发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种高导电率铝合金铸件及其制备方法,解决了铸造铝合金铸件导电率低,工艺复杂且成本高的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现:
一种高导电率铝合金铸件,按照质量百分比组分计,包括:Si:2.0%-4.3%,Mg:0.2%-1.0%,Cu:0.1%-0.5%,其余为铝。
优选的,所述高导电率铝合金铸件中的杂质元素包含Fe和其余杂质元素,其中Fe≤0.2%,其余杂质元素含量整体综合≤0.1%,且其余杂质元素单个≤0.01%。
优选的,所述高导电率铝合金铸件在室温下的导电率超过50%IACS,抗拉强度超过275MPa。
一种高导电率铝合金铸件的制备方法,包括以下步骤:
S1,将铝硅合金熔化后,得到铝合金熔体A,静置保温;
S2,将铝锶合金加入铝合金熔体A中进行炉前变质处理后,再加入镁块和Al-Cu合金块,待其完全熔化后,得到铝合金熔体B;
S3,在铝合金熔体B液面上均匀撒一层清渣剂,搓揉2-5min后扒掉表面浮渣;在液面上再均匀撒一层清渣剂,把液面中间部位的清渣剂向周边扒开,插入旋转吹气精炼转子进行除气精炼;精炼完后扒掉铝合金熔体表面浮渣,经除气除渣精炼处理后得到铝合金熔体C;
S4,将精炼后的铝合金熔体C制成铝合金铸件,将铝合金铸件进行热处理后得到高导电率铝合金铸件。
优选的,使用前需要将与铝硅合金的铝液接触的工具,先预热至150-250℃,再涂刷氧化锌涂料,再在300℃-600℃温度下进行干燥处理。
优选的,所述S2中的炉前变质处理的具体过程为:
将铝合金熔体转入精炼变质炉内,将铝锶合金预热后,放入坩埚内,再倒入铝合金熔体A,将坩埚放入精炼变质炉中,保持铝合金熔体温度在690-720℃下,用钟罩搅拌3-5min,从而铝合金熔体A中进行炉前变质处理后,其中精炼变质炉的出炉温度为700-720℃。
优选的,所述S3中清渣剂的添加量为铝合金熔体重量的0.15%-0.2%;S2中铝锶合金的添加量为铝硅合金重量的0.05%-0.15%。
优选的,S3中除气除渣精炼处理的处理温度为690-720℃,处理时间为15-60min。
优选的,所述铝硅合金熔化采用天然气熔化炉,天然气熔化炉的出炉温度为720-740℃,所述铝合金熔体A的保温温度在690-720℃;
优选的,所述热处理的过程为:
将铝合金铸件置入温度在525-545℃的固溶炉内,保温4-10h后进行水淬;水淬后将铝合金铸件转入温度在200-250℃的时效炉内,保温1-4h后进行空冷后得到高导电率铝合金铸件;其中,铝合金铸件从固溶炉转入时效炉的时间不超过24h,从固溶炉出炉到水淬的过程时间不超过1min。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明的目的在于提供一种高导电率铝合金铸件及其制备方法,通过调整合金元素的成分及热处理工艺制备的铝合金铸件,具有导电性好的优点,该高导电率铝合金铸件在室温下的导电率不小于50%IACS,抗拉强度不低于275Mpa,解决了铸造铝合金铸件导电率低的问题;
此外,本发明的制备方法通过对铝合金熔体炉前变质处理,除气除渣精炼处理以及热处理后;在铝硅合金熔炼过程中,经过炉前变质处理通过添加适量的变质剂铝锶合金,以调整铝合金的组织结构和改善其性能,铝锶合金变质剂的添加可以改变铝硅合金的凝固行为,促使细小的硅相析出,从而细化合金的晶粒;可以使铝硅合金获得较高的强度、硬度和耐磨性,提高其抗拉强度。经过除气除渣精炼处理,用于去除金属熔炼过程中的杂质和不纯物质;对铝合金进行进一步的热处理后,淬火得到的过饱和固溶体将逐步析出溶质原子,使合金的晶格畸变程度减小,内应力降低,从而使电子运动变得容易,导电率逐渐增大。因时效温度升高,强化相析出越充分,铝合金铸件合金的导电率提高,满足了电力行业的材料性能要求,工艺流程简单,周期短,生产效率高,成本低廉,从而规模化工业制备难度小,易于批量生产。
进一步,本发明涉及的合金体系配制操作简便易行,所用合金体系元素成本低廉,加入量易于控制,无污染物排出,生产效率高,成本低廉,适用于规模化工业生产。
进一步,本发明通过调整合金元素的成分及热处理工艺制备的铝合金铸件,具有导电性好的优点,满足输配电行业产品的改进需求。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明使用的材料成分按重量百分比为:Si:2.0-4.3%,Mg:0.2-1.0%,Cu:0.1-0.5%,其余为铝,并控制杂质Fe元素含量,Fe≤0.2%,其余杂质元素单个≤0.01%,综合≤0.1%。
将所用炉料必须干燥、干净,所用工具与铝液接触的部分都必须清理去除其表面铁锈,残余熔剂等粘附物,预热至150-250℃,涂刷一定厚度的氧化锌涂料,然后在300℃以上充分干燥。将称量好的356Z.2合金加入天然气熔化炉中进行熔化,熔化温度为720-740℃。待合金全部熔化后,根据生产需求,需要转入精炼变质炉内,精炼变质炉的出炉温度为700-720℃。转入前将铝锶合金称重(铝锶合金的加入量为0.05%-0.15%,经化学成分检测,Sr含量为0.003%-0.006%)及预热后,放入空坩埚内,再由天然气熔化炉放铝液到坩埚内,将坩埚放入炉膛,保持铝液温度在690-720℃,用钟罩搅拌3-5min。将称量、配制好的镁块和Al-Cu合金块用钟罩压入铝液中,待其完全熔化后,搅拌均匀,静置保温,温度保持在690-720℃。在液面上均匀撒一层清渣剂,加入量为铝液的0.15%-0.2%,搓揉2-5min后扒掉表面浮渣。在液面上再均匀撒一层清渣剂(加入量同上),把液面中间部位的清渣剂向周边扒开,插入旋转吹气精炼转子进行除气精炼。保持690-720℃铝温,静置5-10min,对铝液进行含气量检查,若符合要求,用坩埚转入低压铸造保温炉中,制成铝合金铸件。将制备好的铝合金铸件置入温度在525-545℃的固溶炉内,保温4-10h后水淬;再将铸件转入温度在200-250℃的时效炉内,保温1-4h后空冷,且铝合金铸件从第一级热处理炉转入第二级热处理炉的时间不超过24h,从固溶炉出炉到水淬的过程时间不超过1min。
实施例1:
使用前将所用炉料必须干燥、干净,所用工具与铝液接触的部分都必须清理去除其表面铁锈,残余熔剂等粘附物,预热至150℃,涂刷一定厚度的氧化锌涂料,然后在300℃下充分干燥;
熔化铝合金:将称量好的356Z.2铝硅合金加入天然气熔化炉中进行熔化,熔化温度为720℃,待铝硅合金全部熔化后,得到铝硅合金熔体A。
炉前变质处理:根据生产需求,需要转入精炼变质炉内,精炼变质炉的出炉温度为700℃。
转入前将铝锶合金称重(铝锶合金的加入量为铝硅合金重量的0.05%,经化学成分检测,Sr含量为0.003%)及预热后,放入空坩埚内,再由天然气熔化炉中的铝合金熔体A放入到坩埚内,将坩埚放入精炼变质炉的炉膛中,保持铝合金熔体的铝液温度在690℃,用钟罩搅拌3min;
将称量、配制好的镁块和Al-Cu合金块用钟罩压入上述铝合金熔体中,镁的添加量占总添加量的0.2%,铜的添加量占总添加量的0.1%,待其完全熔化后,搅拌均匀,静置保温,温度保持在690℃,得到铝合金熔体B;
熔体除气除渣精炼:在上述静置保温10min后的铝合金熔体B的液面上均匀撒一层清渣剂,搓揉2min后扒掉表面浮渣;再在液面上再均匀撒一层清渣剂(加入量同上),其中,清渣剂总添加量为铝硅合金重量的0.15%;把液面中间部位的清渣剂向周边扒开,插入旋转吹气精炼转子进行除气精炼;保持690℃铝液温度,静置保温5min,得到铝合金熔体C;
对铝液进行含气量检查,若符合要求,用坩埚转入低压铸造保温炉中,制成铝合金铸件。
热处理:将制备好的铝合金铸件置入温度在535℃的固溶炉内,保温4h后水淬;再将铝合金铸件转入温度在215℃的时效炉内,保温1h后空冷,且铝合金铸件从固溶炉转入时效炉的时间为0.5h,从固溶炉出炉到水淬的过程时间为1min。
经机加工后,对该实施例的铝合金铸件进行取样检测,室温下的导电率为51%IACS、抗拉强度为295MPa。
该高导电率的铝合金铸件包括以下质量百分比组分:Si:3.5%,Mg:0.2%,Cu:0.1%,其余为铝,并控制杂质Fe元素含量,Fe≤0.2%,其余杂质元素单个≤0.01%,综合≤0.1%。
实施例2:
使用前将所用炉料必须干燥、干净,所用工具与铝液接触的部分都必须清理去除其表面铁锈,残余熔剂等粘附物,预热至250℃,涂刷一定厚度的氧化锌涂料,然后在600℃下充分干燥;
熔化铝合金:将称量好的356Z.2铝硅合金加入天然气熔化炉中进行熔化,熔化温度为740℃,待铝硅合金全部熔化后,得到铝硅合金熔体A;
炉前变质处理:根据生产需求,需要转入精炼变质炉内,精炼变质炉的出炉温度为720℃。
转入前将铝锶合金称重(铝锶合金的加入量为铝硅合金重量的0.08%,经化学成分检测,Sr含量为0.006%)及预热后,放入空坩埚内,再由天然气熔化炉中的铝合金熔体A放入到坩埚内,将坩埚放入精炼变质炉的炉膛中,保持铝合金熔体的铝液温度在720℃,用钟罩搅拌5min;
将称量、配制好的镁块和Al-Cu合金块用钟罩压入上述铝合金熔体中,镁的添加量占总添加量的1.0%,铜的添加量占总添加量的0.5%,待其完全熔化后,搅拌均匀,静置保温,温度保持在720℃,得到铝合金熔体B;
熔体除气除渣精炼:在上述静置保温10min后的铝合金熔体B的液面上均匀撒一层清渣剂,搓揉2min后扒掉表面浮渣;再在液面上再均匀撒一层清渣剂(加入量同上),其中,清渣剂总添加量为铝硅合金重量的0.2%;把液面中间部位的清渣剂向周边扒开,插入旋转吹气精炼转子进行除气精炼;保持720℃铝液温度,静置保温10min,得到铝合金熔体C;
对铝液进行含气量检查,若符合要求,用坩埚转入低压铸造保温炉中,制成铝合金铸件。
热处理:将制备好的铝合金铸件置入温度在537℃的固溶炉内,保温10h后水淬;再将铝合金铸件转入温度在220℃的时效炉内,保温4h后空冷,且铝合金铸件从固溶炉转入时效炉的时间为0.5小时,从固溶炉出炉到水淬的过程时间为50s。
经机加工后,对该实施例的铝合金铸件进行取样检测,室温下的导电率为52%IACS、抗拉强度为298MPa。
该高导电率的铝合金铸件包括以下质量百分比组分:Si:4.3%,Mg:1.0%,Cu:0.5%,其余为铝,并控制杂质Fe元素含量,Fe≤0.2%,其余杂质元素单个≤0.01%,综合≤0.1%。
实施例3:
使用前将所用炉料必须干燥、干净,所用工具与铝液接触的部分都必须清理去除其表面铁锈,残余熔剂等粘附物,预热:200℃,涂刷一定厚度的氧化锌涂料,然后在400℃下充分干燥;
熔化铝合金:将称量好的356Z.2铝硅合金加入天然气熔化炉中进行熔化,熔化温度为730℃,待铝硅合金全部熔化后,得到铝硅合金熔体A;
炉前变质处理:根据生产需求,需要转入精炼变质炉内,精炼变质炉的出炉温度为710℃。
转入前将铝锶合金称重(铝锶合金的加入量为铝硅合金重量的0.06%,经化学成分检测,Sr含量为0.004%)及预热后,放入空坩埚内,再由天然气熔化炉中的铝合金熔体A放入到坩埚内,将坩埚放入精炼变质炉的炉膛中,保持铝合金熔体的铝液温度在700℃,用钟罩搅拌4min;
将称量、配制好的镁块和和Al-Cu合金块用钟罩压入上述铝合金熔体中,镁的添加量占总添加量的0.8%,铜的添加量占总添加量的0.35%,待其完全熔化后,搅拌均匀,静置保温,温度保持在710℃,得到铝合金熔体B;
熔体除气除渣精炼:在上述静置保温10min后的铝合金熔体B的液面上均匀撒一层清渣剂,搓揉3min后扒掉表面浮渣;再在液面上再均匀撒一层清渣剂(加入量同上),其中,清渣剂总添加量为铝硅合金重量的0.18%;把液面中间部位的清渣剂向周边扒开,插入旋转吹气精炼转子进行除气精炼;保持710℃铝液温度,静置保温8min,得到铝合金熔体C;
对铝液进行含气量检查,若符合要求,用坩埚转入低压铸造保温炉中,制成铝合金铸件。
热处理:将制备好的铝合金铸件置入温度在525℃的固溶炉内,保温8h后水淬;再将铝合金铸件转入温度在200℃的时效炉内,保温3h后空冷,且铝合金铸件从固溶炉转入时效炉的时间为0.5小时,从固溶炉出炉到水淬的过程时间为55s。
经机加工后,对该实施例的铝合金铸件进行取样检测,室温下的导电率为52%IACS、抗拉强度为301MPa。
该高导电率的铝合金铸件包括以下质量百分比组分:Si:4.2%,Mg:0.8%,Cu:0.35%,其余为铝,并控制杂质Fe元素含量,Fe≤0.2%,其余杂质元素单个≤0.01%,综合≤0.1%。
实施例4:
使用前将所用炉料必须干燥、干净,所用工具与铝液接触的部分都必须清理去除其表面铁锈,残余熔剂等粘附物,预热:220℃,涂刷一定厚度的氧化锌涂料,然后在500℃下充分干燥;
熔化铝合金:将称量好的356Z.2铝硅合金加入天然气熔化炉中进行熔化,熔化温度为730℃,待铝硅合金全部熔化后,得到铝硅合金熔体A;
炉前变质处理:根据生产需求,需要转入精炼变质炉内,精炼变质炉的出炉温度为710℃。
转入前将铝锶合金称重(铝锶合金的加入量为铝硅合金重量的0.05%,经化学成分检测,Sr含量为0.003%)及预热后,放入空坩埚内,再由天然气熔化炉中的铝合金熔体A放入到坩埚内,将坩埚放入精炼变质炉的炉膛中,保持铝合金熔体的铝液温度在710℃,用钟罩搅拌5min;
将称量、配制好的镁块和Al-Cu合金块用钟罩压入上述铝合金熔体中,镁的添加量占总添加量的0.6%,铜的添加量占总添加量的0.25%,待其完全熔化后,搅拌均匀,静置保温,温度保持在710℃,得到铝合金熔体B;
熔体除气除渣精炼:在上述静置保温10min后的铝合金熔体B的液面上均匀撒一层清渣剂,搓揉5min后扒掉表面浮渣;再在液面上再均匀撒一层清渣剂(加入量同上),其中,清渣剂总添加量为铝硅合金重量的0.16%;把液面中间部位的清渣剂向周边扒开,插入旋转吹气精炼转子进行除气精炼;保持710℃铝液温度,静置保温6min,得到铝合金熔体C;
对铝液进行含气量检查,若符合要求,用坩埚转入低压铸造保温炉中,制成铝合金铸件。
热处理:将制备好的铝合金铸件置入温度在545℃的固溶炉内,保温6h后水淬;再将铝合金铸件转入温度在250℃的时效炉内,保温2h后空冷,且铝合金铸件从固溶炉转入时效炉的时间为0.5小时,从固溶炉出炉到水淬的过程时间为30s。
经机加工后,对该实施例的铝合金铸件进行取样检测,室温下的导电率为52.5%IACS、抗拉强度为300MPa。
该高导电率的铝合金铸件包括以下质量百分比组分:Si:2.0%,Mg:0.6%,Cu:0.25%,其余为铝,并控制杂质Fe元素含量,Fe≤0.2%,其余杂质元素单个≤0.01%,综合≤0.1%。
本发明精炼变质炉是指一种用于精炼和变质金属的设备,它通常用于冶金和金属加工领域,用于将原始金属进行加热、熔化和处理,以去除杂质并改善金属的质量和性能。经过精炼变质处理,这可以增加金属的硬度、强度等特性。需要注意的是,精炼变质炉的具体设计和操作方法可能因不同的金属和工艺而有所不同。不同类型的金属和合金可能需要不同类型的炉子和处理过程。此外,安全操作和环境保护也是在金属冶炼和加工中非常重要的考虑因素。
除气除渣精炼是一种通过去除铝合金熔体中的氧气、浮渣和其他杂质来提高金属纯度和质量的金属冶炼过程。这些步骤在不同的金属冶炼工艺中都扮演着重要的角色,以确保生产出符合要求的高质量金属产品。
铝硅合金的炉前变质处理是指在铝硅合金熔炼过程中,通过添加适量的变质剂,以调整合金的组织结构和改善其性能,铝锶合金变质剂的添加可以改变铝硅合金的凝固行为,促使细小的硅相析出,从而细化合金的晶粒;可以使铝硅合金获得较高的强度、硬度和耐磨性。
时效炉通常用于对铝合金进行时效处理,因为铝合金在固溶处理(固溶化)后需要经过时效处理以达到最佳的材料性能。固溶处理是通过加热将金属材料中的溶质元素溶解到基体中,然后快速冷却来实现的;在固溶处理后,材料的力学性能还没有完全达到最佳状态,因此需要进行时效处理。本发明涉及到的热处理工艺提高了人工时效温度,随着人工时效温度升高,淬火得到的过饱和固溶体将逐步析出溶质原子,是合金的晶格畸变程度减小,内应力降低,从而使电子运动变得容易,导电率逐渐增大,因时效温度升高,强化相析出越充分,合金的导电率提高。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制;凡本行业的普通技术人员均可按说明书所示和以上所述而顺畅地实施本发明;但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等,均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。