一种铝合金锻件及其制备方法与流程

本发明涉及铝合金锻造，具体为一种铝合金锻件及其制备方法。

背景技术：

1、随着汽车、自行车等行业的快速发展，重要受力部件和结构件的轻量化，促使以铝代钢的呼声越来越高。越来越多的汽车、自行车等交通工具采用具有质量轻、性能好、耐腐蚀等优点的铝合金锻件代替传统的铸铁或钢铁冲压焊接部件，铝合金锻件的使用量和需求量正逐步增大。锻造用铝合金采用棒材多为挤压棒，材料本身存在气孔、疏松、偏析等铸造缺附，锻造过程中容易产生裂纹等锻造缺陷，锻件性能较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铝合金锻件及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种铝合金锻件的制备方法，包括以下制备步骤：

3、(1)按照各元素比例分别称取纯铝、纯铜、纯镁、铝钛合金、铝镍合金、钒铝合金，于758～772℃加热至熔融，得熔液；

4、(2)将熔液调温至630～640℃，抽真空至60～70pa，喷入聚丙烯腈微球，保温5～10min后，以300～400l/min底吹氩气，升温至708～720℃，保温20～30min后，调整氩气流量为100～150l/min，保温5～12min后，扒渣，于725℃浇筑成直径为60mm、高度为1500mm的圆铸锭；

5、(3)将圆铸锭进行第一次均匀化退火处理，再去除表面氧化皮，得到直径为58mm的圆铸锭，锯切成高度为100mm的坯料；

6、(4)将坯料加热至620～650℃，保温4～6h后，沿轴向镦粗锻造，镦粗至高度为65mm、直径为74mm的锻件a，再置于感应加热设备中，将四氯化钛、甲基三氯硅烷混合置于雾化器中，加热至650～750℃，启动雾化器，雾化喷涂300～500s后，关闭雾化器，调整感应电流为30a，保温20～32min，得表面处理后的锻件；

7、(5)将表面处理后的锻件进行第二次均匀化退火处理，再回炉加热至620～650℃，保温4～6h后，沿轴向镦粗锻造，镦粗至高度为46mm、直径86mm的锻件b，30s内转移至温度为50～70℃的水中淬火，经过时效处理后，自然冷却至室温得铝合金锻件。

8、进一步的，步骤(1)所述元素的质量比为：锌1.2～3.1％、镁0.1～1.0％、铜0.08～0.3％、锆0.05～0.2％、硅0.1～0.9％、铁0.2～0.5％、锰0.06～0.3％、铬0.05～0.20％、钛0.01～0.03％、钒0.08～0.12％、镍0.1～0.2％和余量铝。

9、进一步的，步骤(2)所述聚丙烯腈微球的制备方法为：用注射器吸取聚丙烯腈溶液，于静电喷雾工作电压15kv、工作距离20cm、进样速率1.25ml/h，静电喷雾得聚丙烯腈微球。

10、进一步的，所述聚丙烯腈溶液为：将聚丙烯腈、n,n-二甲基甲酰胺按质量比0.2:9.5混合，50℃下搅拌溶解，得聚丙烯腈溶液。

11、进一步的，步骤(2)所述聚丙烯腈微球的喷入量为熔液重量的0.001～0.002倍，

12、进一步的，步骤(3)所述第一次均匀化退火处理的温度为480～550℃、保温时间为40～60min。

13、进一步的，步骤(4)所述四氯化钛、甲基三氯硅烷的体积比为400:400～1200:520。

14、进一步的，步骤(4)所述雾化喷涂的工作条件为：沉积压力为2kpa、氢气流量为35～50ml/min、氮气流量为7～25ml/min、雾化流量为0.16～0.6ml/min、感应电流为50a。

15、进一步的，步骤(5)所述第二次均匀化退火处理的温度为480～550℃、保温时间为1～2h。

16、进一步的，步骤(5)所述时效处理为：在120℃下保温8～12h，再升温至160℃，保温6～8h。

17、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

18、本发明先将各合金熔融，调控各元素比例关系，然后向熔液喷入聚丙烯腈微球，并且在熔液底部吹入氩气，在熔液内形成气泡流，聚丙烯腈微球在高温的熔液中融化、分解，裂解出含碳气体和含氮气体，不断被吸入氩气气泡内，共同移动、上浮，在上浮过程中与周围合金元素形成碳化物，使含碳量呈梯度结构，实现强化效果，提高锻件的硬度，并且聚丙烯腈微球融化、分解过程中产生吸热作用，加快合金液的降温速度，改善冷凝偏析现象，有效提高合金成分均匀性，进而提高铝合金锻件的力学性能；此外，气泡在上浮过程中，气泡内的含氮气体不断吸附熔液中的夹杂物，上浮到液面熔渣中被排除，从而实现净化效果，提高铝合金锻件的性能，并且，气泡与气泡、气泡与气体间形成强对流状态，使得枝晶和晶核破碎成细小质点，实现铝合金锻件的组织均匀、晶粒细小，进而提高合金锻件的效果。

19、本发明在获得圆铸锭后，经过第一次均匀化退火处理，进一步加强晶粒细化效果，减少残余相，再进行第一次镦粗处理，均匀细化表面碳化物的分布，提高锻件的力学性能；然后进行表面镀层处理，将四氯化钛和甲基三氯硅烷雾化形成细小液滴，随着载气运输到锻件表面，在感应加热的作用下，形成钛硅硬质层，提高锻件的硬度和力学性能，再进行第二次均匀化退火处理，使硬质层和锻件在后续镦粗处理工艺中抑制再结晶，最后进行第二次镦粗处理，加强锻件机体与硬质涂层的机械咬合强度。

技术特征：

1.一种铝合金锻件的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的一种铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述元素的质量比为：锌1.2～3.1％、镁0.1～1.0％、铜0.08～0.3％、锆0.05～0.2％、硅0.1～0.9％、铁0.2～0.5％、锰0.06～0.3％、铬0.05～0.20％、钛0.01～0.03％、钒0.08～0.12％、镍0.1～0.2％和余量铝。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述聚丙烯腈微球的制备方法为：用注射器吸取聚丙烯腈溶液，于静电喷雾工作电压15kv、工作距离20cm、进样速率1.25ml/h，静电喷雾得聚丙烯腈微球。

4.根据权利要求3所述的一种铝合金锻件的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈溶液为：将聚丙烯腈、n,n-二甲基甲酰胺按质量比0.2:9.5混合，50℃下搅拌溶解，得聚丙烯腈溶液。

5.根据权利要求1所述的一种铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述聚丙烯腈微球的喷入量为熔液重量的0.001～0.002倍。

6.根据权利要求1所述的一种铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述第一次均匀化退火处理的温度为480～550℃、保温时间为40～60min。

7.根据权利要求1所述的一种铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述四氯化钛、甲基三氯硅烷的体积比为400:400～1200:520。

8.根据权利要求1所述的一种铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述雾化喷涂的工作条件为：沉积压力为2kpa、氢气流量为35～50ml/min、氮气流量为7～25ml/min、雾化流量为0.16～0.6ml/min、感应电流为50a。

9.根据权利要求1所述的一种铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述第二次均匀化退火处理的温度为480～550℃、保温时间为1～2h。

10.根据权利要求1所述的一种铝合金锻件的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述时效处理为：在120℃下保温8～12h，再升温至160℃，保温6～8h。

技术总结
本发明公开了一种铝合金锻件及其制备方法，涉及铝合金锻造技术领域。本发明在熔炼过程中，喷入聚丙烯腈微球，使其分解为含碳、氮气体，含碳气体与周围合金元素形成碳化结构，并辅以底吹氩气，使合金锻件的含碳量从内部向表面逐步增加，呈梯度结构，实现强化效果，提高锻件的力学性能，并且分解出的气体能够实现净化效果，同时气流间形成强对流状态，因此获得组织均匀、晶粒细小的铝合金锻件，进而提高力学性能；本发明将熔液浇筑成型后，经过退火‑镦粗‑退火‑镦粗的锻造过程，形成高性能锻件，并且在第一次镦粗结束后，进行表面镀层处理，形成钛硅硬质层，提高锻件的硬度和力学性能。

技术研发人员：吴依曼
受保护的技术使用者：松原市怡幔科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8