專利名稱：鋁合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的擠壓鑄造制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的擠壓鑄造制備方法，具體是以鋁合金為材料，經(jīng)熔煉、細(xì)化、精煉處理后，通過調(diào)節(jié)速度、壓力和溫度有關(guān)的工藝參數(shù)進(jìn)行擠壓鑄造成型及對(duì)鑄件的熱處理，得到力學(xué)性能優(yōu)越的發(fā)動(dòng)機(jī)支架。屬于合金制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在世界汽車市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中，各國都在向高質(zhì)量、高可靠性、重量輕、節(jié)能、低成本方向發(fā)展。在材料方面表現(xiàn)為輕量化，用鋁合金代替部分鋼(鐵)件，以達(dá)到汽車向高質(zhì)量、低成本的發(fā)展的要求；在工藝方面表現(xiàn)為科學(xué)性，用先進(jìn)工藝取代傳統(tǒng)的工藝以達(dá)到提高毛坯精度，減少加工余量，減少原材料消耗，降低成本的目的。要進(jìn)一步擴(kuò)大鋁合金材料在汽車結(jié)構(gòu)和動(dòng)力總成系統(tǒng)的運(yùn)用，現(xiàn)有的鋁合金鑄件的制備方法和制造工藝已難以滿足這一要求。
根據(jù)2003年的統(tǒng)計(jì)(鑄造Vol.54 No.12)我國重力和砂型鑄造的鋁鑄件占鋁鑄件總量的26.1％，壓力鑄造和低壓鑄造的鋁鑄件所占比例分別為44.53％和25.47％，而利用精確成型的擠壓鑄造工藝生產(chǎn)的鋁鑄件僅占總鑄件量的3.89％，與世界發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距。
目前，我國的汽車用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架鋁鑄件生產(chǎn)制造方式呈現(xiàn)以下幾種形式砂型鑄造，重力鑄造，低壓鑄造和壓力鑄造；用這些傳統(tǒng)的工藝制造出的汽車用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架在外觀呈現(xiàn)冷隔、凹陷、裂紋等不同程度的質(zhì)量問題，而在內(nèi)部往往會(huì)出現(xiàn)氣孔、縮孔、針孔等致命的缺陷，從而嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的性能。同時(shí)，因成品率較低，資源和能源利用率低，鋁廢料再生利用率不高，環(huán)境污染嚴(yán)重等缺陷，阻礙了汽車高速的發(fā)展。經(jīng)研究表明，采用先進(jìn)擠壓鑄造工藝和精確成型的擠壓鑄造方法開發(fā)的汽車用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架產(chǎn)品已超過了用其他方式生產(chǎn)同類鋁合金鑄件的水平，在國內(nèi)外還未達(dá)到此類水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種鋁合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的擠壓鑄造制備方法，在資源和能源消耗較低的條件下，產(chǎn)品組織致密均勻，綜合性能進(jìn)一步提高，符合汽車零部件的高品質(zhì)、高性能的要求。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采用了先進(jìn)的擠壓鑄造工藝進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的制備，采用的合金材料為鋁合金，經(jīng)集中熔化爐升溫，熔化、精煉與變質(zhì)處理，然后進(jìn)行澆注。模具采用一模兩腔對(duì)稱分布形式，向擠壓鑄造機(jī)料桶輸送合金液，擠壓鑄造機(jī)沖頭向發(fā)動(dòng)機(jī)支架模具型腔推注合金液并增壓使鋁合金液結(jié)晶，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)支架擠壓鑄造零件，再對(duì)零件進(jìn)行固溶時(shí)效強(qiáng)化處理，得到力學(xué)性能優(yōu)越的汽車用的發(fā)動(dòng)機(jī)支架。
本發(fā)明的方法具體包括如下步驟1、鋁合金材料組分的重量百分比為6.5-7.5％Si，0.15～0.2％Fe，0.07～0.1％Cu，0.056～0.1％Mn，0.25～0.45％Mg，Zn＜0.1％，Ni＜0.05％，Pb＜0.05％，Sn＜0.05％，其余為Al。
2、將500公斤的集中熔化爐升溫，待溫度上升到300±10℃時(shí)，將鋁合金材料加入集中熔化爐中，繼續(xù)升溫到730±20℃時(shí)，鋁合金全部溶解后轉(zhuǎn)入吊包保溫，加入用量為鋁液量的0.5-2％的精煉劑，加入用量為鋁液量的0.5-2％的晶粒細(xì)化劑。用鐘罩把精煉劑和晶粒細(xì)化劑壓入距坩堝底約100mm高度，并作圓周攪拌，對(duì)合金進(jìn)行精煉細(xì)化5-40分鐘，直到液面無氣泡冒出，靜置10-40分鐘后，加入用量為鋁液量的0.1-0.3％的除渣劑，撈取表面浮渣后，降溫至620-670℃即可準(zhǔn)備澆注。
3、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)固定支架鑄件模具采用一模兩腔對(duì)稱分布形式，將一模兩腔模具固定在350T臥式間接擠壓鑄造機(jī)上，將模具預(yù)熱至100～150℃，然后在模具型腔內(nèi)均勻噴上一層具有隔熱、保溫作用的脫模劑，涂層厚度10～15微米，繼續(xù)加熱模具至220-300℃。
4、采用機(jī)械手料勺從保溫爐向擠壓鑄造機(jī)料桶輸送合金液，擠壓鑄造機(jī)沖頭向模具型腔平穩(wěn)推進(jìn)合金液、快速增壓凝固結(jié)晶，這時(shí)調(diào)節(jié)擠壓鑄造工藝參數(shù)為擠壓壓力75-110MPa，保壓時(shí)間12-30s，充型速度0.1-0.8m/s，充型時(shí)間1-7s，充型完畢，動(dòng)定模分開，取出鑄件，完成汽車用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架的制造過程。
5、將擠壓鑄造成型的毛坯進(jìn)行固熔時(shí)效(T6)熱處理，把毛坯置于熱處理爐中，隨爐加溫2小時(shí)至520±20℃，保溫6～8小時(shí)出爐，在水溫約20℃中進(jìn)行淬火；再進(jìn)行150±20℃×6小時(shí)的時(shí)效處理，得到汽車用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其綜合性能有了明顯的提高。
本發(fā)明中精煉后的鋁液有效期為4小時(shí)，超過4小時(shí)的鋁液必須舀出作回爐料使用。采用回爐料時(shí)，加入集中熔化爐的鋁合金材料中新料不少于40％。
本發(fā)明所述的集中熔化爐可以采用電阻絲加熱爐、或燃油加熱爐；爐內(nèi)熔化量為400～500公斤，熔化速度2～3小時(shí)/爐；熔化爐可以采用爐膛控溫和合金液控溫兩種方式。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用擠壓鑄造工藝制造而成的汽車用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架，其綜合性能好，合金在充分的壓力下結(jié)晶成型，不會(huì)在制品內(nèi)形成氣孔，縮孔及針孔等缺陷，因而其組織致密均勻，晶粒較細(xì)；通過T6固熔強(qiáng)化處理后，產(chǎn)品的性能得到了進(jìn)一步強(qiáng)化，具有更高的抗拉強(qiáng)度，更高的屈服強(qiáng)度和延伸率；本發(fā)明用擠壓鑄造工藝制造而成的汽車用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架，能提高毛坯精度，減少加工余量，實(shí)現(xiàn)資源和能源的低消耗，促使經(jīng)濟(jì)效益的提高。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例1所用鋁合金材料重量百分比和合金成分如下6.5-7.5％Si，0.15～0.2％Fe，0.07～0.1％Cu，0.056～0.1％Mn，0.25～0.45％Mg，Zn＜0.1％，Ni＜0.05％，Pb＜0.05％，Sn＜0.05％，其余為Al。
先用500公斤的集中熔化爐升溫到290℃時(shí)，將鋁合金材料加入集中熔化爐中，待溫度上升到720℃時(shí)，鋁合金錠全部溶解，轉(zhuǎn)入吊包后取試樣，光譜分析合格后(不合格用中間合金進(jìn)行調(diào)整)繼續(xù)在720℃下保溫，對(duì)合金進(jìn)行精煉細(xì)化10分鐘，精煉細(xì)化時(shí)，用鐘罩把精煉劑(精煉劑用量為鋁液量的0.5％)、晶粒細(xì)化劑(用量為鋁液量的0.5％)壓入距坩堝底約100mm高度，并作圓周攪拌，攪拌時(shí)捎帶角度上下移動(dòng)，直到液面無氣泡冒出，靜置10分鐘后，作刮片試驗(yàn)，鋁液無氣泡析出，加入除渣劑(用量為總鋁液量的0.1％)，撈取表面浮渣后，降溫至670℃即可準(zhǔn)備澆注。
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)固定支架鑄件模具采用一模兩腔對(duì)稱分布形式設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮充型、排氣、補(bǔ)縮以及合金的流動(dòng)性在擠壓鑄造過程中的重要性，將直澆道與樹杈型橫澆道、矩形內(nèi)澆道尺寸按一定的比例連接而成，內(nèi)澆道和溢流槽按一比一設(shè)計(jì)，其構(gòu)成的金屬通道能減少金屬流動(dòng)過程中的阻力，可有效地避免鑄件缺陷的發(fā)生。
將一模兩腔模具固定在350T臥式間接擠壓鑄造機(jī)的左右模架上，采用專用模具溫控裝置來控制模具溫度，首先預(yù)熱至100～150℃，然后在模具型腔內(nèi)均勻噴上一層具有隔熱、保溫作用的脫模劑，涂層厚度10～15微米，繼續(xù)加熱模具至220℃。
采用機(jī)械手料勺從保溫爐向擠壓鑄造機(jī)料桶輸送合金液，擠壓鑄造機(jī)沖頭向模具型腔平穩(wěn)推進(jìn)合金液、快速增壓凝固結(jié)晶，這時(shí)調(diào)節(jié)擠壓鑄造工藝參數(shù)為

充型完畢，動(dòng)定模分開，取出鑄件，完成了汽車用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架的制造過程。
將擠壓鑄造成型的支架毛坯進(jìn)行固熔時(shí)效(T6)熱處理，把毛坯置于熱處理爐中，隨爐加溫2小時(shí)至520±5℃，保溫7.5小時(shí)出爐，在水溫約20℃中進(jìn)行淬火；再進(jìn)行150±5℃×6小時(shí)的時(shí)效處理，得到汽車用的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架。制造的發(fā)動(dòng)機(jī)支架鑄件實(shí)體取樣測(cè)試，其宏觀針孔度等級(jí)為二級(jí)(參照GB10851-89)，抗拉強(qiáng)度大于278MPa，屈服強(qiáng)度92MPa，硬度平均值為HB94，綜合性能有了明顯的提高。
實(shí)施例2所用鋁合金材料重量百分比和合金成分如下6.5-7.5％Si，0.15～0.2％Fe，0.07～0.1％Cu，0.056～0.1％Mn，0.25～0.45％Mg，Zn＜0.1％，Ni＜0.05％，Pb＜0.05％，Sn＜0.05％，其余為Al。
先用500公斤的集中熔化爐升溫到300℃時(shí)，將鋁合金材料加入集中熔化爐中，待溫度上升到730℃時(shí)，鋁合金錠全部溶解后轉(zhuǎn)入吊包保溫，對(duì)合金進(jìn)行精煉細(xì)化25分鐘，精煉細(xì)化時(shí)，用鐘罩把精煉劑(精煉劑用量為鋁液量的1％)、晶粒細(xì)化劑(用量為鋁液量的1％)壓入距坩堝底約100mm高度，并作圓周攪拌，直到液面無氣泡冒出，靜置25分鐘后，加入的除渣劑(用量為總鋁液量0.2％)，撈取表面浮渣后，降溫至650℃即可準(zhǔn)備澆注。
將一模兩腔模具固定在350T臥式間接擠壓鑄造機(jī)的左右模架上，采用專用模具溫控裝置來控制模具溫度，首先預(yù)熱至100～150℃，然后在模具型腔內(nèi)均勻噴上一層具有隔熱、保溫作用的脫模劑，涂層厚度10～15微米，繼續(xù)加熱模具至250℃。
采用機(jī)械手料勺從保溫爐向擠壓鑄造機(jī)料桶輸送合金液，擠壓鑄造機(jī)沖頭向模具型腔平穩(wěn)推進(jìn)合金液、快速增壓凝固結(jié)晶，這時(shí)調(diào)節(jié)擠壓鑄造工藝參數(shù)為

充型完畢，動(dòng)定模分開，取出鑄件，完成了汽車用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架的制造過程。
將擠壓鑄造成型的支架毛坯進(jìn)行固熔時(shí)效(T6)熱處理，把毛坯置于熱處理爐中，隨爐加溫2小時(shí)至520±10℃，保溫年8小時(shí)出爐，在水溫約20℃中進(jìn)行淬火；再進(jìn)行150±10℃×6小時(shí)的時(shí)效處理，得到汽車用的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架。該工藝制造的發(fā)動(dòng)機(jī)支架鑄件是實(shí)體取樣測(cè)試，其宏觀針孔度等級(jí)為一級(jí)(參照GB10851-89)，抗拉強(qiáng)度大于275MPa，屈服強(qiáng)度95MPa，硬度平均值為HB93。
實(shí)施例3所用鋁合金材料重量百分比和合金成分如下6.5-7.5％Si，0.15～0.2％Fe，0.07～0.1％Cu，0.056～0.1％Mn，0.25～0.45％Mg，Zn＜0.1％，Ni＜0.05％，Pb＜0.05％，Sn＜0.05％，其余為Al。
先用500公斤的集中熔化爐升溫到310℃時(shí)，將鋁合金材料以新(新料不少于40％)舊料配比加入集中熔化爐中，待溫度上升到750℃時(shí)，鋁合金錠全部溶解，轉(zhuǎn)入吊包后繼續(xù)在750℃下保溫，對(duì)合金進(jìn)行精煉細(xì)化35分鐘，精煉細(xì)化時(shí)，用鐘罩把精煉劑(用量為鋁液量的2％)、晶粒細(xì)化劑(用量為鋁液量的2％)壓入距坩堝底約100mm高度，并作圓周攪拌，拌時(shí)捎帶角度上下移動(dòng)，直到液面無氣泡冒出，靜置40分鐘后，作刮片試驗(yàn)，鋁液無氣泡析出，加入除渣劑(用量為總鋁液量的0.3％)，撈取表面浮渣后，降溫至630℃即可準(zhǔn)備澆注。
將一模兩腔模具固定在350T臥式間接擠壓鑄造機(jī)的左右模架上，采用專用模具溫控裝置來控制模具溫度，首先預(yù)熱至100～150℃，然后在模具型腔內(nèi)均勻噴上一層具有隔熱、保溫作用的脫模劑，涂層厚度10～15微米，繼續(xù)加熱模具至300℃。
采用機(jī)械手料勺從保溫爐向擠壓鑄造機(jī)料桶輸送合金液，擠壓鑄造機(jī)沖頭向模具型腔平穩(wěn)推進(jìn)合金液、快速增壓凝固結(jié)晶，這時(shí)調(diào)節(jié)擠壓鑄造工藝參數(shù)為

充型完畢，動(dòng)定模分開，取出鑄件，完成了汽車用鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架的制造過程。
將擠壓鑄造成型的支架毛坯進(jìn)行固熔時(shí)效(T6)熱處理，把毛坯置于熱處理爐中，隨爐加溫2小時(shí)至520±20℃，保溫年7小時(shí)出爐，在水溫約20℃中進(jìn)行淬火；再進(jìn)行150±20℃×6小時(shí)的時(shí)效處理，得到汽車用的鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架。該工藝制造的發(fā)動(dòng)機(jī)支架鑄件是實(shí)體取樣測(cè)試，其宏觀針孔度等級(jí)為一級(jí)(參照GB10851-89)，抗拉強(qiáng)度大于270MPa，屈服強(qiáng)度92MPa，硬度平均值為HB96。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的擠壓鑄造制備方法，其特征在于包括如下步驟1)鋁合金材料組分的重量百分比為6.5-7.5％Si，0.15～0.2％Fe，0.07～0.1％Cu，0.056～0.1％Mn，0.25～0.45％Mg，Zn＜0.1％，Ni＜0.05％，Pb＜0.05％，Sn＜0.05％，其余為Al；2)將500公斤的集中熔化爐升溫，待溫度上升到300±10℃時(shí)，將鋁合金材料加入集中熔化爐中，繼續(xù)升溫到730±20℃時(shí)，鋁合金全部溶解后轉(zhuǎn)入吊包保溫，加入用量為鋁液量的0.5-2％的精煉劑，加入用量為鋁液量的0.5-2％的晶粒細(xì)化劑，用鐘罩把精煉劑和晶粒細(xì)化劑壓入距坩堝底100mm高度，并作圓周攪拌，對(duì)合金進(jìn)行精煉細(xì)化5-40分鐘，直到液面無氣泡冒出，靜置10-40分鐘后，加入用量為鋁液量的0.1-0.3％的除渣劑，撈取表面浮渣后，降溫至620-670℃準(zhǔn)備澆注；3)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)固定支架鑄件模具采用一模兩腔對(duì)稱分布形式，將模具固定在350T臥式間接擠壓鑄造機(jī)上，預(yù)熱至100～150℃，然后在模具型腔內(nèi)均勻噴上一層具有隔熱、保溫作用的脫模劑，涂層厚度10～15微米，繼續(xù)加熱模具至220-300℃；4)采用機(jī)械手料勺從保溫爐向擠壓鑄造機(jī)料桶輸送合金液，擠壓鑄造機(jī)沖頭向模具型腔平穩(wěn)推進(jìn)合金液、快速增壓凝固結(jié)晶，調(diào)節(jié)擠壓鑄造工藝參數(shù)為擠壓壓力75-110MPa，保壓時(shí)間12-30s，充型速度0.1-0.8m/s，充型時(shí)間1-7s；取出鑄件，得到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架毛坯；5)將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架毛坯置于熱處理爐中，隨爐加溫2小時(shí)至520±20℃，保溫6～8小時(shí)出爐，在水溫20℃中進(jìn)行淬火；再進(jìn)行150±20℃×6小時(shí)的時(shí)效處理，得到鋁合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鋁合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的擠壓鑄造制備方法，其特征在于所述集中熔化爐采用電阻絲加熱爐或燃油加熱爐；爐內(nèi)熔化量為400～500公斤，熔化速度2～3小時(shí)/爐；熔化爐采用爐膛控溫和合金液控溫兩種方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的鋁合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的擠壓鑄造制備方法，其特征在于所述精煉后的鋁液若超過4小時(shí)則作回爐料使用；采用回爐料時(shí)，加入集中熔化爐的鋁合金材料中新料不少于40％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的擠壓鑄造制備方法，采用的合金材料為鋁合金，經(jīng)集中熔化爐升溫，熔化、精煉與變質(zhì)處理，然后進(jìn)行澆注。模具采用一模兩腔對(duì)稱分布形式，向擠壓鑄造機(jī)料桶輸送合金液，擠壓鑄造機(jī)沖頭向發(fā)動(dòng)機(jī)支架模具型腔推注合金液并增壓使鋁合金液結(jié)晶，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)支架擠壓鑄造零件，再對(duì)零件進(jìn)行固溶時(shí)效強(qiáng)化處理，得到力學(xué)性能優(yōu)越的汽車用的發(fā)動(dòng)機(jī)支架。本發(fā)明制備的鋁合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架組織致密均勻，晶粒較細(xì)，特別是通過T6固熔強(qiáng)化處理后，性能得到進(jìn)一步強(qiáng)化，具有更高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率。
文檔編號(hào)B22D17/08GK1951605SQ20061011838
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月16日
發(fā)明者劉六法, 丁懷新, 彭立明, 王迎新 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 上海輕合金精密成型國家工程研究中心有限公司