一種替代qt450哈夫管的鋁合金材料及其重力鑄造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比計：鈹Be：0.02%?0.04%，錳Mn:≤2%，鎘Cd:0.05%～0.5%，銅Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%或銅0.5%≤Cu≤3%且Cu≥1.5Mn；路易斯酸堿對總量1%×10?4～2.0%或7.0%～9.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量為鋁Al。
【專利說明】
一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料及其重力鑄造方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 鋁在地殼中的資源量遠遠超過鐵(鋁為8.2wt%，鐵為5. lwt%)，而全球每年鋼鐵產 銷量12億噸以上，鋁金屬產銷量只有0.55億噸，這種巨大反差充分反映了人類社會對鋁及 鋁材料的資源開發(fā)和利用水平遠遠落后于對鋼鐵材料的開發(fā)利用水平。
[0003] 球墨鑄鐵(簡稱球鐵)是鋼鐵產業(yè)中的主要基礎材料之一，被廣泛而大量地用于制 造受力復雜，強度、韌性、耐磨性等要求較高的零件，如通用機械、起重、農業(yè)、汽車、鑄造、紡 織、機床、電力、石化、船舶零件等，主要形態(tài)和類型為液壓殼體、栗體、管道、閥體、缸體、輪 轂、軸件、球連接、傳動件、懸掛件、鉤扣件、導流件、轉向件等。
[0004] 球墨鑄鐵用途廣泛，但球墨鑄鐵產品生產制造需要在很高的溫度下進行、與之相 對應的能耗也高，污染大，隨著輕量化和節(jié)能環(huán)保的要求，相關球墨鑄鐵產品迫切需要尋找 新的替代品。
[0005]在"以鋁代鋼"的技術升級中，為了充分發(fā)揮鋁合金以"輕"為代表的系列優(yōu)越特 性，必須先使其在"強"的方面有長足發(fā)展，同時不能有不可接受的制造成本增量，才能大大 拓展其使用領域。這就要求必須在鋁合金新材料設計上首先取得突破。
[0006] 從材料制備的方法審視，由于材料特征是由承載著該特征的功能性微觀物相組合 貢獻出來的，因此獲得良好的功能性物相組合，例如高強度、高熔點、高塑性、高硬度、耐腐 蝕等，是各種制備方法追求的最終結果，從而，鋁合金的化學成分設計與其制備技術存在著 緊密的內在統(tǒng)一性，這種統(tǒng)一性，簡言之，是一種原子如何結合成所需的"物相分子"的關 系，即材料的物相可以看成是一種分子結構。配方元素的混合熔煉和鑄造結晶，是熔鑄法形 成材料物相分子組合結構的主要決定性環(huán)節(jié)，在熔鑄過程中，固溶體晶粒和晶界的金屬間 化合物分子物相決定了合金的晶態(tài)組合(亞微米級顆粒:尺度10~300μπι左右），后續(xù)熱處理 或者冷作硬化則是對晶態(tài)組合框架下微細結構(微米級顆粒:尺度1~30ym左右)乃至更加 微觀的精微結構(亞納米級或次微米級質點:尺度1 〇nm~< 1 μπι)進行調整和完善，這種調整 和完善的程度和范圍，在公知技術和傳統(tǒng)觀念中，認為主要由合金化學成分所處的合金相 圖區(qū)域給定的物相組合決定，但是，合金相圖沒有給出其它微量元素的添加和排除產生的 影響，更不具備預測添加和排除其它微量元素對物相影響的指導性。借鑒合金溶液化學的 理論和方法改善熔體結構，比如保護膜的覆蓋，造渣劑、精煉劑或變質劑的添加，除氣除渣 凈化等，是改善合金晶態(tài)組合、微細結構乃至更加微觀的精微結構的重要技術手段，但這些 手段，由于是從制備合金的過程中摸索積累得來，因此常常被看作為"制備工藝"而不是"成 分設計"的一部分。
[0007] 在工程應用上，鋁合金固溶體晶粒的大小和狀態(tài)，以及分布在晶界的金屬間化合 物的大小形態(tài)，對合金的力學性能有著決定性的影響。粗大的平面晶、樹枝晶、柱狀晶等不 規(guī)則晶體和分布在晶界的粗大的脆硬性金屬間化合物，能夠把合金好的微細結構和精微結 構對基體的強韌性貢獻全部抵消掉，因為這些粗大晶粒遵從的成長規(guī)律是緣于鑄造型腔的 型壁生核、自外向液體內部單向延伸的生長方式，造成了合金的成分偏析、結晶粗大單向、 宏觀性能不均勻的缺陷，從而成為合金的一些常見缺陷，如針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗 大固溶體、高硬度化合物、裂紋等的根源。目前采用的常規(guī)變質手段和細化晶粒的手段，如 添加鋁鈦硼或鋁鈦碳中間合金，最好的效果只能使平均晶粒度細化到120~150微米，而枝 晶的形態(tài)往往沒有根本的轉變，這是合金力學性能提高的一個重要瓶頸問題。因為對鋁合 金來說，獲得強度和韌性同時提高的途徑，只有晶粒的細化和圓整化;熱處理工藝的調整， 在晶態(tài)結構已經確定的狀態(tài)下，只能使強度或韌性一個方面獲得優(yōu)化。因此，如何進一步細 化和圓整合金的平均晶粒度，是產業(yè)界始終追求的目標。
[0008] 從材料設計角度看，211Z材料也存在一些難以克服的問題。微觀分析發(fā)現，有一些 大顆粒有很高的鈦Ti和稀土濃度，作為用來促使晶粒細化的物質，這種現象表明Ti和稀土 走向了需要解決問題的對立面;而在211Z合金鑄件的生產過程中，也發(fā)生著與普通鋁合金 一樣常見的缺陷，包括針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、夾雜(渣）、 冷隔、冷豆、裂紋、變質缺陷、固溶不足和過燒等。
[0009] 這些缺陷，主要原因仍然要從合金本身的化學成分及其形成的微觀物相結構入手 來研究，尤其是對物相分子組合結構的形成機理進行深入研究，才能認清本質，進而找到解 決問題、消除缺陷的有效途徑。
[0010]通過對鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金最高達0.08nm的極高分辨率的球差校正掃描透 射電子顯微鏡(STEM)精微選區(qū)分析，獲得了建立在原子尺度上的各種物相結構、原子分辨 和化學元素分布。證實其中存在一系列強化相，包括眾所周知的Al-Cu二元亞穩(wěn)相(GP區(qū)、 θ"、θ〇、新的盤片相和平衡相0(A12Cu);其中在基體晶粒內部，新發(fā)現一種棒叉狀(Τ+ΘΗ)組 合相，該組合相的主干部分T相是Al-Cu-Mn三元相，分子結構式Al2〇Cu2Mn3，分子物相特征是 直徑約100nm、長度約600~lOOOnm呈棒軸狀且其(010)面與鋁合金基體的{010}面共格;而T 相周圍附著生長了尺寸較大(厚度約20nm、長約50nm)的Al-Cu二元次生相，由于該次生相與 基體中其它Al-Cu亞穩(wěn)相(GP區(qū)、θ"、θ'或者其它盤片相）比較，在結構上有很大差別，特別是 厚度比其它Al-Cu亞穩(wěn)相厚得多，因此本發(fā)明稱之為ΘΗ相，其分子結構式AlxCu(x可能小于 2)，是一種富Cu分子。
[0011] 根據合金強化理論，合金的強度是材料中界面或位錯滑移受到質點的阻礙而產生 的，阻礙越強，材料的強度也越大。而質點阻礙行為與材料中界面或位錯滑移相互作用的結 果，有兩種:一種是當質點本身強硬度不夠高時，位錯將切過質點繼續(xù)滑移，另一種是質點 強度很高，位錯無法切過，則只能繞過質點而繼續(xù)滑移，而在質點周圍留下一圈位錯環(huán)。
[0012] 兩種結果對材料強度貢獻的大小是顯而易見的:繞過質點比切過質點對材料強度 的貢獻大;切過質點能夠提供材料較好的延伸率，而繞過質點由于位錯環(huán)的增強作用，將提 供材料更高的屈服強度和抗拉強度。
[0013] 鋁合金哈夫管在國內也有相關研究，因為基礎材料的局限性，其力學性能較低，尤 其是抗拉強度和耐腐蝕性能差，嚴重影響了哈夫管的壽命，增加了使用成本及安全風險。

【發(fā)明內容】

[0014] 本發(fā)明要解決的技術問題是:提供一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料及其制備 方法，其中添加路易斯酸堿對，以有效催生臨界晶核(得到等軸晶），使合金在凝固之前獲得 最佳的分子物相組合結構（（Τ+ΘΗ)組合相），促使合金晶態(tài)優(yōu)化，使鋁合金基材實現450MPa 及更高的強度等級，從而達到生產替代QT450哈夫管的鋁合金制品。
[0015] 本發(fā)明的技術方案是:一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料，主成分含量按重量百 分比計：鈹Be: 0 · 02%-0 · 04%，錳Μη:彡 2%，鎘Cd: 0 · 05%~0 · 5%，銅Cu: 4 · 2%~8 · 0%且Cu彡 0 · 8Mn +4 · 05%或銅0 · 5%彡Cu彡3%且Cu彡1 · 5Mn;路易斯酸堿對總量1%X 10-4~2 · 0%或7 · 0%~9 · 0%， 使合金平均晶粒度< 120微米，余量為鋁A1。
[0016] 所述的合金晶粒為等軸晶。
[0017]所述的合金晶粒內亞納米(Τ+ΘΗ)組合相數量達到彡1個/平方微米。
[0018] 所述路易斯酸堿對為金屬與配體結合而成的正、負離子體、復雜配體化合物、超大 雜多化合物、過渡族類元素中的一種，或者一種以上混合。
[0019] 所述的金屬與配體結合而成的正離子體、負離子體包含六羰合錳正離子體Μη (C0)6+〇
[0020] 所述的復雜配體化合物或超大雜多化合物包括三亞硝基合三氨合鈷[Co(NH3)3 (n02)3]和硫化鋁 A12S3。
[0021 ]所述路易斯酸堿對，按元素添加量占 A1基體重量百分比，范圍為：硅Si <0.2%，鎳 Ni <0 · 1 %，鈦Ti <0 · 1 %，六羰合錳正離子體Mn (C0)6+<0 · 05%，硫化鋁A12S3 <0 · 05%，三亞硝 基合三氨合鈷[Co(NH3)3(N02) 3] <0.05%。
[0022] 一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料的制備方法，包含以下步驟： (1) 在前述路易斯酸堿對、元素比例范圍內，選定一組物質組合，確定重量比，根據需要 配制的合金總量，推算出所需的每種物料的重量； (2) 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱并在700 °C以上保溫； (3) 加入錳Μη、鎘Cd、銅Cu，鈹Be攪拌，加入選定的路易斯酸堿對，或者加入選定的路易 斯酸堿對組合，攪拌均勻； (4) 然后對上述合金熔體進行爐內精煉； (5) 精煉后除渣、靜置、取樣分析合金化學成分，根據分析結果調整化學成分至規(guī)定的 偏差范圍內；調溫至650 °C以上，合金液出爐，在線除氣、除渣； (6) 鑄造:采用重力鑄造澆注。
[0023] 所述重力鑄造澆注，步驟如下： ① 過濾后可澆注鑄造； ② 鑄造前應將模具預熱，安裝上砂芯，用壓縮空氣將模具型腔吹干凈； ③ 采取人工澆注或自動化澆注，用澆包從爐內g取合金液倒入模具澆口通過內澆道充 滿型腔；自然冷卻或強冷； ④ 開模取出產品，自然冷卻，清理砂芯、鋸切冒口、打磨飛邊； ⑤ 外觀質量檢測：毛坯鑄件在進行外觀質量檢驗之前，應清理干凈平整，非加工面的澆 冒口應清理到鑄件表面齊平； ⑥ 內部質量檢測； ⑦ 固溶處理:將鑄件完成粗加工和內外質量檢測的毛坯送入固溶爐，進行560°C以下固 溶處理，保溫完成后立刻淬火，使用水冷或油冷； ⑧ 時效強化:將完成固溶處理的鑄件送入時效爐進行時效強化處理，在230°C以下時效 強化，保溫后，出爐自然冷卻； ⑨ 取樣分析測試驗證； ⑩ 實用性能驗證。。
[0024]本發(fā)明的有益效果:把路易斯酸堿理論所指向的、能在鋁合金熔體中發(fā)生分子解 體或有助于次納米區(qū)域內（即小于1納米的范圍）物相分子結構優(yōu)化的"酸堿對"物質，應用 于熔體納米尺度范圍的精細結構調整，是本發(fā)明的最主要的創(chuàng)造性技術手段。
[0025] 通過運用路易斯酸堿理論，使有關路易斯酸堿對承載的微量元素的添加和排除， 在鋁合金熔體環(huán)境發(fā)生分子解體和轉化，以提供熔體超精細微區(qū)內（〇 . lnm~10nm尺度范 圍）的充分擾動和激活效應，達到催生臨界晶核大量形成，使合金晶粒度得到進一步細化， 形態(tài)更加圓整；同時優(yōu)化微細區(qū)域(微米級：尺度1~30μπι左右)和精微區(qū)域(亞納米級或次 微米級質點：尺度l〇nm~<1μπι)的物相分子組合結構，增加(Τ+ΘΗ)組合相在合金基體中的 含量，是本發(fā)明解決的合金強化的機理問題。
[0026] 本發(fā)明前述路易斯酸堿對為金屬與配體結合而成的正、負離子體、復雜配體化合 物、超大雜多化合物、過渡族類元素中的一種，或者一種以上混合。
[0027]比如，正離子體Mn(C0)6+是路易斯"酸堿對"，物質中的能接受電子對的Μη+是路易 斯酸，相應的提供電子對的配體-C0是路易斯堿。
[0028] 正離子體和負離子體作為路易斯"酸堿對"，對合金晶粒細化具有普通物質無法實 現的優(yōu)異效果，這是由于:這些離子體在常溫下與正常的物質分子一樣能穩(wěn)定存在，而在鋁 合金熔體這樣的高溫酸堿環(huán)境中發(fā)生分子解體，生成路易斯酸和路易斯堿；由于是分子解 體，故而是一種次納米范圍的原子組合結構的"散架"，其配體部分以氣態(tài)排放出來，釋放出 來的核心金屬離子則重新選擇結合其它原子。
[0029] 這種發(fā)生在鋁合金熔體中的解體和重構，與普通的物質溶解不同，因為:①高溫下 分解釋放的氣態(tài)物質形成的初始氣泡只有一個分子大小(小于lnm，即次納米級），比表面積 最大，具有極強的活性和納米范圍的擾動能力，正處于結晶臨界晶核形成的尺寸范圍，由此 而造成的熔體超精微區(qū)內原子的能量起伏、結構起伏和濃度起伏等狀態(tài)起伏都帶有極強的 突變特征，促使鄰近的更多原子跨越結晶勢皇，故而特別有利于臨界晶核的大量形成，對金 屬間化合物生成反應的催化和合金組織晶粒細化都產生了優(yōu)于普通變質劑如鋁鈦硼的好 作用；同時正、負離子體這種在次納米范圍的超精微區(qū)內擾動和激活效應，是常規(guī)外加凈化 氣體形成的氣泡(直徑大于〇.5mm)無法實現的；②分解釋放的金屬原子或正離子具有比配 體更小的體積和更大的比表面積，其對周圍原子的擾動和激活效應更強，造成的超精微區(qū) 狀態(tài)起伏更加顯著，對金屬間化合物生成反應催化和合金基體組織晶粒細化作用也更強； ③酸堿對在高溫熔體中的分裂和重構增強了質點在微區(qū)的分散和擴散速度，不會象普通金 屬或添加劑那樣造成團簇化，而有效地抑制了因添加劑造成的合金成分偏析以及大顆粒質 點的聚集和長大，這能有效解決常規(guī)晶粒細化劑在結晶過程中粗大化的傾向，例如可防止 鈦Ti和稀土相的粗化;④配體氣泡還可以發(fā)生次生反應，經過一系列變化后隨從凈化氣體 排出熔體(比如生成〇) 2、〇14、他、順3或!123)或進入熔渣（比如六120 3^1(!10)3或六14(：3)，這種凈 化作用，能夠以最穩(wěn)定的固態(tài)或氣態(tài)物質，把溶解在熔體中的Η和氧化物雜質吸收和分解， 從而其凈化作用比常規(guī)的氣體凈化方式效果更好。這就是正、負離子體作為路易斯酸堿對 的添加和排除，在鋁合金熔體環(huán)境發(fā)生分子解體、酸堿轉化和超精微區(qū)內原子重構，以提供 熔體超精微區(qū)內的充分擾動和激活效應，達到催生臨界晶核大量生成和抑制晶粒長大作 用，并實現更好凈化效果的機理。通過這種機理，使基體結晶狀態(tài)普遍成為等軸晶，晶粒度 平均小于120μηι，進一步的優(yōu)化效果可達到晶粒度平均在50~100μπι。這種效果，是單純使用 鋁鈦硼和鋁鈦碳等常規(guī)晶粒細化劑以及常規(guī)的氣體凈化技術所無法實現的。
[0030] 復雜配體化合物、超大雜多化合物作為路易斯酸堿對，對合金晶粒細化也具有普 通物質無法實現的良好效果，因為它們的分子結構與正、負離子體的結構類似，都能在鋁合 金熔體這樣的環(huán)境中發(fā)生分子的解體、酸堿轉化和超精微區(qū)內原子重構，也能在分子解體 時釋放出氣態(tài)或液態(tài)的配體，經過一系列反應后隨從凈化氣體排出熔體(比如生成C0 2、CH4、 N2、NH3或H2S)或進入熔渣（比如他(：1、1((：1^1(!10) 3^12〇3或414(：3)，其中釋放的金屬原子或離 子，非金屬原子或離子，都是次納米級的超細小質點，有著最大的比表面積，能提供熔體超 精微區(qū)內的充分擾動和激活效應，達到催生臨界晶核大量生成和抑制晶粒長大作用的機 理。通過這種機理，使基體結晶狀態(tài)普遍成為等軸晶，晶粒度平均小于120μπι，進一步的優(yōu)化 效果可達到晶粒度平均在50~100μπι。這種效果，是單純使用鋁鈦硼和鋁鈦碳等常規(guī)晶粒細 化劑以及常規(guī)的氣體凈化技術所無法實現的。
[0031] 當加入熔體中的外來路易斯酸堿對分解時，與基體存在界面能差的金屬間化合物 前驅體顯然也受到擾動和激活而發(fā)生結構起伏，產生更多的臨界晶核，使(Τ+ΘΗ)組合相在 合金中的濃度和平均分布密度，使之達到1個/[μπι] 2以上，這就是路易斯酸堿對在納米尺度 的擾動和激活效應能夠增加亞納米級質點（Τ+ΘΗ)組合相和納米級質點GP區(qū)、θ"、θ'系列強 化相的機理。
[0032] 綜上，本發(fā)明所述路易斯酸堿對，可以表現為多種形態(tài)，包括金屬與配體結合而成 的正、負離子體、復雜配體化合物、超大雜多化合物、過渡族類元素中的一種，或者一種以上 混合。
[0033] 另外，由于路易斯酸堿對能夠提供給合金熔體更大的異類物質濃度，因此增大了 熔體結晶過程的成分過冷度，導致晶核在更強結晶動力下快速越過臨界尺寸，而在過冷的 液體中自由成核和生長，形成具有各向同性和形狀更接近于球形的等軸晶粒；因此避免或 減輕了合金的成分偏析、結晶粗大單向、宏觀性能不均勻的缺陷，從而有效避免或減輕了合 金的一些常見缺陷，如針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、裂紋等。
[0034] 本發(fā)明基于對合金微觀結構極高分辨率的襯度圖像和精微選區(qū)結構分析，發(fā)現了 晶內存在著次微米級的(Τ+ΘΗ)棒叉狀組合相的超精細結構。與Al-Cu各二元相比較，（Τ+ΘΗ) 組合相有許多優(yōu)點，包括:質點粒度大，抗位錯滑移面大;主干部分T是高硬高穩(wěn)定化合物聚 合而成的棒狀孿晶，能夠以位錯繞過方式為合金提供強度支撐;其次生ΘΗ附著相在主干上 斜向或垂直于T棒軸方向而向周圍基體生長同時又與基體共格，增強了主干對周圍晶格點 陣的收緊能力，或者換句話說，T棒軸通過附著其上向周圍生長的ΘΗ次生相，把收緊作用向 周圍的基體空間傳遞和擴散，這種作用，在次微米區(qū)域內對基體產生了類似建筑結構中鋼 筋網格在混凝土中的強化作用(可稱為"類砼強化結構"），使基體強度大大提高。這種作用， 如果從單體比較，是基體中薄片狀Al-Cu亞穩(wěn)相(GP區(qū)、θ"、θ'或者其它盤片相)或者其組合 都遠不能相比的；但是，在常見的鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金中，由于各二元Al-Cu亞穩(wěn)相在 基體內部的分布密度遠遠高于(Τ+ΘΗ)組合相的分布密度，致使(Τ+ΘΗ)組合相的作用被掩蓋 而一直沒有被發(fā)現。
[0035] (Τ+ΘΗ)組合相中的ΘΗ卻以不同位向和大得多的厚度(約20nm)，對合金基體產生了 優(yōu)于以游離態(tài)存在的GP區(qū)、θ"、θ'或者其它盤片狀的二元Al-Cu亞穩(wěn)相的強化貢獻：ΘΗ除了 把主干T相的收緊作用向周圍的基體空間傳遞和擴散外，由于抗基體滑移面更大，故對基體 增強作用更大；由于方向更多，故對基體的強化作用顯出各向同性的均勻性；由于不屬于高 硬性質點，所以仍可以位錯切過方式提供給基體較好的塑韌性;總之，（Τ+ΘΗ)組合相優(yōu)化了 鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金的物相分子組合結構，為基體提供了高硬質點T相的繞過強化效 應和高于游離態(tài)Al-Cu亞穩(wěn)相組合的切過強化效應兩種作用;所以，研究發(fā)揮這種優(yōu)異的綜 合效應，必須把材料設計關注的重點從傳統(tǒng)單純對Al-Cu亞穩(wěn)相組合轉移出來，而集中在對 (Τ+ΘΗ)組合相的催生效果上。
[0036] 本發(fā)明配方設計作為主要技術手段之一，是使合金的晶態(tài)組合實現平均晶粒度< 120微米的等軸晶前提下，還可實現合金晶粒內部（Τ+ΘΗ)組合相數量在1個/[μπι] 2以上。因 此，主成分含量按重量百分比計:鈹Be: 0.02%-0.04%，猛Μη:彡2%，鎘Cd: 0.05%~0.5%，銅Cu: 4 · 2%~8 · 0%且Cu彡0 · 8Mn+4 · 05%或銅0 · 5%彡Cu彡3%且Cu彡1 · 5Mn;路易斯酸堿對總量1%X 10-4~2.0%或7.0%~9.0%，使合金平均晶粒度< 120微米，余量為鋁A1。通過添加鈹Be加入 合金中可擴散至熔體表面，生成致密的氧化膜，從而減少了合金的燒損和污染，又不損害合 金的抗蝕性，為力學指標提供了物質基礎。
【具體實施方式】
[0037] 本發(fā)明【具體實施方式】包括2個部分，第一部分為提示和說明，第二部分為具體實施 例。
[0038]第一部分:提示和說明 一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料的制備方法，包含以下步驟： (1) 在前述路易斯酸堿對、元素比例范圍內，選定一組物質組合，確定重量比，根據需要 配制的合金總量，推算出所需的每種物料的重量； (2) 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱并在700 °C以上保溫； (3) 加入錳Μη、鎘Cd、銅Cu，鈹Be攪拌，加入選定的路易斯酸堿對，或者加入選定的路易 斯酸堿對組合，攪拌均勻； (4) 然后對上述合金熔體進行爐內精煉； (5) 精煉后除渣、靜置、取樣分析合金化學成分，根據分析結果調整化學成分至規(guī)定的 偏差范圍內；調溫至650 °C以上，合金液出爐，在線除氣、除渣； (6) 鑄造:采用重力鑄造澆注。
[0039] 所述重力鑄造，步驟如下： ① 熔體過濾后可澆注鑄造，鑄造溫度控制可在700~730°C ; ② 鑄造前應將模具預熱到450°C左右，安裝上砂芯，用壓縮空氣將模具型腔吹干凈，防 止夾雜物進入合金造成廢品； ③ 在翻轉式重力鑄機上完成，可采取人工澆注或自動化澆注，合上模具并使鑄機翻轉 到一定角度，用澆包從爐內g取適量合金液倒入模具轉接包內，使鑄機緩慢翻轉到水平位 置，在翻轉過程中，合金液從轉接包通過內澆道充滿型腔；自然冷卻或強冷； ④ 開模取出產品，自然冷卻，清理砂芯、鋸切冒口、打磨飛邊； ⑤ 外觀質量檢測。毛坯鑄件在進行外觀質量檢驗之前，應清理干凈平整，非加工面的澆 冒口應清理到鑄件表面齊平； ⑥ 內部質量檢測。剖面著色探傷檢測或者整體熒光或X光檢測； ⑦ 固溶處理。將鑄件完成粗加工和內外質量檢測的毛坯送入固溶爐，進行560Γ以下的 固溶處理，保溫后立刻淬火，水冷或油冷； ⑧ 時效強化。將完成固溶處理的鑄件送入時效爐進行時效強化處理，時效強化工藝150 ~240°C，保溫后，出爐自然冷卻;鑄件表面可進行拋丸清理。
[0040] ⑨取樣分析測試驗證。
[0041] 第二部分:具體實施例 實施例1 1、 一種替代QT450的鋁合金哈夫管成分重量百分比為:鈹Be: 0.02%，銅Cu: 6.2%，猛Μη: 0 · 8%，鎘Cd: 0· 2%，硅Si : 0· 16%，鎳 Ni : 0 · 08%，鈦Ti : 0· 06%，六羰合錳正離子體 Mn (C0) 6+: 0 · 04%，硫化鋁A12S3:0 · 0:4%，三亞硝基合三氨合鈷[Co(ΝΗ3)3(Ν02)3] :0 · 04%; 2、 制備方法:熔煉-除氣-澆注-冷卻-開模取件-清理、鋸切-固溶-時效； 3、 熔體澆注溫度多680 °C; 4、 模具預熱溫度彡300 °C; 5、 充型時間彡5s; 6、 冷卻時間：多60s充壓時間； 7、 熱處理:T6-固溶加完全人工時效； 8、 鑄件微觀結構指標:金相組織為等軸晶，平均晶粒度80~ΙΙΟμπι，晶粒內（Τ+ΘΗ)組合相 數量2~3個/[μπι] 2; 9、 鑄件機械性能
[0042] 實施例2 1、 一種替代QT450的鋁合金哈夫管成分重量百分比為:鈹Be: 0.03%，銅Cu: 6.4%，猛Μη: 0 · 9%，鎘Cd: 0 · 2%，硅Si : 0 · 1%，鎳Ni : 0 · 06%，鈦Ti : 0 · 05%，六羰合錳正離子體Mn(C0)6+: 0 · 04%， 硫化鋁A12S3:0 · 0:4%，三亞硝基合三氨合鈷[Co(ΝΗ3)3(Ν02)3] : 0 · 04%; 2、 具體制備方法與實施例1相同； 3、 鑄件微觀結構指標:金相組織為等軸晶，平均晶粒度80~120μπι，晶粒內（Τ+ΘΗ)組合相 數量2~3個/[μπι] 2; 4、 鑄件機械性能
[0043] 實施例3 1、 一種替代QT450的鋁合金哈夫管成分重量百分比為:鈹Be: 0.04%，銅Cu: 2.4%，猛Μη: 0·9%，鎘Cd:0·2%，三亞硝基合三氨合鈷[Co(ΝΗ3)3(Ν02) 3] :0·046%; 2、 具體制備方法與實施例1相同； 3、 鑄件微觀結構指標:金相組織為等軸晶，平均晶粒度80~120μπι，晶粒內（Τ+ΘΗ)組合相 數量2~3個/[μπι] 2; 4、 鑄件機械性能
【主權項】
1. 一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比計：鈹 Be:0·02%-0·04%，錳Μη:彡 2%，鎘Cd:0·05%~0·5%，銅Cu:4·2%~8·0%且Cu彡 0·8Mn+4·05%或 銅0 · 5%彡Cu彡3%且Cu彡1 · 5Mn;路易斯酸堿對總量1 % X 10-4~2 · 0%或7 · 0%~9 · 0%，使合金平 均晶粒度< 120微米，余量為鋁A1。2. 根據權利要求1所述的一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料，其特征在于:合金晶粒 為等軸晶。3. 根據權利要求1所述的一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料，其特征在于:合金晶粒 內亞納米(Τ+ΘΗ)組合相數量達到多1個/平方微米。4. 根據權利要求1所述的一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料，其特征在于:所述路易 斯酸堿對為金屬與配體結合而成的正、負離子體、復雜配體化合物、超大雜多化合物、過渡 族類元素中的一種，或者一種以上混合。5. 根據權利要求4所述的一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料，其特征在于:所述的金 屬與配體結合而成的正離子體、負離子體包含六羰合猛正離子體Mn (CO) 6+。6. 根據權利要求4所述的一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料，其特征在于:所述的復 雜配體化合物或超大雜多化合物包括三亞硝基合三氨合鈷[(：〇(1^ 3)3(^)2)3]和硫化鋁 AI2S3 〇7. 根據權利要求1-6之一所述的一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料，其特征在于:所 述路易斯酸堿對，按元素添加量占 Α1基體重量百分比，范圍為:硅Si<0.2%，鎳Ni<0.1%，鈦 Ti <0.1%，六羰合錳正離子體Mn (CO) 6+< 0.05%，硫化鋁A12S3 < 0.05%，三亞硝基合三氨合鈷 [Co(NH3)3(N〇2)3] <0.05%〇8. 如權利要求7所述的一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料的制備方法，其特征在于： 包含以下步驟： (1) 在前述路易斯酸堿對、元素比例范圍內，選定一組物質組合，確定重量比，根據需要 配制的合金總量，推算出所需的每種物料的重量； (2) 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱并在700 °C以上保溫； (3) 加入錳Μη、鎘Cd、銅Cu，鈹Be攪拌，加入選定的路易斯酸堿對，或者加入選定的路易 斯酸堿對組合，攪拌均勻； (4) 然后對上述合金熔體進行爐內精煉； (5) 精煉后除渣、靜置、取樣分析合金化學成分，根據分析結果調整化學成分至規(guī)定的 偏差范圍內；調溫至650 °C以上，合金液出爐，在線除氣、除渣； (6) 鑄造:采用重力鑄造澆注。9. 根據權利要求8所述的一種替代QT450哈夫管的鋁合金材料的制備方法，其特征在 于:所述重力鑄造澆注，步驟如下： ① 過濾后可澆注鑄造； ② 鑄造前應將模具預熱，安裝上砂芯，用壓縮空氣將模具型腔吹干凈； ③ 采取人工澆注或自動化澆注，用澆包從爐內g取合金液倒入模具澆口通過內澆道充 滿型腔；自然冷卻或強冷； ④ 開模取出產品，自然冷卻，清理砂芯、鋸切冒口、打磨飛邊； ⑤ 外觀質量檢測：毛坯鑄件在進行外觀質量檢驗之前，應清理干凈平整，非加工面的澆 冒口應清理到鑄件表面齊平； ⑥ 內部質量檢測； ⑦ 固溶處理:將鑄件完成粗加工和內外質量檢測的毛坯送入固溶爐，進行560Γ以下固 溶處理，保溫完成后立刻淬火，使用水冷或油冷； ⑧ 時效強化:將完成固溶處理的鑄件送入時效爐進行時效強化處理，在230°C以下時效 強化，保溫后，出爐自然冷卻； ⑨ 取樣分析測試驗證； ⑩ 實用性能驗證。
【文檔編號】C22F1/057GK105936999SQ201610493076
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】張中可, 門三泉, 車云
【申請人】貴州華科鋁材料工程技術研究有限公司