一種消失模鑄造鋁合金材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種消失模鑄造鋁合金材料及其制備方法，該材料的化學成分重量百分比組成為：Si：10.0-11.0％，Cu：0.6-1.0％，Mg：0.3-0.5％，Mn：0.1-0.5％，Ti：0.1-0.2％，Zr：0.05-0.1％，Sr：0.02-0.05％，RE：0.02-0.05%，其余為Al和不可避免的限制雜質。本發明專利技術具有以下特點：消除了合金粗大組織引起的力學性能的降低，提高合金的力學性能；通過提高合金中硅含量和強化元素Cu、Mg的含量，縮小合金的結晶溫度范圍，提高了鋁合金消失模鑄造的充型能力；制備工藝滿足工業化放大生產要求，并且能保障前述的兩點技術效果的全面體現。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了，該材料的化學成分重量百分比組成為：Si：10.0-11.0％，Cu：0.6-1.0％，Mg：0.3-0.5％，Mn：0.1-0.5％，Ti：0.1-0.2％，Zr：0.05-0.1％，Sr：0.02-0.05％，RE：0.02-0.05%，其余為Al和不可避免的限制雜質。本專利技術具有以下特點：消除了合金粗大組織引起的力學性能的降低，提高合金的力學性能；通過提高合金中硅含量和強化元素Cu、Mg的含量，縮小合金的結晶溫度范圍，提高了鋁合金消失模鑄造的充型能力；制備工藝滿足工業化放大生產要求，并且能保障前述的兩點技術效果的全面體現。【專利說明】
本專利技術涉及輕金屬材料領域，具體地說是。
技術介紹
消失模鑄造(LostFoam Casting,簡稱 LFC)是美國人 Shroyer H F 于 1956 年首先試驗成功、并在1958年以專利形式公布于世。消失模鑄造的基本原理是采用與所需鑄件形狀完全相同的泡沫塑料模代替鑄模進行造型，泡沫模樣不取出呈實體鑄型，澆入金屬液使其汽化形成鑄件。1960s年代初，美國人Smith T R專利技術了無粘接劑的干砂消失模鑄造；1969年日本秋田株氏會社和長野縣工業試驗所專利技術真空密封造型法，其負壓干砂緊實技術被迅速引入到消失模鑄造中。與傳統的砂型鑄造相比，消失模鑄造取消了混砂、制芯工序，省去了傳統造型工序中分箱、起模、修型、組芯與下芯、合箱等操作，大大簡化了落砂、鑄件清理及砂處理工序，因而縮短了生產周期；同時負壓下鑄型剛度大，鑄鐵件易于實現自補縮，從而減小鑄件所需的冒口尺寸，提高了工藝出品率。而且消失模造型干砂中無需粘結劑和添加物(煤粉、膨潤土、水)，有利于舊砂循環使用，減輕環境污染。近二十年來，隨著化工和機械工業的不斷發展，消失模鑄造技術日臻完善，消失模鑄造技術被譽為“21世紀的鑄造新技術”和“鑄造中的綠色工程”。盡管消失模鑄造具有獨特的技術優勢，但高性能鋁合金鑄件的消失模鑄造生產和應用仍受到很大的限制，其面臨的主要技術難題在于:(1)由于消失模鑄造在金屬充型和凝固期間同時進行著金屬一鑄型(包括涂料)界面間的泡沫塑料模樣液態熱解產物的排除過程，液態產物排除后增大了因金屬表面凝固收縮而形成的金屬一鑄型界面的間隙，從而大大降低了金屬一鑄型界面傳熱系數；另一方面，消失模鑄造的澆注溫度比傳統空腔鑄造澆注溫度高得多，且由于消失模鑄造采用的是無粘結劑的干砂造型，干砂蓄熱系數低，澆注時傳熱只能通過砂粒之間極小的近于點接觸的導熱面傳出，消失模鑄造的冷卻速度明顯低于普通粘土砂型鑄造，反映在組織上，消失模鑄造合金的晶粒粗大而大幅度降低了材料的機械性能，并且易出現嚴重的縮松缺陷，鑄件致密性差；(2)模樣的熱解是一個吸熱反應，對流動的液態金屬前沿有明顯的激冷作用，由于鋁合金的密度低、熱含量小，并且現有機械性能高的鑄造鋁合金的凝固溫度范圍較大，導致鋁合金的消失模鑄造充型能力較差，從而制約了鋁合金消失模鑄造技術在復雜薄壁鑄件生產中應用。
技術實現思路
本專利技術的技術任務是提供。本專利技術的技術任務是按以下方式實現的，該材料的化學成分重量百分比組成為: Si:10.0-11.0%, Cu:0.6-1.0%,Mg:0.3-0.5%, Mn:0.1-0.5%, Ti: 0.1-0.2%, Zr:0.05-0.1%, Sr:0.02-0.05%, RE:0.02-0.05%，其余為 Al 和不可避免的限制雜質。所述的限制雜質的重量百分比組成為:Fe < 0.1%，Ni < 0.05%，Pb < 0.05%，Sn < 0.05%。消失模鑄造鋁合金材料的制備方法的步驟如下: 將工業純鋁在坩鍋中熔化后除凈熔渣，加入覆蓋劑，在690-710°C，分別以鋁硅中間合金、工業純鎂、工業純銅、鋁錳中間合金的形式加入合金化元素，待加入的爐料完全熔化后攪拌混合均勻，并且繼續升溫至720-740°C，接著通入體積百分比為20%氯氣和80%氮氣的混合氣體將合金液精煉除氣10-15分鐘，靜置10-15分鐘后將鋁鈦中間合金、鋁鋯中間合金、鋁鍶中間合金、鋁稀土中間合金由鐘罩壓入合金熔液內熔化后靜置5-10分鐘，撈取表面浮渣后澆注得到消失模鑄造鋁合金材料。該材料的化學成分重量百分比組成如上所述；所述的覆蓋劑的化學成分重量百分比為:40%氯化鉀、30%氯化鈉、20%氟鋁酸鈉、10%光鹵石。本專利技術的和現有技術相比，具有以下特點； 1)通過提高Si含量和調整合金強化元素Cu、Mg的含量使消失模鑄造鋁合金具有最佳的力學性能和流動性。本專利技術的消失模鑄造鋁合金的Si重量百分含量提高至10.0-11.0%以縮小合金的凝固溫度范圍，同時通過添加稀土元素精煉、除氣和夾雜作用進一步提高合金的流動性；合金中具有顯著固溶和析出強化作用的Cu和Mg元素是為解決Si含量提高帶來的微觀組織中大量的共晶硅對力學性能的降低而加入的，但銅的添加增加了合金的熱裂傾向，并且提高了合金的結晶溫度范圍而惡化了合金的流動性，鎂又極易氧化使合金液卷入的氧化皮增多而惡化了合金的流動性，合金中Cu和Mg含量調整為:0.6-1.0% Cu，0.3-0.5% Mg。2)消失模鑄造的冷卻速度低，易造成消失模鑄造鋁合金的晶粒粗大和嚴重的縮松缺陷，本專利技術添加的微量T1、Zr、Sr、RE對冷卻速度慢的近共晶消失模鑄造鋁合金的晶粒和共晶硅具有顯著的協同晶粒細化作用，保持了良好的長效變質效果，并且合金重熔也不失效；與此同時在合金中形成的Al3T1、Al3Zr, Al2Sr和Al-RE高熔點相對合金有彌散強化作用，從而進一步改善了合金的機械性能。3)合金中Mn的作用在于消除熔煉過程中鐵雜質的影響，與合金中的Mg和RE協同作用提高了合金的耐蝕性能。【具體實施方式】實施例1: 化學成分重量百分比組成為:Si:10.0%, Cu:0.6%，Mg:0.3%，Mn:0.I %，T1: 0.1 %, Zr:0.05%, Sr:0.02%,RE:0.02%，其余為 Al 和不可避免的限制雜質:Fe < 0.1%，Ni < 0.05%，Pb < 0.05%，Sn<0.05%。其中Si以鋁硅中間合金，Cu以工業純銅，Mg以工業純鎂，Mn以鋁錳中間合金，Ti以鋁鈦中間合金，Zr以鋁鋯中間合金，Sr以鋁鍶中間合金，RE以鋁稀土中間合金的形式加入。將工業純鋁在坩鍋中熔化后除凈熔渣，加入化學成分重量百分比為:40%氯化鉀、30%氯化鈉、20%氟鋁酸鈉、10%光鹵石的覆蓋劑，在690°C，分別以鋁硅中間合金、工業純鎂、工業純銅、鋁錳中間合金的形式加入合金化元素，待加入的爐料完全熔化后攪拌混合均勻，并且繼續升溫至720°C，接著通入體積百分比為20%氯氣和80%氮氣的混合氣體將合金液精煉除氣10分鐘，靜直10分鐘后將招欽中間合金、招錯中間合金、招銀中間合金、招稀土中間合金由鐘罩壓入合金熔液內靜置5分鐘，撈取表面浮渣后澆注得到消失模鑄造鋁合金材料。經測試，本實例的鋁合金常溫抗拉強度ob、延伸率δ和布氏硬度HBS (5/250/30)分別為162MPa，4.5%，70。晶粒尺寸為80 μ m。實施例2: 化學成分重量百分比組成為:Si:11.0%, 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種消失模鑄造鋁合金材料，其特征在于，該材料的化學成分重量百分比組成為：Si：10.0?11.0％，Cu：0.6?1.0％，Mg：0.3?0.5％，Mn：0.1?0.5％，Ti：?0.1?0.2％，Zr：0.05?0.1％，Sr：0.02?0.05％，RE：0.02?0.05%，其余為Al和不可避免的限制雜質。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張志東，劉子利，吳偉，張少運，劉希琴，彭玉蘭，王守仁，馬衛東，何等舉，
申請(專利權)人：山東臨沂臨工汽車橋箱有限公司，南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：