專利名稱：一種直接擠壓鑄造的高強(qiáng)度鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金材料，具體是指一種直接擠壓鑄造的高強(qiáng)度鋁合金。
背景技術(shù)：
鑄造鋁合金作為傳統(tǒng)的金屬材料，具有密度低、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，在航空、航天、汽車、機(jī)械等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，在許多場(chǎng)合對(duì)鑄造鋁合金的性能要求越來越高。其中高強(qiáng)度鑄造鋁合金的發(fā)展是其中一個(gè)非常重要的方面。因此，國(guó)內(nèi)外一直致力于通過優(yōu)化合金設(shè)計(jì)和改進(jìn)鑄造工藝來開發(fā)低成本、高強(qiáng)度的鑄造鋁合金。
擠壓鑄造是一種介于鑄造和鍛造之間的成形工藝，兼有鑄造和鍛造的優(yōu)點(diǎn)。特別是直接擠壓鑄造，更容易在鑄造成形過程中使鑄件產(chǎn)生足夠的塑性變形。擠壓鑄造主要針對(duì)輕合金的成形技術(shù)，可獲得內(nèi)部組織致密、晶粒細(xì)小、表面光潔的優(yōu)質(zhì)擠壓鑄造件。具有廣泛的適用性、技術(shù)上的領(lǐng)先性和經(jīng)濟(jì)上的低成本，是一種獲得高性能鑄件的重要液態(tài)成形技術(shù)。
然而，在高強(qiáng)度鑄造鋁合金的發(fā)展過程中，研制工作還不夠深入，比較成熟的合金牌號(hào)仍非常有限，目前比較典型的合金有法國(guó)牌號(hào)的A-U5GT合金、美國(guó)鋁協(xié)會(huì)牌號(hào)的A201.0和206.0合金。我國(guó)的典型牌號(hào)有ZL205A合金。這些高強(qiáng)度鑄造鋁合金都屬于Al-Cu系。上述鑄造鋁合金雖然具有較高的強(qiáng)度，但這些合金的鑄造性能較差，具體表現(xiàn)為熱裂傾向大、流動(dòng)性較差、補(bǔ)縮困難。因此，目前主要采用砂型鑄造工藝，大大限制了材料性能潛力的發(fā)揮。此外，上述合金為了獲得良好的性能，對(duì)雜質(zhì)元素含量的控制非常嚴(yán)格，如A-U5GT合金和A201.0要求鐵控制在0.1％以下，硅控制在0.05％以下；ZL205A合金要求鐵控制在0.15％以下，硅控制在0.06％以下。因此要求作為原材料的鋁錠需采用鋁含量大于99.9％的工業(yè)高純鋁錠，此外鑄造工藝要求也非常嚴(yán)格。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有高強(qiáng)度鑄造鋁合金的不足之處，通過優(yōu)化合金成分設(shè)計(jì)和改進(jìn)鑄造工藝來開發(fā)一種低成本的直接擠壓鑄造高強(qiáng)度鋁合金。
一種直接擠壓鑄造的高強(qiáng)度鋁合金，其特征在于采用直接擠壓鑄造技術(shù)，并采用淬火及完全人工時(shí)效熱處理工藝制備的高強(qiáng)度鋁合金；其主要成分及其質(zhì)量百分比含量為銅4.0～5.0％；鎂1.0～2.0％；錳0.4～0.8％；微量合金強(qiáng)化元素0.21～0.85％，其成分及其質(zhì)量百分比含量為鈦0.05～0.25％，硼0.01～0.05％，釩0.05～0.20％，鋯0.05～0.20％，混合稀土0.05～0.15％；其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)，其中元素鐵控制在0.2％以下，硅控制在0.1％以下。
上述直接擠壓鑄造的擠壓比壓不低于50MPa。
該合金與國(guó)內(nèi)外同類合金相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的合金材料具有很高的強(qiáng)度和較好的塑性。例如，在擠壓比壓為75MPa，淬火+完全人工時(shí)效(T6)熱處理?xiàng)l件下，本發(fā)明合金材料的典型力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度為520MPa，伸長(zhǎng)率7.9％，適合于制造承受重載的鋁合金結(jié)構(gòu)件。
2、在直接擠壓鑄造工藝條件下，本發(fā)明的合金材料對(duì)雜質(zhì)元素含量的控制要求比A-U5GT、ZL205A等高強(qiáng)度鑄造鋁合金低，只要求雜質(zhì)元素鐵控制在0.2％以下，硅控制在0.1％以下，因此可以采用99.8％工業(yè)純鋁錠為原材料，并且鑄造工藝要求也相對(duì)降低。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，本發(fā)明實(shí)施方式不僅限于此。
鋁鈦硼合金5％Ti，1％B 2％鋁稀土合金10％RE 1％步驟二熔煉合金在石墨坩堝電阻爐中熔煉。鋁錳合金、鋁鋯合金、鋁釩合金與純鋁同時(shí)室溫裝爐；720℃下加鋁銅合金；740℃下加鋁鈦硼合金后攪拌3min。用商用固體精煉劑在730～740℃下精煉除氣，靜置8min，除渣，加少量覆蓋劑，加純鎂和鋁稀土合金，靜置5min，攪拌均勻后在730℃下澆注。
步驟三擠壓鑄造擠壓鑄造用壓機(jī)為100噸四柱液壓機(jī)，在直接擠壓鑄造模具上進(jìn)行，擠壓比壓分別為25，50，75，100MPa，擠壓速度為0.03～0.06m/s，保壓30s左右，鑄件直徑80mm，厚30mm。
步驟四熱處理將鑄件切割成條形方塊進(jìn)行熱處理，熱處理爐為帶鼓風(fēng)機(jī)的電阻爐，溫控精度±1℃。采用的熱處理工藝為T6，具體參數(shù)為480℃固溶處理1小時(shí)后，490℃固溶處理8小時(shí)，室溫水淬，然后在190℃下時(shí)效6小時(shí)。
通過上述步驟獲得的鋁合金材料除含鋁外，還含有銅4.5wt％，鎂1.4wt％，錳0.6wt％，鈦0.1wt％、硼0.02wt％、釩0.10wt％、鋯0.1wt％，鐵0.17wt％，硅0.06wt％。不同比壓下合金材料的力學(xué)性能如表1所示。
表1不同擠壓比壓下的合金力學(xué)性能

實(shí)施例二步驟一配料成分 規(guī)格 質(zhì)量百分比用量純鋁錠 Al99.8 72.5％鋁銅合金 50％Cu 8％鋁錳合金 10％Mn 8％純鎂錠 2.0％鋁鋯合金 10％Zr 2％
鋁釩合金 4％V 5％鋁鈦硼合金5％Ti，1％B 1％鋁稀土合金10％RE 1.5％步驟二熔煉，步驟三擠壓鑄造，步驟四熱處理與實(shí)施例一相同。
通過上述步驟獲得的合金材料除含鋁外，還含銅4.0wt％，鎂2.0wt％％，錳0.8wt％，鈦0.05wt％、硼0.01wt％、釩0.2wt％、鋯0.2wt％，鐵0.12wt％，硅0.05wt％。不同比壓下合金材料的力學(xué)性能如表2所示。
表2不同擠壓比壓下的合金力學(xué)性能

實(shí)施例三步驟一配料成分 規(guī)格 質(zhì)量百分比用量純鋁錠 Al99.8 77.75％鋁銅合金 50％Cu 10％鋁錳合金 10％Mn 4％純鎂錠 1.0％鋁鋯合金 10％Zr 0.5％鋁釩合金 4％V 1.25％鋁鈦硼合金 5％Ti，1％B5％鋁稀土合金 10％RE 0.5％步驟二熔煉，步驟三擠壓鑄造，步驟四熱處理與實(shí)施例一相同。
通過上述步驟獲得的合金材料除含鋁外，還含銅5.0wt％，鎂1.0wt％，錳0.4wt％，鈦0.25wt％、硼0.05wt％、釩0.05wt％、鋯0.05wt％，鐵0.18wt％，硅0.08wt％。不同比壓下合金材料的力學(xué)性能如表3所示。
表3不同擠壓比壓下的合金力學(xué)性能


權(quán)利要求
1.一種直接擠壓鑄造的高強(qiáng)度鋁合金，其特征在于采用直接擠壓鑄造技術(shù)，并采用淬火及完全人工時(shí)效熱處理工藝制備的高強(qiáng)度鋁合金；其主要成分及其質(zhì)量百分比含量為銅4.0～5.0％，鎂1.0～2.0％，錳0.4～0.8％，微量合金強(qiáng)化元素0.21～0.85％，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接擠壓鑄造的高強(qiáng)度鋁合金，其特征在于直接擠壓鑄造的擠壓比壓不低于50MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接擠壓鑄造的高強(qiáng)度鋁合金，其特征在于所添加的微量合金強(qiáng)化元素為鈦、硼、釩、鋯、混合稀土，其成分及其質(zhì)量百分比含量為鈦0.05～0.25％，硼0.01～0.05％，釩0.05～0.20％，鋯0.05～0.20％，混合稀土0.05～0.15％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接擠壓鑄造的高強(qiáng)度鋁合金，其特征在于雜質(zhì)元素鐵控制在0.2％以下，硅控制在0.1％以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁合金材料，具體是指一種直接擠壓鑄造的高強(qiáng)度鋁合金。其主要成分及其質(zhì)量百分比含量為銅4.0～5.0％，鎂1.0～2.0％，錳0.4～0.8％，微量合金強(qiáng)化元素鈦0.05～0.25％，硼0.01～0.05％，釩0.05～0.20％，鋯0.05～0.20％，混合稀土0.05～0.15％，其余為鋁和不可避免的微量雜質(zhì)，其中雜質(zhì)元素鐵控制在0.2％以下，硅控制在0.1％以下。經(jīng)直接擠壓鑄造和淬火+完全人工時(shí)效的方法制備的鋁合金具有可熱處理強(qiáng)化、強(qiáng)度高、成本低等特點(diǎn)，適合于制造承受重載的鋁合金結(jié)構(gòu)件。
文檔編號(hào)B22D17/00GK1740364SQ20051003710
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
發(fā)明者李元元, 張明, 張衛(wèi)文, 趙海東, 陳維平, 羅宗強(qiáng), 李彥霞 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)