一种铸造铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铸造铝合金及其制备方法，铸造铝合金成分包括：Si：7.5～8.5%、Cu：2.5～2.7%、Dy：0.35～0.45%、P：0.02～0.04%、Sc：0.1～0.2%、Ti：0.15～0.19%、Mg：0.4～0.8%、Fe≤0.2%、Mn≤0.1%、Zn≤0.1%、Ni≤0.1%，余量为Al，所述百分比为重量百分比。其制备方法包括干燥氩气环境中熔化、熔体旋转喷吹除气处理、浇注、固溶时效处理等步骤。采用本发明专利技术方法制得的铸造铝合金屈服强度高、断后伸长率高、冲击韧性好。

A Cast Aluminum Alloy and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种铸造铝合金及其制备方法
本专利技术涉及一种铸造铝合金及其制备方法。
技术介绍
随着高速机械传送装置的轻量化和结构稳定性要求不断提升，高速机械传输装置内承担高速输送和冲击载荷的链节构件，由于其在传输装置内庞大的数量和高精度的动态运动配合度要求等条件，正面临着降低自身重量和提升塑变抗力的挑战。目前，通过采用铸造铝合金对钢质链节进行材料替代和结构优化设计，基本实现了轻量化要求，但常规铸造铝合金由于其较低的屈服强度与断后伸长率，难以适应链节构件不断提升的动态载荷与冲击载荷下的塑性变形变化。因此，开发一种屈服强度高、断后伸长率高，具有较高冲击韧性值，并且能够进行高效连续生产的铸造铝合金材料，对促进链节构件减重增效，提升高速机械传输装置的整体稳定性技术水平，具有重要的现实意义。尽管文献CN109295352A公开了一种屈服强度高于350MPa的高导电率铝合金及其制备方法，其采用优化铸造成分、半连续铸造和热挤压成形等工艺，实现了室温屈服强度不小于350MPa的铝合金材料制备。但是该材料的制备过程比较复杂，其中的热挤压工序是提升其性能的关键强化步骤，难以通过铸造工艺制备高屈服强度构件，发挥该材料的高力学性能优势。文献CN108559882A公开了一种高屈服强度铝合金的配方及其冶炼关键装备，采用在铝基体中复合添加多种强化合金元素，通过永磁体均匀、快速搅拌熔体与压铸工艺实现材料制备，该材料成分稳定性好、屈服强度可达328MPa，制备工艺合理流畅，能适合于大规模推广应用。但成型后的铝合金断后伸长率很低，这就可能使其在瞬时过载条件下，发生无塑性变形的瞬时脆断现象，基于涉及可靠性等因素，该状态材料一般用于制备承受静载荷的非关重件，难以满足链节构件的复杂和高精度运动配合工况。文献CN106191569公开了一种用干汽车活塞的耐磨高硅铝合金及其制备方法，以硅和铜元素为主要合金相，以铝磷、铝锶和铝稀土合金为变质剂，通过熔炼和浇注成型工艺，得到屈服强度达385MPa，延伸率达14％的高性能铝合金材料。该方法采用磷、锶和稀土元素进行变质处理，其中磷元素主要是细化初晶硅的作用，而锶元素是起到细化共晶硅的效果，当二者同时出现在合金熔体中时，磷元素和锶元素会在熔体局部形成化合物，一定程度上降低锶元素的细化效果，虽然可以通过增加锶元素添加量能够减轻或消除磷、锶元素之间的相互作用，但是这不利于集中熔炼、分批次浇注工艺过程的成本控制。另外，该专利公布的材料抗拉强度为450MPa，未涉及材料的冲击韧性值，合金材料的屈强比约为0.856，如用其制备承受动态冲击的链节构件，存在抗拉强度不足、材料屈强比较高、材料脆性趋势大的问题，难以保证链节构件在实际工况下的复杂多重载荷工作稳定性要求。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于提供一种屈服强度高、断后伸长率高、冲击韧性好的铸造铝合金。为了实现所述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种铸造铝合金，成分包括：Si：7.5～8.5％、Cu：2.5～2.7％、Dy(镝)：0.35～0.45％、P：0.02～0.04％、Sc(钪)：0.1～0.2％、Ti：0.15～0.19％、Mg：0.4～0.8％、Fe≤0.2％、Mn≤0.1％、Zn≤0.1％、Ni≤0.1％，余量为Al，所述百分比为重量百分比。作为优选，前述铸造铝合金由以下成分组成：Si：7.5％、Cu：2.7％、Dy：0.45％、P：0.02％、Sc：0.15％、Ti：0.15％、Mg：0.4％、Fe：0.1％、Mn：0.06％、Zn：0.03％、Ni：0.02％，，余量为Al，所述百分比为重量百分比。本专利技术目的之二在于提供前述铸造铝合金的制备方法。前述铸造铝合金的制备方法，步骤包括：步骤1：将99.98wt％的高纯铝锭、铝10钛中间合金、铝30硅中间合金、99.8wt％纯镁锭分别进行干喷砂处理后预热至300～340℃，将预热后的高纯铝锭、铝10钛中间合金、铝30硅中间合金按合适比例(所述合适比例根据铸造铝合金成分占比计算而得)加入坩埚中，并在干燥氩气环境中升温熔化，得熔体A，熔体A温度控制在690～700℃；步骤2：搅拌熔体A，将预热至300～340℃的99.8wt％纯镁锭加入熔体A中，并在干燥氩气环境中升温熔化，得熔体B，当熔体B温度达730～740℃时，保温16-20分钟；步骤3：采用气体精炼机对熔体B进行高纯氩气旋转喷吹除气处理；作为优选，氩气纯度不低于99.99％，氩气流量为0.16-0.22m3/h，转速为500-540转/分钟，氩气压力为0.3-0.32MPa，处理时间为23-26分钟；步骤4：将熔体B升温至780～790℃，保温10-13分钟；当熔体B开始保温时，将在真空条件下浇铸成形的Al-Cu-P-Sc-Dy预制体置于喷涂有石墨基防护涂料的钢质浇包中，使预制体小端与浇包下壁的开孔部位对齐；预热浇包，直至浇包内表面温度达到420～460℃；步骤5：将浇包没入熔体B表面，缓慢下沉浇包使熔体B由浇包下壁的开孔部位进入浇包内，熔体B进入浇包并逐渐熔化Al-Cu-P-Sc-Dy预制体，得熔体C；随着熔体B的进入，在浇包内外的铝合金熔体表面重合前的0.3至0.5s的时段内(即浇包内的铝合金熔体表面与浇包外的铝合金熔体表面恰好位于同一水平面前的0.3至0.5s时段)，采用塞杆密封浇包下壁的开孔；步骤6：提升浇包，使浇包底部脱离熔体C上表面，并与熔体C上表面保持10～15mm的距离；搅拌熔体C，搅拌时间10-20分钟；步骤7：转移浇包至浇注成形工位，使浇包下部开孔部位与浇口配合，提升塞杆，使熔体C进入模具型腔，完成浇注成型；步骤8：对浇注成形的型体进行固溶时效处理，固溶时效处理完成后的型体先在45～55℃的环境中放置28～32h，然后在170～180℃的时效炉中保温6.5～7.5h，保温结束后，在10～40℃空气中自然冷却；作为优选，固溶处理温度为530～538℃，固溶处理时间为140～165分钟，时效处理过程中的淬火介质为80～86℃的自来水。有益效果：本专利技术方法能够增加合金元素扩散的有效面积，缩短固溶处理时间，本专利技术固溶处理时间仅需140～165分钟，相比于国标规定的8小时固溶处理时间，固溶处理时间缩短了65.63-70.83％；采用本专利技术方法不仅能够在铝合金内部形成二元或三元强化相，阻碍Mg2Si相的长大和聚集，而且能够对铝合金基体和晶界达到双效增强作用；采用本专利技术方法制得的铸造铝合金屈服强度高、断后伸长率高、冲击韧性好，其抗拉强度可达482MPa、屈服强度可达387MPa、断后伸长率可达16.5％；按照GB229-1994金属夏氏比缺口冲击试验方法进行测试，其Akv值可达15.6J/cm2。附图说明图1是本专利技术制备铸造铝合金所用的设备示意图，图中，1-进气口、2-坩埚盖、3-、坩埚、4-第一液位探针、5-内盖、6-搅拌装置、7-提升装置、8-塞杆、9-预制体、10-浇包、11-第二液位探针、12-熔炼炉、13-孔。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本专利技术的内容作出一些简单的替换或调整，均在本专利技术的保护范围之内。实施例1一种铸造铝合金，由以下成分组成：S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铸造铝合金，其特征在于：所述铝合金成分包括：Si：7.5～8.5％、Cu：2.5～2.7％、Dy：0.35～0.45％、P：0.02～0.04％、Sc(钪)：0.1～0.2％、Ti：0.15～0.19％、Mg：0.4～0.8％、Fe≤0.2％、Mn≤0.1％、Zn≤0.1％、Ni≤0.1％，余量为Al，所述百分比为重量百分比。

【技术特征摘要】
1.一种铸造铝合金，其特征在于：所述铝合金成分包括：Si：7.5～8.5％、Cu：2.5～2.7％、Dy：0.35～0.45％、P：0.02～0.04％、Sc(钪)：0.1～0.2％、Ti：0.15～0.19％、Mg：0.4～0.8％、Fe≤0.2％、Mn≤0.1％、Zn≤0.1％、Ni≤0.1％，余量为Al，所述百分比为重量百分比。2.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于：所述铝合金以下成分组成：Si：7.5％、Cu：2.7％、Dy：0.45％、P：0.02％、Sc：0.15％、Ti：0.15％、Mg：0.4％、Fe：0.1％、Mn：0.06％、Zn：0.03％、Ni：0.02％，余量为Al。3.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于：所述铝合金以下成分组成：Si：8.5％、Cu：2.5％、Dy：0.45％、P：0.04％、Sc：0.2％、Ti：0.19％、Mg：0.8％、Fe：0.2％、Mn：0.1％、Zn：0.1％、Ni：0.1％，余量为Al。4.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于：所述铝合金以下成分组成：Si：7.8％、Cu：2.6％、Dy：0.42％、P：0.035％、Sc：0.1％、Ti：0.17％、Mg：0.65％、Fe：0.11％、Mn：0.08％、Zn：0.06％、Ni：0.04％，余量为Al。5.如权利要求1-4任一项所述的铸造铝合金的制备方法，其特征在于步骤包括：步骤1：将99.98wt％的高纯铝锭、铝10钛中间合金、铝30硅中间合金、99.8wt％纯镁锭分别进行干喷砂处理后预热至300～340℃，将预热后的高纯铝锭、铝10钛中间合金、铝30硅中间合金按合适比例加入坩埚中，并在干燥氩气环境中升温熔化，得熔体A，熔体A温度控制在690～700℃；步骤2：搅拌熔体A，将预热至300～340...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，万元元，赵高瞻，陶健全，邢志辉，胡传凯，李明，黄志伟，柴舒心，王艳彬，吴帅，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50