一种替代qt500汽车连杆的铝合金材料及挤压铸造成型方法

一种替代qt500汽车连杆的铝合金材料及挤压铸造成型方法
【专利摘要】本发明公开一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：五氰合镍负离子体[Ni(CN)5]3?：0.05%?0.15%，锰Mn:≤2%，镉Cd:0.05%～0.5%，铜Cu0.5～3%且Cu≥1.5Mn；路易斯酸碱对总量7.0%～9.0%，合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。
【专利说明】
一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料及挤压铸造成型方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种替代QT500汽车连杆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)是钢铁产业中的主要基础材料之一，被广泛而大量地用于制造受力复杂，强度、韧性、耐磨性等要求较高的零件，如通用机械、起重、农业、汽车、铸造、纺织、机床、电力、石化、船舶零件等，主要形态和类型为液压壳体、栗体、管道、阀体、缸体、轮毂、轴件、球连接、传动件、悬挂件、钩扣件、导流件、转向件等;在汽车工业中，钢铁材料的用量占汽车用材总量的60?70%，其中的三分之二以上又是球铁类铁合金。
[0003]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。
[0004]追求低碳、集约化、高效率(高效能)、灵活性和个性化，是制造业从传统形态向高端形态跨越的标志，以铝代钢、以轻强结构普遍替代钢铁重强结构，是实现这种跨越的主要手段。
[0005]在“以铝代钢”的技术升级中，为了充分发挥铝合金以“轻”为代表的系列优越特性，必须先使其在“强”的方面有长足发展，同时不能有不可接受的制造成本增量，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。
[0006]从材料制备的方法审视，由于材料特征是由承载着该特征的功能性微观物相组合贡献出来的，因此获得良好的功能性物相组合，例如高强度、高熔点、高塑性、高硬度、耐腐蚀等，是各种制备方法追求的最终结果，从而，铝合金的化学成分设计与其制备技术存在着紧密的内在统一性，这种统一性，简言之，是一种原子如何结合成所需的“物相分子”的关系，即材料的物相可以看成是一种分子结构。配方元素的混合熔炼和铸造结晶，是熔铸法形成材料物相分子组合结构的主要决定性环节，在熔铸过程中，固溶体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)，后续热处理或者冷作硬化则是对晶态组合框架下微细结构(微米级颗粒:尺度I?30μπι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1nm?< Iμπι)进行调整和完善，这种调整和完善的程度和范围，在公知技术和传统观念中，认为主要由合金化学成分所处的合金相图区域给定的物相组合决定，但是，合金相图没有给出其它微量元素的添加和排除产生的影响，更不具备预测添加和排除其它微量元素对物相影响的指导性。借鉴合金溶液化学的理论和方法改善熔体结构，比如保护膜的覆盖，造渣剂、精炼剂或变质剂的添加，除气除渣净化等，是改善合金晶态组合、微细结构乃至更加微观的精微结构的重要技术手段，但这些手段，由于是从制备合金的过程中摸索积累得来，因此常常被看作为“制备工艺”而不是“成分设计”的一部分。
[0007]在工程应用上，铝合金固溶体晶粒的大小和状态，以及分布在晶界的金属间化合物的大小形态，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，因为这些粗大晶粒遵从的成长规律是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，造成了合金的成分偏析、结晶粗大单向、宏观性能不均匀的缺陷，从而成为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、裂纹等的根源。目前采用的常规变质手段和细化晶粒的手段，如添加铝钛硼或铝钛碳中间合金，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，这是合金力学性能提高的一个重要瓶颈问题。因为对铝合金来说，获得强度和韧性同时提高的途径，只有晶粒的细化和圆整化;热处理工艺的调整，在晶态结构已经确定的状态下，只能使强度或韧性一个方面获得优化。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。
[0008]211Z耐热高强韧铸造铝合金因具有“四高三好”特征(即高强、高韧、高硬、耐高温，同时铸造性能好、加工性能好、循环性能好)而进入了铝材料国际领先水平。
[0009]但是，从材料设计角度看，211Z材料也存在一些难以克服的问题。微观分析发现，有一些大颗粒有很高的钛Ti和稀土浓度，作为用来促使晶粒细化的物质，这种现象表明Ti和稀土走向了需要解决问题的对立面;而在211Z合金铸件的生产过程中，也发生着与普通铝合金一样常见的缺陷，包括针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、夹杂(渣)、冷隔、冷豆、裂纹、变质缺陷、固溶不足和过烧等。
[0010]根据合金强化理论，合金的强度是材料中界面或位错滑移受到质点的阻碍而产生的，阻碍越强，材料的强度也越大。而质点阻碍行为与材料中界面或位错滑移相互作用的结果，有两种:一种是当质点本身强硬度不够高时，位错将切过质点继续滑移，另一种是质点强度很高，位错无法切过，则只能绕过质点而继续滑移，而在质点周围留下一圈位错环。
[0011 ]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。、新的盘片相和平衡相Q(Al2Cu);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Al2oCu2Mn3，分子物相特征是直径约lOOnm、长度约600?100nm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AlxCuU可能小于2)，是一种富Cu分子。
[0012]在关于铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的传统观念中，由于从来都认为Al-Cu二元相是合金强化的主要因素，因此，材料研究和设计关注的重点，就是使Al-Cu 二元相各亚稳态实现在合金中的最佳组合。虽然也发现有T三元相，但都不认为T相对合金强度的贡献能够与Al-Cu二元各亚稳相的组合相比，而且认为T相容易在晶界聚集形成粗大脆性相，因此要严格控制其数量。
[0013]GP区、θ"、θ'或者其它盘片状的二元Al-Cu亚稳相对合金强度的贡献特点属于位错切过质点方式，其特点是盘片长得越大，切过越困难，因此对强度的贡献也越大，但是，当盘片大到一定程度(直径超过150nm而厚度只有I?3nm)，其晶格点阵与基体晶格点阵的失配度过高，就不再能与基体保持完全共格，而逐渐显出脆性相的特征。因此，既要保持共格又有最大的失配应力场以发挥最大阻碍位错滑移能力，二元Al-Cu各亚稳相质点有一个最佳组合的问题，同时也需要它对基体的延伸率保持较大的贡献，这是以前乃至今后材料设计始终要考虑的主要问题之一。
[0014]目前，国内的招合金连杆均采用I系列铸造招合金制造，合金最高强度在450Mpa以下，材料性能跟不上汽车技术的需求，限制了铝合金汽车连杆的推广。

【发明内容】

[0015]本发明要解决的技术问题是:提供一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料及其制备方法，其中添加路易斯酸碱对，以有效催生临界晶核(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汽车连杆的铝合金制品。
[0016]本发明的技术方案是:一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料，主成分含量按重量百分比计:五氰合镍负离子体[Ni (CN)5 ]3-: 0.05%-0.15%，锰Mn: (2%，镉Cd: 0.05%?0.5%，铜Cu0.5?3%且Cu彡1.5Mn ；路易斯酸碱对总量7.0%?9.0%，合金平均晶粒度< 120微米，余量为铝Al。
[0017]所述的合金晶粒为等轴晶。
[0018]所述的合金晶粒内亚纳米(Τ+ΘΗ)组合相数量达到彡I个/平方微米。
[0019]所述路易斯酸碱对为金属与配体结合而成的正离子体、复杂配体化合物或超大杂多化合物主族类元素、过渡族类元素中的一种，或者一种以上混合。
[0020]所述的金属与配体结合而成的正离子体:包括异硫氰合铁正离子体[Fe(NCS)]2+。
[0021]所述的复杂配体化合物或超大杂多化合物，包括[Ag(NH3)2]Cl。
[0022]所述路易斯酸碱对，按元素添加量占Al基体重量百分比，范围为:Li彡0.3%，Si7.5-9.0%,Mg0.3-0.45%,T1.1-0.2%,[Ag(NH3)2JCl 彡0.03。
[0023]一种替代QT500汽车连杆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7000C以上保温；
(3)加入猛Mn、镉Cd、铜Cu和五氰合镍负离子体[Ni(CN)5]3'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)挤压铸造:是指合金液注入浇注系统内，在熔融状态时加压充型、凝固结晶。
[0024]所述挤压铸造，步骤如下:
①过滤后可浇注铸造；
②铸造前应将模具预热，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净；
③采取自动浇注，从炉内g取合金液倒入盛锭筒，将盛锭筒移动到模具浇口，熔融态时挤压成型，保压凝固结晶。
[0025]④开模取出产品，自然冷却，锯切冒口、打磨飞边；
⑤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；
⑥内部质量检测；
⑦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560°C以下固溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷；
⑧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；
⑨取样分析测试验证；
⑩实用性能验证。
[0026]本发明的有益效果:把路易斯酸碱理论所指向的、能在铝合金熔体中发生分子解体或有助于次纳米区域内(即小于I纳米的范围)物相分子结构优化的“酸碱对”物质，应用于熔体纳米尺度范围的精细结构调整，是本发明的最主要的创造性技术手段。
[0027]通过运用路易斯酸碱理论，使有关路易斯酸碱对承载的微量元素的添加和排除，在铝合金熔体环境发生分子解体和转化，以提供熔体超精细微区内(0.1nm?1nm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，形态更加圆整；同时优化微细区域(微米级:尺度I?30μπι左右)和精微区域(亚纳米级或次微米级质点:尺度1nm?<1μηι)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，是本发明解决的合金强化的机理问题。
[0028]由于(Τ+ΘΗ)组合相的发现，在铝合金强化设计时，就可以通过增加(Τ+ΘΗ)组合相，使铝合金材料的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。
[0029]按照路易斯酸碱理论，酸是任意可以接受电子的分子或离子，碱是可以给出电子的分子或离子，酸碱之间的化合以共价键相结合，并不发生电子转移。
[0030]所有金属与非金属之间生成的配合物，都可以看成“酸碱对”。按照路易斯酸碱理论，当金属与配体接近时，将发生能级分裂，形成金属与配体间发生热化学反应而形成相对稳定的配位化合物。
[0031]本发明前述金属与配体结合而成的正负离子体、复杂配体化合物.或超大杂多化合物，由于其离子或分子结构中的金属原子或离子是电子受体，为路易斯酸，而其配体非金属原子或原子团是电子给予体，为路易斯碱，整个离子或分子则组成了路易斯“酸碱对”。
[0032]正离子体作为路易斯“酸碱对”，对合金晶粒细化具有普通物质无法实现的优异效果，这是由于:这些离子体在常温下与正常的物质分子一样能稳定存在，而在铝合金熔体这样的高温酸碱环境中发生分子解体，生成路易斯酸和路易斯碱；由于是分子解体，故而是一种次纳米范围的原子组合结构的“散架”，其配体部分以气态排放出来，释放出来的核心金属离子则重新选择结合其它原子。
[0033]复杂配体化合物、超大杂多化合物作为路易斯酸碱对，对合金晶粒细化也具有普通物质无法实现的良好效果，因为它们的分子结构与正离子体的结构类似，都能在铝合金熔体这样的环境中发生分子的解体、酸碱转化和超精微区内原子重构，也能在分子解体时释放出气态或液态的配体，经过一系列反应后随从净化气体排出熔体(比如生成C02、CH4、他、順3或!^)或进入熔渣(比如他(:1、1((:1^1(!10)3^1203或414(:3)，其中释放的金属原子或离子，非金属原子或离子，都是次纳米级的超细小质点，有着最大的比表面积，能提供熔体超精微区内的充分扰动和激活效应，达到催生临界晶核大量生成和抑制晶粒长大作用的机理。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?ΙΟΟμπι。这种效果，是单纯使用铝钛硼和铝钛碳等常规晶粒细化剂以及常规的气体净化技术所无法实现的。
[0034]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，由于形成了不同于基体晶态的分子结构，具有较好的热稳定性，故而也适用路易斯酸碱理论。比如在金属间化合物分子AlxCu和Al2QCu2Mn3中，根据电负性大小，可知Al比Cu、Mn更容易失去电子，因此，Al是路易斯碱，Cu、Mn是路易斯酸，AlxCu和Al2QCu2Mn3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I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。
[0035]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主族类元素如硅S1、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”。
[0036]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、复杂配体化合物或超大杂多化合物、主族类元素、过渡族类元素中的一种，或者一种以上混合。
[0037]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。
[0038](Τ+ΘΗ)组合相中的ΘΗ却以不同位向和大得多的厚度(约20nm)，对合金基体产生了优于以游离态存在的GP区、θ"、θ'或者其它盘片状的二元Al-Cu亚稳相的强化贡献:ΘΗ除了把主干T相的收紧作用向周围的基体空间传递和扩散外，由于抗基体滑移面更大，故对基体增强作用更大；由于方向更多，故对基体的强化作用显出各向同性的均匀性；由于不属于高硬性质点，所以仍可以位错切过方式提供给基体较好的塑韧性;总之，(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，研究发挥这种优异的综合效应，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。
[0039]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I个/[μπι]2以上。因此，主成分设计为按重量百分比:五氰合镍负离子体[Ni (CN) 5 ]3—彡0.15%，锰Mn:彡2%，镉Cd: 0.05%?0.5%，铜Cu0.5?3%且Cu彡1.5Mn ；路易斯酸碱对总量7.0%?9.0%，合金平均晶粒度<120微米，余量为铝Al。加入五氰合镍负离子体[Ni(CN)5]3'提高了连杆的强度和刚度。
[0040]由于(Τ+ΘΗ)组合相的主干T相中铜锰元素的质量比约为0.8，而合金中在保证(Τ+ΘH)生成的同时也应该保证各级(GP区、θ"、θ'或者其它盘片相)Al-Cu 二元弥散相的浓度和分布密度不降低，因此，把铜含量设计在超过其饱和溶解度以上的一个范围，同时保证必须有锰存在。在一般条件下，(Τ+ΘΗ)组合相的数量不足I个/[μπι]2，所以很难被发现，本发明通过路易斯酸碱对的优化，可保证(Τ+ΘΗ)组合相的数量在I个/[μπι]2以上，深度优化效果可达到3个/[μπι]2以上。
[0041]根据材料强化理论一一位错对质点的绕过和切过理论，材料的破坏过程首先是其中大颗粒质点的集中受力，然后是次一级的较小颗粒质点集中受力，然后是更小颗粒的质点受力，以次类推；当发生破坏时，综合抗力最弱的质点先破坏，综合抗力最强的质点最后破坏，只有当所有的颗粒都抵抗不住时，材料才发生宏观的破坏。
[0042]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。
[0043]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。
[0044]对于要求达到高强性能的合金，路易斯酸碱对添加量并非越多越好，据经验，作为元素占Al基体重量百分比，可供选择的优化范围为:Li彡0.3%，Si7.5-9.0%，Mg0.3-0.45%，T1.1-0.2%, [Ag(NH3)2JCl 彡0.03%。
[0045]从前述可知，多样性的路易斯酸碱对，在铝合金中因具有纳米尺度超精微区域的分解、扰动、活化、重构和排除效应，从而使合金在凝固之前能够获得最大的分子物相组合结构优化的自我调整能力，建立了一种从精微结构(亚纳米级或次微米级质点:尺度1nm?<1μπι)到微细结构(微米级颗粒:尺度I?ΙΟμπι左右)再到晶态组合(亚微米级颗粒:尺度10?ΙΟΟμπι左右)的层级化自我调整和完善通道，从而一方面解决了合金相图理论无法解决的熔体结构和凝固组织结构优化的问题，另一方面解决了对铝合金精炼、变质、除渣、除气等常规技术手段无法达到的亚微米态以下微观领域，对铝合金的创新设计和以铝代钢、以轻强结构普遍替代钢铁重强结构，具有普遍指导意义和产业价值。
【具体实施方式】
[0046]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。
[0047]第一部分:提示和说明
一种替代QT500汽车连杆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7000C以上保温；
(3)加入猛Mn、镉Cd、铜Cu和五氰合镍负离子体[Ni(CN)5]3'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)挤压铸造:是指合金液注入浇注系统内，在熔融状态时加压充型、凝固结晶。
[0048]所述挤压铸造，步骤如下:
①过滤后可浇注铸造；
②铸造前应将模具预热，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净；
③采取自动浇注，从炉内g取合金液倒入盛锭筒，将盛锭筒移动到模具浇口，熔融态时挤压成型，保压凝固结晶。
[0049 ]④开模取出产品，自然冷却，锯切冒口、打磨飞边；
⑤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；
⑥内部质量检测；
⑦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560°C以下固溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷；
⑧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；
⑨取样分析测试验证；
⑩实用性能验证。
[0050]第二部分:具体实施例实施例1
1、一种替代QT500的铝合金汽车连杆材料组分重量百分比为:Cu: 2.5%，Mn: 0.13%，Cd:0.02%，异硫氰合铁正离子体[Fe(NCS)]2+:0.05%，L1.1%，S1:7.8%，Mg:0.35%,T1:0.13%,[Ag(NH3)2JCl 0.01%，[Ni(CN)5]3—:0.08%;
2、生产流程:恪炼—精炼—静置—饶注—挤压成型—开模取件—固溶—时效；
3、熔体浇注温度:>700°(:;
4、模具预热温度:>350°(:;
5、充型时间:<5s;
6、挤压压力为>12MPa，保压时间:> 30s;
7、热处理状态:T7-固溶加过时效；
8、制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度70?ΙΟΟμπι，晶粒内(Τ+ΘΗ)组合相数量2?3个/[μπι]2;
9、制品机械性能:抗力强度530Mpa，屈服强度470Mpa，断后延伸率12%，布氏硬度160。[0051 ] 实施例2
1、一种替代QT500的铝合金汽车连杆材料组分重量百分比为:Cu:2.7%，Mn: 0.18%,Cd:0.05%, L1.2%,Si:8.5%,Mg:0.42%,Ti:0.17%, [Ag(NH3)2JCl 0.02%, [Ni(CN)5J3^0.13%；
2、具体制造方法与实施例1相同；
3、、制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度80?ΙΙΟμπι，晶粒内(Τ+ΘΗ)组合相数量I?2个/[μπι]2;
4、制品机械性能:抗力强度520Mpa，屈服强度450Mpa，断后延伸率10%，布氏硬度155。
[0052] 实施例3
1、一种替代QT500的铝合金汽车连杆材料组分重量百分比为:Cu:1.7%, Mn: 0.18%，Cd:
0.05%, [Ag(NH3)2JCl 0.03%, [Ni(CN)5]3-:0.06%；
2、具体制造方法与实施例1相同；
3、、制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度80?ΙΙΟμπι，晶粒内(Τ+ΘΗ)组合相数量I?2个/[μπι]2;
4、制品机械性能:抗力强度510Mpa，屈服强度435Mpa，断后延伸率10%，布氏硬度145。
【主权项】
1.一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料，其特征在于:主成分含量按重量百分比计:五氰合镍负离子体[Ni (CN) 5 ]3—: 0.05%-0.15%,锰Mn:彡 2%，镉Cd: 0.05%?0.5%，铜Cu0.5?3%且Cu彡1.5Mn;路易斯酸碱对总量7.0%?9.0%，合金平均晶粒度< 120微米，余量为铝Al。2.根据权利要求1所述的一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料，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汽车连杆的铝合金材料，其特征在于:合金晶粒内亚纳米(Τ+ΘΗ)组合相数量达到多I个/平方微米。4.根据权利要求1所述的一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料，其特征在于:所述路易斯酸碱对为金属与配体结合而成的正离子体、复杂配体化合物或超大杂多化合物、主族类元素、过渡族类元素中的一种，或者一种以上混合。5.根据权利要求4所述的一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料，其特征在于:所述的金属与配体结合而成的正离子体:包括异硫氰合铁正离子体[Fe(NCS)]2+。6.根据权利要求4所述的一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料，其特征在于:所述的复杂配体化合物或超大杂多化合物，包括[Ag(NH3)2]Cl。7.根据权利要求1-6之一所述的一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料，其特征在于:所述路易斯酸碱对，按元素添加量占Al基体重量百分比，范围为:Li彡0.3%，Si7.5-9.0%，Mg0.3-0.45%,T1.1-0.2%,[Ag(NH3)2JCl 彡0.03。8.如权利要求7所述的一种替代QT500汽车连杆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7000C以上保温； (3)加入猛Mn、镉Cd、铜Cu和五氰合镍负离子体[Ni(CN)5]3'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)挤压铸造:是指合金液注入浇注系统内，在熔融状态时加压充型、凝固结晶。9.根据权利要求8所述的一种替代QT500汽车连杆的铝合金材料的制备方法，其特征在于:所述挤压铸造，步骤如下: ①过滤后可浇注铸造； ②铸造前应将模具预热，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净； ③采取自动浇注，从炉内g取合金液倒入盛锭筒，将盛锭筒移动到模具浇口，熔融态时挤压成型，保压凝固结晶； ④开模取出产品，自然冷却，锯切冒口、打磨飞边； ⑤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； ⑥内部质量检测； ⑦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560°C以下固溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷； ⑧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； ⑨取样分析测试验证； ⑩实用性能验证。
【文档编号】C22C1/02GK105936991SQ201610492978
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】车云, 门三泉, 张中可
【申请人】贵州华科铝材料工程技术研究有限公司