400℃的锻模中。锻模腔壁内预先涂好润滑剂。始锻温度是420℃～540℃，再用压力机进行模锻，模锻压力为600N/mm2～800N/mm2。铸件在模锻过程中变形并充满整个锻模，其变形量范围为20%～80%。
铸型可根据情况采用金属型或砂型，模锻可采用开式模锻或闭式模锻。铸件经压力加工后，气孔、缩孔被压扁或熔接，提高了铸件密度;同时，由于再结晶结果，细化了组织，变形破碎了非金属夹杂物。因此提高了零件的机械性能和使用性能。
由此可见，本发明采用的铸造-模锻组合成型工艺，吸取了铸造、锻压两种工艺的优点，克服了其各自的缺点，提高了零件的综合机械性能，简化了设备和工艺，材料利用率几乎达到100%。
经多次试验证明，采用该组合成型工艺与单一铸造工艺相比，其主要机械性能提高的幅度如下抗拉强度5%～25%; 延伸率3%～20%;
试样密度提高0.1%～0.5%。
铸件变形后，晶粒显著细化。
用铸造-模锻组合成型工艺制成铝合金自行车闸叉作为本发明的实施例。
闸叉合金化学成份如下基体金属为铝，其余成份是Mg1.5～2.0%、锌3.5～4.5%、钛0.15～0.25%、锰0.1～0.2%，而杂质铁与硅应小于0.3%。
根据上述闸叉合金化学成份计算出的纯铝锭清理好后与回炉料和铝锰中间合金放入450℃的铁坩埚中。此铁坩埚是用电炉加热。炉料熔化后使其升温到720℃，加入铝钛中间合金和锌块，待全部熔化后进行搅拌再加热到720℃，然后用钟罩将镁锭压入铁坩埚内，进行充分搅拌，再加热到740℃用氯化锌精炼，等5分钟后扒渣，待铁坩埚中的液体金属到710℃时浇入经过预热的温度为200℃～250℃的金属型内。然后将清理好的铸件放入320℃～400℃的锻模中，模腔壁内预先涂以润滑剂，采用压力机进行模锻，始锻温度是450℃，模锻压力为600N/mm2～800N/mm2。闸叉采用闭式模锻。
需要指出的是，铸件尺寸要考虑到变形量，以便顺利地进行压力加工。根据变形量的要求，铸件各部位截面的高和宽与实际零件的高和宽不同(相对应截面面积相等)。本实施例中闸叉的变形量为40%。如设闸叉某部位高为h，则铸件闸叉相对应部位的高度h′＝ (h)/0.6 ，此部位的宽S′则相应减少，即S′＝S×0.6，其中S为闸叉相应部位的宽度。
闸叉的孔眼可先铸出较小的孔径，模锻时再扩孔，也可不铸出孔眼，模锻时直接冲锻出。
利用单一锻造制造闸叉的工序达十一道，需反复加热数次，还采用锻锤、大型压力机等多种大型设备，原材料利用率仅30%左右。
采用本发明的组合工艺制造铝合金闸叉，其原材料利用率几乎达百分之百。铸造时的浇注系统，补缩系统，清理后，均可作为回炉料重熔，反复使用。金属型铸造毛坯效率高，不需铸型材料，不需造型。铸件只需一次加热，进行一次模锻。整个生产过程工序少，耗能少，材料利用率高，制造一套闸叉所需成本为单一锻造的1/2～1/3。其力学性能完全达到IHO4210-1982的自行车安全标准。
权利要求
1.一种AL-Zn-Mg系合金铸造--模锻组合成型工艺，其特征在于，将清理好的纯铝锭、回炉料和铝锰、铝铬中间合金放入用电炉加热，温度为400℃～500℃的铁坩埚中，待炉料熔化后，使炉料升温到700℃～720℃，加入铝钛中间合金及锌块，全部熔化后进行搅拌，然后再加热到720℃～730℃，用钟罩将镁锭压入铁坩埚内充分搅拌，再加热到740℃～750℃用氯化锌精炼，5～8分钟后扒渣，使690℃～720℃的液体金属浇入200℃～350℃的金属型内，然后将清理好的铸件放入320℃～400℃的锻模内，锻模腔壁内涂以润滑剂，铸件始锻温度是420℃～540℃，采用压力机进行模锻，模锻压力为600N/mm2～800N/mm2，铸件在模锻过程中受压变形，其变形量范围为20%～80%。
2.根据权利要求1所述的AL-Zn-Mg系合金铸造-模锻组合成型工艺，其特征在于，所述的铸型或者采用砂型。
3.根据权利要求1所述的AL-Zn-Mg系合金铸造-模锻组合成型工艺，其特征在于，所述的模锻采用开式模锻或闭式模锻。
全文摘要
属于Al-Zn-Mg系合金铸造—模锻组合成型工艺。首先将配制好的液体金属浇入铸型内，然后将清理好的铸件放入经预热的锻模内给予一定压力，使原来铸件受压变形并充满整个锻模。铸件经压力加工后，气孔、缩孔被压扁或熔接，提高了铸件密度，由于再结晶结果，细化了晶粒。与锻造工艺相比，工序减少，设备与耗能少，材料利用率高，成本降低。
文档编号B23P17/00GK1050512SQ8910781
公开日1991年4月10日 申请日期1989年9月29日 优先权日1989年9月29日
发明者鲍锡祥, 庞志滨 申请人:天津大学机电分校, 天津市自行车闸厂