CN105463274B - 一种耐磨铝合金的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨铝合金的生产方法，由以下按照质量百分比的成分组成：铁3.2‑4.15%、锌10.2‑11.2%、铜9.66‑10.15%、铱1.25‑1.5%、钨0.44‑0.62%、铒0.28‑0.35%、钌1.02‑1.22%，钴0.33‑0.89%，余量为铝。经过真空熔炼、精炼、压铸、热处理、时效等制得铝合金。本发明中各成分及含量的合理配置，保证铝合金具有足够的力学性能，特别是适用于重载、高温使用环境下的力学性能，同时优化选取了压铸的工艺参数和精炼时惰性气体压力参数，提高其合金力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐磨铝合金的生产方法，属于合金制造领域。
背景技术
压铸件是一种压力铸造的零件，是使用装好铸件模具的压力铸造机械压铸机，将加热为液态的铜、锌、铝或锌合金等金属浇入压铸机的入料口，经压铸机压铸，铸造出模具限制的形状和尺寸的铜、锌、铝零件或锌合金零件，这样的零件通常就被叫做压铸件。压铸件在不同的地方有不同的叫法，如压铸零件、压力铸件、压铸件、压铸铝、压铸锌件、压铸铜件、铜压铸件、锌压铸件、铝压铸件铝压铸件、铝压合金铸件、锌合金压铸零件等。由于金属铜、锌、铝及锌合金具有很好的流动性和可塑性，而且铸造加工是在有压力的压铸机中铸造，因此铝压铸件可以做出各种较复杂的形状，也可作出较高的精度和光洁度，从而很大程度的减少了铸件的机械加工量和金属铜、锌、铝或锌合金的铸造余量，不仅节约了电力、金属材料、还大大节约了劳动成本；而铜、锌、铝及锌合金具有优良的导热性，较小的比重和高可加工性；从而压铸件被广泛应用于汽车制造、内燃机生产、摩托车制造、电动机制造、油泵制造、传动机械制造、精密仪器、园林美化、电力建设、建筑装饰等各个行业。
现有压铸用合金材料通常包括铝、铁、铜、锌等成分，由于合金中各元素的含量不同，因此各元素在合金中空间分布差异较大，导致各合金综合性能不同，特别是力学性能上差异较大。铸造过程容易出现疏松、偏析等缺陷，并且其使用温度也较低，常常由于重载条件下摩擦磨损所产生的大量放热使得零部件温度过热而难以使用。
发明内容
为克服上述不足，本发明目的提供一种适用于高温重载工作的铝合金的生产方法，该铝合金硬度高、耐磨性好。
本发明的方案如下：一种的耐磨铝合金的制备方法，由以下按照质量百分比的成分组成：铁3.2-4.15%、锌10.2-11.2%、铜9.66-10.15%、铱1.25-1.5%、钨0.44-0.62%、铒0.28-0.35%、钌1.02-1.22%，钴0.33-0.89%，余量为铝。
包括以下步骤：
1）将铁、锌、铜、钨、铝、依放入真空熔炼炉坩埚中，抽真空至8×10-2Pa以上，开始升温，待温度升至840-950℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入惰性气体至4×104Pa；然后继续升温至1250-1320℃，形成合金液，在合金液中充入惰性气体并搅拌30-40分钟，将合金液冷却，得到中间合金；
2）将中间合金与铒、钌、钴加入到真空熔炼炉坩埚中，抽真空至8×10-2Pa以上，开始升温，待温度升至840-950℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入惰性气体至4×104Pa；然后继续升温至1250-1320℃，待合金完全溶解，精炼静置25-35分钟后，检验熔体成分合格后即得精炼液；
3）将精炼液降温至650-700℃后压铸到经过预热至250-275℃的模具型腔中，其中充型开始时的精炼液熔体流速为0.35m/s、铸造压力为77MPa，充型率超过62％后，提高精炼液的熔体流速至2.1m/s、铸造压力为102MPa，直至充型压铸结束；
4）热处理：将压铸铸件在415℃条件下均匀化28-32h后水淬至室温后，再升温至165-175℃进行12-15h的时效处理，即得铝合金。
进一步，由以下按照质量百分比的成分组成：
铁3.55-4.05%、锌10.35-10.89%、铜9.87-10.02%、铱1.33-1.48%、钨0.52-0.59%、铒0.29-0.33%、钌1.08-1.17%，钴0.42-0.75%，余量为铝。
进一步，由以下按照质量百分比的成分组成：铁3.89%、锌10.65%、铜9.99%、铱1.42%、钨0.57%、铒0.31%、钌1.12%，钴0.55%，余量为铝。
本发明中各成分及含量的合理配置，保证铝合金具有足够的力学性能，特别是适用于重载、高温使用环境下的力学性能，同时优化选取了压铸的工艺参数和精炼时惰性气体压力参数，提高其合金力学性能。本发明不但具有优异的常温力学性能，即便在超过150℃的条件下仍能满足使用要求，特别适用于制备高温重载工作条件下的压铸件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种耐磨铝合金，由以下按照质量百分比的成分组成：铁3.89%、锌10.65%、铜9.99%、铱1.42%、钨0.57%、铒0.31%、钌1.12%，钴0.55%，余量为铝。
一种的耐磨铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1）将铁、锌、铜、钨、铝、依放入真空熔炼炉坩埚中，抽真空至8×10-2Pa以上，开始升温，待温度升至865℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入惰性气体至4×104Pa；然后继续升温至1280℃，形成合金液，在合金液中充入惰性气体并搅拌35分钟，将合金液冷却，得到中间合金；
2）将中间合金与铒、钌、钴加入到真空熔炼炉坩埚中，抽真空至8×10-2Pa以上，开始升温，待温度升至865℃℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入惰性气体至4×104Pa；然后继续升温至1280℃，待合金完全溶解，精炼静置26分钟后，检验熔体成分合格后即得精炼液；
3）将精炼液降温至680℃后压铸到经过预热至260℃的模具型腔中，其中充型开始时的精炼液熔体流速为0.35m/s、铸造压力为77MPa，充型率超过62％后，提高精炼液的熔体流速至2.1m/s、铸造压力为102MPa，直至充型压铸结束；
4）热处理：将压铸铸件在415℃条件下均匀化30h后水淬至室温后，再升温至170℃进行13h的时效处理，即得铝合金。
实施例2
一种压铸用的锌合金，由以下按照质量百分比的成分组成：铁3.99%、锌10.65%、铜10 %、铱1.35%、钨0.56%、铒0.315%、钌1.12%，钴0.51%，余量为铝。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种耐磨铝合金，由以下按照质量百分比的成分组成：铁3.56%、锌10.45%、铜9.85%、铱1.38%、钨0.48%、铒0.31%、钌1.09%，钴0.55%，余量为铝。
制备方法同实施例1。
实施例4
一种耐磨铝合金，由以下按照质量百分比的成分组成：
铁4.12%、锌11.1%、铜9.97%、铱1.41%、钨0.5%、铒0.29%、钌1.12%，钴0.52%，余量为铝。
制备方法同实施例1。
实施例5
一种耐磨铝合金，由以下按照质量百分比的成分组成：
铁3.89%、锌10.99%、铜9.66-10.15%、铱1.25-1.5%、钨0.461%、铒0.33%、钌1.11%，钴0.69%，余量为铝。
制备方法同实施例1。
对比例1
不含铒，其余成分及含量与实施例1一致。
对比例2
不含钌，其余成分及含量与实施例1一致。
对比例3
不含钴，其余成分及含量与实施例1一致。
对比例4
不含铒、钌、钴，其余成分及含量与实施例1一致。
制得的合金体系的强度和硬度的结果如表1所示。
表1
由表1的结果可知，铒、钌、钴对于合金体系的强度和硬度具有重要的影响，不含铒、钌、钴这三种成分，造成合金体系整体平衡的破坏而影响其他合金元素的效能，导致高温强度的明显不足。铒、钌、钴的添加缺少其中一种成分，会导致合金体系的室温强度都不能满足使用的要求。铒、钌、钴发挥了稳定合金体系组织，避免由于热处理、时效以及重载、高温使用环境所导致的锌合金体系力学性能的恶化，可以看出二者协同能够发挥最大的稳定作用。
本发明具有优异的力学性能，特别是能够在重载、高温使用环境下依然保持足够的机械强度和硬度。
对比例5-8，合金的化学成分与实施例1相同，主要考察了压铸过程中的工艺参数的最优化选择，参数的选取以及性能结果参见表 2。
虽然压铸过程中采用低速、高速两种不同的熔体流速以控制气孔等缺陷是本领域中公知的技术，但由表 2的结果可知，如何选择熔体流速和铸造压力还是有很大的影响。
对于本发明的低速阶段的熔体流速和铸造压力，应当控制熔体流速在0.35m/s，较低的熔体流速会导致熔体降温过快而影响熔体的压铸性能，从而最终恶化合金的力学性能，并且也不利于生产效率的提高。而较高的熔体流速则会导致湍流的出现而容易卷入气体和氧化物夹杂，同时会导致局部熔体的快速凝固而产生气孔等缺陷。铸造压力的增大能够明显改善材料的力学性能，主要是压力增大所产生的合金致密性的提高和缺陷的减少，为了保证这一效果，本发明的铸造压力为77MPa。
对于高速阶段的熔体流速和铸造压力，应当控制熔体流速为2.1m/s，铸造压力为102MPa，其对于压铸过程和合金力学性能的影响与低速阶段的类似，不再赘述。本发明具有最适于其的压铸工艺参数，有违于最优化参数的都可能导致合金性能的下降。
表2
对比例9-10，合金的化学成分与实施例1相同，主要考察了精炼时惰性气体压力的最优化选择，参数的选取以及性能结果参见表3。
表3
由表3的结果可知，惰性气体压力不能过低，不能起到作用而获得稳定的力学性能，而过高的惰性气体压力则会影响合金的硬度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种耐磨铝合金的生产方法，其特征在于，由以下按照质量百分比的成分组成：
铁3.2-4.15%、锌10.2-11.2%、铜9.66-10.15%、铱1.25-1.5%、钨0.44-0.62%、铒0.28-0.35%、钌1.02-1.22%，钴0.33-0.89%，余量为铝；
包括以下步骤：
1）将铁、锌、铜、钨、铝、依放入真空熔炼炉坩埚中，抽真空至8×10-2Pa以上，开始升温，待温度升至840-950℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入惰性气体至4×104Pa；然后继续升温至1250-1320℃，形成合金液，在合金液中充入惰性气体并搅拌30-40分钟，将合金液冷却，得到中间合金；
2）将中间合金与铒、钌、钴加入到真空熔炼炉坩埚中，抽真空至8×10-2Pa以上，开始升温，待温度升至840-950℃后，停止抽真空并向真空熔炼炉中充入惰性气体至4×104Pa；然后继续升温至1250-1320℃，待合金完全溶解，精炼静置25-35分钟后，检验熔体成分合格后即得精炼液；
3）将精炼液降温至650-700℃后压铸到经过预热至250-275℃的模具型腔中，其中充型开始时的精炼液熔体流速为0.35m/s、铸造压力为77MPa，充型率超过62％后，提高精炼液的熔体流速至2.1m/s、铸造压力为102MPa，直至充型压铸结束；
4）热处理：将压铸铸件在415℃条件下均匀化28-32h后水淬至室温后，再升温至165-175℃进行12-15h的时效处理，即得铝合金。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨铝合金的生产方法，其特征在于，耐磨铝合金，由以下按照质量百分比的成分组成：
铁3.55-4.05%、锌10.35-10.89%、铜9.87-10.02%、铱1.33-1.48%、钨0.52-0.59%、铒0.29-0.33%、钌1.08-1.17%，钴0.42-0.75%，余量为铝。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨铝合金的生产方法，其特征在于，耐磨铝合金，由以下按照质量百分比的成分组成：
铁3.89%、锌10.65%、铜9.99%、铱1.42%、钨0.57%、铒0.31%、钌1.12%，钴0.55%，余量为铝。
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