专利名称：一种铸造铝合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及铸造领域，特别涉及铝合金铸造领域。
背景技术：
铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。铝合金的发展可追溯到1906年时效强化现象在柏林被Alfred Wilm偶然发现，硬铝Duralumin、 随之研制成功并用于飞机结构件上。在此基础上随后开发出多种Al-Cu系合金。法国于20世纪初研制成功A-U5GT((W)si彡0. 05%, (W)Fe ^ 0. 10 % )铝合金，抗拉强度 (T4)彡275Mpa、SAEJ452-1989)，投入生产应用，已列入法国国家标准和宇航标准；美国铝协会牌号201. 0(1968年)和206. 0(1967年)合金都是在A-U5GT基础上经改进而形成的，1974年的204. 0铝合金等同于A-U5GT ；201. 0 (AlCu4AgMgMn)的商业名称是KO-I (ASTM B26/B26 (M) -1999，抗拉强度T7状态为415Mpa，延伸率3 % )，受美国专利保护，且成分含 Ag(0. 4% -1. 0% )，成本高。俄罗斯BAJllO主元素成分相当于国内的ZL204，但添加微量元素保密，仅用于军事或其他要求高的领域。我国研制了 ZL204A、ZL205A等铸造用铝合金牌号，ZL204A T5状态值下抗拉强度 440Mpa, δ5>4%。按技术标准(GB1173-86)规定，ZL205A的抗拉强度Τ5状态为435Mpa，Τ6 状态下为465Mpa(GB/Tl 173-1995标准，ZL205A(T6)的抗拉强度为470Mpa)，是目前世界上强度最高的铸造铝合金材料之一。ZL205A(I^)的塑性好，伸长率可达7%，该合金已在我国航空、航天领域得到广泛应用，但其成分含有V贵重金属元素，价格高昂；同时，需用精铝或高纯铝作基体金属，不但增加成本，原料供应也受限制。另外，在ZL205A基础上加入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吕杰等研制出一种与ZL205A 主成分相近的铝合金，但微量元素中含有0. 1%-0. 25% V，其抗拉强度在385-405Mpa之间、 伸长率达19% 23%，仅见文献研究报道，且抗拉强度稍低，原材料含有价格昂贵的V。但是铝铜合金铸造性能较差，铸造过程中容易产生裂纹等缺陷，所以很难用于一些结构复杂的大中型铸件，这限制了铝铜合金的应用。目前，广泛应用的铝硅合金具有优良的铸造性能，如流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理之后，具有较好的力学性能，是目前应用最广泛的一类铝合金，如ZL101、ZL104合金，但是仍然面临力学性能有待提高的问题。中国专利申请号200810204630. 5公开了一种铸造铝硅合金的制备方法，其结合铝硅与铝铜合金的优点，通过优化合金组分及制备方法产生了一种新的铝硅铜合金。但其合金组分中硅的含量高达6. 5-7. 5%，虽然铸造性能尚好，但其强度较低，只有300-320MPa 左右ο
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铸造铝合金的制备方法， 解决现有技术的铝合金铸造性能和/或力学性能较差的问题。为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是一种铸造铝合金的制备方法，包括如下步骤1)配料原料使用纯 Al 及 Al-12wt % Si、Al_50wt % Cu、Al-IOwt % Mn、Cd、 Al-5wt% Ti 禾口 Al-IOwt % Mg 中间合金；2)熔炼按照目标成分 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，余下为Al ；杂质!^e含量不大于0. 15%，杂质总量不大于0.40%称量步骤1)的各原料；使用电阻坩埚炉熔炼，坩埚升温预热至 460-480°C，依次加入纯 Al、Al-Si、Al-Cu, Al-Mn、Al-Ti、Al_Mg、以及 Cd，预热1-2小时，然后升温熔化3)晶粒细化处理在步骤幻熔化的熔液中加入Al-Ti-B-C和Cu-P复合晶粒细化剂，细化剂的总加入量为熔液质量的0. 5-0.8%，其中Al-Ti-B-C占50-70%，Cu-P占 30-50% ；4)精炼金属液完全熔化后搅拌均勻，进行精炼处理，采用氯化锰精炼剂，精炼温度720-750°C，精炼时间10-12min，精炼后静置IOmin以上；5)变质处理精炼后进行变质处理，采用Al-Re中间合金变质剂，变质温度 720-730°C，变质时间 12-20min ；6)浇注，用砂型模具，调整合金液温度至700°C，进行浇注；7)热处理使用箱式电阻炉热处理；固溶处理530士5°C X 8_12h，淬水，控制转移时间小于15秒；人工时效处理150士5°C X5-6h —空冷。本发明方法的有益效果为1.通过调整合金成分，减少Si的用量，并在合金中添加Mg，使得合金的强度提高， 同时使该合金具有良好的流动性，铸造性能好。2.通过添加Al-Ti-B-C和Cu-P复合晶粒细化剂细化了合金晶粒，使得合金的强度提尚。3.通过合理控制熔炼、精炼、变质、浇注以及热处理的工艺参数，使得合金的综合性能优异。
具体实施例方式实施例一一种铸造铝合金的制备方法，包括如下步骤1)配料原料使用纯 Al 及 Al-12wt % Si、Al_50wt % Cu、Al-IOwt % Mn、Cd、 Al-5wt% Ti 禾口 Al-IOwt % Mg 中间合金；2)熔炼按照目标成分 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，余下为Al ；杂质！^含量不大于0. 15%，杂质总量不大于0. 40%称量步骤1)的各原料；使用电阻坩埚炉熔炼，坩埚升温预热至460°C，依次加入纯A1、A1-Si、
4Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti、Al-Mg、以及Cd，预热1小时，然后升温熔化；3)晶粒细化处理在步骤2、熔化的熔液中加入Al-Ti-B-C和Cu-P复合晶粒细化剂，细化剂的总加入量为熔液质量的0. 5%，其中Al-Ti-B-C占60%, Cu-P ^ 40% ；4)精炼金属液完全熔化后搅拌均勻，进行精炼处理，采用氯化锰精炼剂，精炼温度720°C，精炼时间12min，精炼后静置12min ；5)变质处理精炼后进行变质处理，采用Al-Re中间合金变质剂，变质温度730°C， 变质时间15min ；6)浇注，用砂型模具，调整合金液温度至700°C，进行浇注；7)热处理使用箱式电阻炉热处理；固溶处理535°C X 10h，淬水，控制转移时间 12秒；人工时效处理155°C X5h —空冷。实施例二一种铸造铝合金的制备方法，包括如下步骤1)配料原料使用纯 Al 及 Al-12wt % Si、Al_50wt % Cu、Al-IOwt % Mn、Cd、 Al-5wt% Ti 禾口 Al-IOwt % Mg 中间合金；2)熔炼按照目标成分 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，余下为Al ；杂质!^e含量不大于0. 15%，杂质总量不大于0. 40%称量步骤1)的各原料；使用电阻坩埚炉熔炼，坩埚升温预热至480°C，依次加入纯A1、A1-Si、 Al-Cu, Al-Mn, Al-Ti、Al_Mg、以及Cd，预热2小时，然后升温熔化3)晶粒细化处理在步骤2、熔化的熔液中加入Al-Ti-B-C和Cu-P复合晶粒细化剂，细化剂的总加入量为熔液质量的0. 8%，其中Al-Ti-B-C占70%, Cu-P ^ 30% ；4)精炼金属液完全熔化后搅拌均勻，进行精炼处理，采用氯化锰精炼剂，精炼温度720°C，精炼时间lOmin，精炼后静置15min ；5)变质处理精炼后进行变质处理，采用Al-Re中间合金变质剂，变质温度720°C， 变质时间15min ；6)浇注，用砂型模具，调整合金液温度至700°C，进行浇注；7)热处理使用箱式电阻炉热处理；固溶处理525°C X 12h，淬水，控制转移时间 10秒；人工时效处理150°C X6h —空冷。上述实施例一和二所制备的铸造铝合金，经测试，室温下砂型铸造试样达到 σ b360-380MPa, δ 2. 0-2. 5 %，布氏硬度 120-130HBW ；金属型铸造试样σ b370_390MPa， δ 2. 3-2. 8%，布氏硬度 130-HOHBff0申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程， 但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进， 对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
权利要求
1. 一种铸造铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤1)配料原料使用纯Al 及 Al-12wt% Si、Al-50wt% Cu、Al-10wt% Mn、Cd、Al-5wt% Ti禾口 Al-IOwt % Mg中间合金；2)熔炼按照目标成分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，余下为Al ；杂质！^含量不大于0. 15%，杂质总量不大于0.40%称量步骤1)的各原料；使用电阻坩埚炉熔炼，坩埚升温预热至 460-480°C，依次加入纯 Al、Al-Si、Al-Cu, Al-Mn、Al-Ti、Al_Mg、以及 Cd，预热 1-2小时，然后升温熔化3)晶粒细化处理在步骤幻熔化的熔液中加入Al-Ti-B-C和Cu-P复合晶粒细化剂，细化剂的总加入量为熔液质量的0. 5-0. 8%，其中Al-Ti-B-C占50-70%, Cu-P占30-50% ；4)精炼金属液完全熔化后搅拌均勻，进行精炼处理，采用氯化锰精炼剂，精炼温度 720-750°C，精炼时间10-12min，精炼后静置IOmin以上；5)变质处理精炼后进行变质处理，采用Al-Re中间合金变质剂，变质温度720-730°C， 变质时间12-20min ；6)浇注，用砂型模具，调整合金液温度至700°C，进行浇注；7)热处理使用箱式电阻炉热处理；固溶处理530士5°CX8-12h，淬水，控制转移时间小于15秒；人工时效处理150士5°C X5-6h —空冷。
全文摘要
本发明公开了一种铸造铝合金的制备方法，该方法包括配料、熔炼、晶粒细化处理、精炼、变质处理、浇注、热处理七个步骤，本发明方法通过调整合金成分以及添加Al-Ti-B-C和Cu-P复合晶粒细化剂，使得合金的强度提高，同时使该合金具有良好的流动性，铸造性能好。通过合理控制熔炼、精炼、变质、浇注以及热处理的工艺参数，使得合金的综合性能优异。
文档编号C22C1/03GK102367525SQ20111030622
公开日2012年3月7日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者陈伟军 申请人:陈伟军