提高Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能的方法

摘要

一种提高Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能的方法，应用于压铸生产中对Al-Si-Cu系压铸合金液的在线调质处理，该方法包括以下步骤：(1)在Al-Si-Cu系压铸合金液中加入606X系列变形铝合金废料，降低Al-Si-Cu系压铸合金液的锌含量；(2)加入除气打渣剂进行除气打渣；(3)加入硅剂、铜剂及锰剂，调整Al-Si-Cu系压铸合金液中硅、铜及锰的含量；(4)加入除气打渣剂进行除气打渣；(5)加入Al-Sr中间合金，细化Al-Si-Cu系压铸合金的晶粒度。本发明提高Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能的方法成本较低、安全性高，大幅提高了Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能。

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种提高铝合金的机械性能的方法，特别涉及一种提高Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能的方法。

【背景技术】

Al-Si-Cu系压铸合金是目前工业上用量最多的压铸铝合金系列，常用的有日本的ADC12、欧洲的AlSi12Cu及我国的ZL107等。由于Al-Si-Cu系压铸合金具有良好的机械性能和工艺性能，此类合金被广泛应用于无线电通讯、仪器仪表、汽车及家用电器等结构件的压铸成型中。

目前国内Al-Si-Cu系压铸合金在通常压铸生产条件下，由于以下因素的影响会造成其机械性能的下降：1、合金液中锌含量偏高；2、合金液中氢含量和杂质含量随着熔炉使用时间的增长而累积；3、压铸件的晶粒度不够细小。

针对合金液中锌含量偏高的问题，现有技术的解决方法主要有两种：一种是掺入纯铝进行稀释；还有一种是通过蒸馏的方法除去部分锌，例如专利200910082143中公开的一种再生铝的除锌方法。这两种方法的主要缺陷在于生产成本较高。

针对合金液中氢含量和杂质含量累积的问题，现有技术主要采用吸附精炼法，主要包括通入氮气、氩气、氯气或者混合气体精炼等方法，其基本原理是通过向压铸合金液内吹入气体然后利用这些小气泡在上浮过程中吸附氢气和氧化夹杂物，并夹带到压铸合金液面而实现除气和去渣。但是由于吸附精炼法降低合金液中氢含量和杂质含量的效果不明显，且降低了生产的安全性，大部分压铸企业都没有实际应用。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能的方法，该方法成本较低、安全性高、效果显著。

为了达到上述目的，本发明提供一种提高Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能的方法，应用于压铸生产中对Al-Si-Cu系压铸合金液的在线调质处理，该方法包括以下步骤：

(1)在Al-Si-Cu系压铸合金液中加入606X系列变形铝合金废料；

(2)加入除气打渣剂进行除气打渣；

(3)加入硅剂、铜剂及锰剂；

(4)加入除气打渣剂进行除气打渣；

(5)加入Al-Sr中间合金，细化Al-Si-Cu系压铸合金的晶粒度。

较佳地，所述步骤(1)中，加入606X系列变形铝合金废料的目的是减小Al-Si-Cu系压铸合金液中的锌含量，其加入量为所有调质处理步骤完成后的最终Al-Si-Cu系压铸合金液的30～50％。

较佳地，所述步骤(1)中，该606X系列变形铝合金废料为6063铝合金废料。

较佳地，所述步骤(1)中，该606X系列变形铝合金废料的加入方式为分成多次加入，防止一次加入量过大造成Al-Si-Cu系压铸合金液降温过快而凝固。

较佳地，所述步骤(1)中，该606X系列变形铝合金废料在加入前，需将该Al-Si-Cu系压铸合金液加热升温至720℃，在该606X系列变形铝合金废料加入过程中停止加热，边熔化边搅拌，加入完毕继续加热。

较佳地，所述步骤(3)中，加入硅剂、铜剂及锰剂前，需将该Al-Si-Cu系压铸合金液加热升温至720℃，在硅剂、铜剂及锰剂的加入过程中停止加热，边熔化边搅拌，加入完毕继续加热。

本发明通过加入606X系列变形铝合金废料、硅剂、铜剂、锰剂、除气打渣剂及Al-Sr变质剂等工艺，对Al-Si-Cu系压铸合金液进行在线调质处理，降低了Al-Si-Cu系压铸合金中的锌含量，同时减少了氢含量和杂质含量，细化了Al-Si-Cu系压铸合金的显微组织，从而大幅提高了Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能。本发明提高Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能的方法成本较低、安全性高，大幅提高了Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能。

【附图说明】

图1为本发明提高Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能的方法的工艺流程图。

【具体实施方式】

下方结合实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图1所示，其绘示本发明提高Al-Si-Cu系压铸合金的机械性能的方法的工艺流程图。

实施例1

本实施例采用500公斤容量的铝合金熔炉进行熔炼，正常压铸生产温度为650℃。

Al-Si-Cu系压铸合金材料：ADC12合金，市售。

其他材料：6063变形铝合金废料、硅剂、铜剂、锰剂、除气打渣剂及Al-Sr中间合金，均为市售。6063铝合金废料的各元素含量按重量分数表示为：

Si：0.6％；

Fe：0.7％；

Cu：0.04％；

Zn：0.07％；

Mn：0.05％；

Mg：0.62％；

余量为Al。

步骤101：当熔炉内剩余ADC12合金液350公斤时，取合金液样品测得各元素含量按重量分数表示为：

Si：10.44％；

Fe：0.97％；

Cu：1.70％；

Zn：0.74％；

Mn：0.19％；

Mg：0.18％；

余量为Al。

ADC12合金样品在重力压铸条件下，测得其抗拉强度为206.5MPa，其屈服强度为102.4MPa，其延伸率为1.9％。将ADC12合金液的温度升至720℃，加入150公斤6063铝合金废料，分成三次加入，每次约50公斤。

每次投料过程中停用燃烧器加热，边熔化边搅拌，投料完毕重启燃烧器加热，以使合金液温度达到720℃。

步骤102：当全部6063铝合金废料投料完毕且合金液温度加热至650℃时，加入2公斤除气打渣剂进行搅拌除气和打渣作业，除去合金液中的氢气和氧化物杂质，打渣完毕测试合金液的各元素含量按重量分数表示为：

Si：7.49％；

Fe：0.89％；

Cu：1.20％；

Zn：0.54％；

Mn：0.15％；

Mg：0.21％；

余量为Al。

步骤103：以上调质措施已将ADC12合金液中的锌含量由原来的0.74％降低到0.54％；但是，同时其它有用元素如Si、Cu、Mn等的含量也有所降低。为此，再加入26公斤硅剂、4.5公斤铜剂、1公斤锰剂，调整合金液中的Si、Cu、Mn的含量。

步骤104：各种金属元素助剂加入完毕，将合金液升温至650℃，加入2公斤除气打渣剂进行搅拌除气和打渣作业，除去合金液中的氢气和氧化物杂质，打渣完毕测试合金液的各元素含量按重量分数表示为：

Si：10.66％；

Fe：0.85％；

Cu：1.74％；

Zn：0.52％；

Mn：0.26％；

Mg：0.19％；

余量为Al。

步骤105：加入2公斤Al-Sr中间合金，搅拌均匀，取样测得最终的合金液中各元素的含量按重量分数表示为：

Si：10.62％；

Fe：0.85％；

Cu：1.73％；

Zn：0.51％；

Mn：0.26％；

Mg：0.18％；

Sr：0.029％；

余量为Al。

全部调质完成后，在重力压铸条件下测得最终的ADC12合金的机械性能与调质前的机械性能对比见表1。

表1.调质前后ADC12合金的机械性能对比

实施例2

Al-Si-Cu系压铸合金材料：AlSi12Cu合金，市售。

其它实验材料及实验设备与实施例1相同。

步骤201：当熔炉内剩余AlSi12Cu合金液300公斤时，取合金液样品测得各元素含量按重量分数表示为：

Si：11.8％；

Fe：0.63％；

Cu：0.85％；

Zn：0.48％；

Mn：0.27％；

Mg：0.22％；

余量为Al。

AlSi12Cu合金样品在重力压铸条件下，测得其抗拉强度为202.4MPa，其屈服强度为109.5MPa，其延伸率为1.7％。将AlSi12Cu合金液的温度升至720℃，加入200公斤6063铝合金废料，分成四次加入，每次约50公斤。每次投料过程中停用燃烧器加热，边熔化边搅拌，投料完毕重启燃烧器加热，以使合金液温度达到720℃。

步骤202：当全部6063铝合金废料投料完毕且合金液温度加热至650℃时，加入2公斤除气打渣剂进行搅拌除气和打渣作业，除去合金液中的氢气和氧化物杂质，打渣完毕测试合金液的各元素含量按重量分数表示为：

Si：7.32％；

Fe：0.66％；

Cu：0.53％；

Zn：0.32％；

Mn：0.18％；

Mg：0.21％；

余量为Al。

步骤203：以上调质措施已将AlSi12Cu合金液中的锌含量由原来的0.48％降低到0.32％；但是，同时其它有用元素如Si、Cu、Mn等的含量也有所降低。为此，再加入32公斤硅剂、4公斤铜剂、1公斤锰剂，调整合金液中的Si、Cu、Mn的含量。

步骤204：各种金属元素助剂加入完毕，将合金液升温至650℃，加入2公斤除气打渣剂进行搅拌除气和打渣作业，除去合金液中的氢气和氧化物杂质，打渣完毕测试合金液的各元素含量按重量分数表示为：

Si：11.59％；

Fe：0.62％；

Cu：0.89％；

Zn：0.30％；

Mn：0.26％；

Mg：0.19％；

余量为Al。

步骤205：加入2公斤Al-Sr中间合金，搅拌均匀，取样测得最终的合金液中各元素的含量按重量分数表示为：

Si：11.55％；

Fe：0.62％；

Cu：0.88％；

Zn：0.30％；

Mn：0.26％；

Mg：0.18％；

Sr：0.025％；

余量为Al。

全部调质完成后，在重力压铸条件下测得最终的ADC12合金的机械性能与调质前的机械性能对比见表2。

表2.调质前后AlSi12Cu合金的机械性能对比

实施例3

实验材料及实验设备与实施例1相同。

步骤301：当熔炉内剩余ADC12合金液240公斤时，取合金液样品测得各元素含量按重量分数表示为：

Si：10.52％；

Fe：0.95％；

Cu：1.73％；

Zn：0.75％；

Mn：0.20％；

Mg：0.19％；

余量为Al。

ADC12合金样品在重力压铸条件下，测得其抗拉强度为205.9MPa，其屈服强度为102.7MPa，其延伸率为2.0％。将ADC12合金液的温度升至720℃，加入250公斤6063铝合金废料，分成五次加入，每次约50公斤。每次投料过程中停用燃烧器加热，边熔化边搅拌，投料完毕重启燃烧器加热，以使合金液温度达到720℃。

步骤302：当全部6063铝合金废料投料完毕且合金液温度加热至650℃时，加入2公斤除气打渣剂进行搅拌除气和打渣作业，除去合金液中的氢气和氧化物杂质，打渣完毕测试合金液的各元素含量按重量分数表示为：

Si：5.46％；

Fe：0.82％；

Cu：0.87％；

Zn：0.40％；

Mn：0.12％；

Mg：0.21％；

余量为Al。

步骤303：以上调质措施已将ADC12合金液中的锌含量由原来的0.75％降低到0.40％；但是，同时其它有用元素如Si、Cu、Mn等的含量也有所降低。为此，再加入32公斤硅剂、4公斤铜剂、1公斤锰剂，调整合金液中的Si、Cu、Mn的含量。

步骤304：各种金属元素助剂加入完毕，将合金液升温至650℃，加入2公斤除气打渣剂进行搅拌除气和打渣作业，除去合金液中的氢气和氧化物杂质，打渣完毕测试合金液的各元素含量按重量分数表示为：

Si：10.69％；

Fe：0.77％；

Cu：1.84％；

Zn：0.38％；

Mn：0.23％；

Mg：0.19％；

余量为Al。

步骤305：加入2公斤Al-Sr中间合金，搅拌均匀，取样测得最终的合金液中各元素的含量按重量分数表示为：

Si：10.65％；

Fe：0.76％；

Cu：1.84％；

Zn：0.37％；

Mn：0.23％；

Mg：0.18％；

Sr：0.029％；

余量为Al。

全部调质完成后，在重力压铸条件下测得最终的ADC12合金的机械性能与调质前的机械性能对比见表3。

表3.调质前后AlSi12Cu合金的机械性能对比

需指出的是，本发明不限于上述实施方式，任何熟悉本专业的技术人员基于本发明技术方案对上述实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，都落入本发明的保护范围内。