CN109402459B - 一种压铸铝合金及其精炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压铸铝合金及其精炼工艺，涉及金属材料技术领域。其技术要点是：一种压铸铝合金，包括如下重量百分比的成分：Mn 1‑1.20%；Zn 0.95‑1.15%；Fe<0.35%；Si<0.4%；Mg<0.1%；Cu<0.1%；余量为Al。在本发明的成分和配比下，压铸铝合金的流动性好，容易填充至模具的型腔内；本发明由于添加了Mn和Zn并控制其含量，使得压铸铝合金不易粘接模具，容易脱模；本发明的压铸铝合金的压铸温度降低至700℃，压铸难度小且能耗低，节能环保；在阳极氧化时不会变黑变灰，光泽性好。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，更具体地说，它涉及一种压铸铝合金及其精炼工艺。
背景技术
压力铸造作为一种液态精确成型方法，具有生产效率高、经济指标优良、铸件尺寸精度高和互换性好等优点，在制造业获得了广泛的应用和迅速的发展。随着铝合金的应用越来越广泛，工业产品对铝合金压铸件的要求也是不断提高，不仅要求压铸铝合金具有良好的延性和强度，而且要求铝合金具有良好的成形和后处理性能。Al-Si系合金虽然有较好的流动性，但是强度和塑性都不太高，因此，对于高强度要求的结构件，现有Al-Si系合金满足不了强度要求。
在公开号为CN107419144A的中国发明专利中公开了一种压铸铝合金，包括如下重量百分比的原料：Si 15份～20份，Cu 3份～6份，Mg 0.3份～0.8份和Al 75份～80份。
该专利中的压铸铝合金的主要合金元素为镁与硅，其虽然硅含量高、流动性较好，但用于阳极氧化时容易变黑变灰；不含硅的铝合金流动性较差，容易粘接在模具内壁难以脱模。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种压铸铝合金，其具有流动性好、容易脱模的优点。
本发明的目的二在于提供一种压铸铝合金的精炼工艺，其具有铝合金元素分布均匀、精炼温度均匀的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种压铸铝合金，包括如下重量百分比的成分：
Mn 1-1.20％；
Zn 0.95-1.15％；
Fe<0.35％；
Si<0.4％；
Mg<0.1％；
Cu<0.1％；
余量为Al。
通过采用上述技术方案，控制铝合金基本不含硅，并加入Mn，改善压铸铝合金的流动性，并加入Zn补充增加铝合金的流动性，使其容易填充至模具的型腔内，使得压铸铝合金不易粘接模具，容易脱模；由于Mn的熔点较高，加入Zn还可以降低铝合金的压铸温度，本发明的压铸铝合金的压铸温度降低至700℃，压铸难度小且能耗低，节能环保；压铸铝合金在阳极氧化时不会变黑变灰，当Si<0.25％，Mg<0.05％，Cu<0.05％时，压铸铝合金在阳极氧化后的光泽性更佳。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种如目的一所述的压铸铝合金的精炼工艺，包括以下步骤：
步骤一，将纯锌、纯锰、40％配方量的纯铝投入中频感应炉内，升温至820-830℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入30％配方量的纯铝，控制温度720-740℃，向中频感应炉内投入精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入30％配方量的纯铝，加入晶粒细化剂，再通入高纯氩气；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2-10min，浇注后得到压铸铝合金。
通过采用上述技术方案，采用中频感应炉进行精炼，熔化效率高且节电效果好，使得合金成分分布均匀，熔化升温快且温度均匀，炉温容易控制，生产效率高。精炼剂有利于造渣，去除杂质，晶粒细化剂能够使得压铸铝合金不易结晶，使其颗粒更细，不易脆裂。
纯锌是指纯度为98.7％～99.99％的锌。
纯锰是指工业纯锰。
纯铝是指铝含量最少为99.70％工业纯铝，别称为双零铝。
进一步优选为，所述纯锌、纯锰、纯铝的重量份数比为5.3:5.2：(465-475)。
通过采用上述技术方案，严格控制成分的配比，使其精炼后的成分在控制的范围内。
进一步优选为，所述精炼剂的添加量为1-2份。
通过采用上述技术方案，精炼剂有利于造渣，去除杂质，且不会对合金的成分造成太大的影响。
进一步优选为，所述精炼剂包括以下重量百分比的成分：
氯化钾 18-23％；
氯化钠 30-35％；
碳酸钠 5-10％；
硝酸钠 13-18％；
氟硅酸钠 13-18％；
氟铝酸钠 8-13％；
水≤1％。
通过采用上述技术方案，上述配比的精炼剂有利于造渣，去除杂质，且不会对合金的成分造成太大的影响。
进一步优选为，所述晶粒细化剂为铝钛硼合金，晶粒细化剂的添加量为1-2份。
通过采用上述技术方案，铝钛硼合金的作用如下：1、可有效的细化铸锭晶粒，防止粗大等轴晶，柱状晶和羽毛晶的产生；2、减少成分偏析，易于热处理，提高力学性能；3、降低凝固收缩引起的热应力，减少热裂；4、有利于补缩，改善铸件内在的表面质量；5、壁厚效应小，厚大铸件尤其适用；6、提高合金气密性，细晶使纤维疏松均匀分布；7、改善切割加工性能，减少刀具震动，对于变形铝合金易于拉伸，表面去洁，易于表面抛光，或着色；8、使用方便，不含氯化物侵蚀熔铸工具，不污染环境。
进一步优选为，所述高纯氩气的流量为10-12L/min,压力为0.3-0.5MPa。
通过采用上述技术方案，高纯氩气的流量太小，难以达到除杂的目的，高纯氩气的流量太大，容易导致铝液飞溅。
进一步优选为，所述高纯氩气的通入时间是6-8min。
通过采用上述技术方案，高纯氩气的通入时间太小，难以达到除杂的目的，通入时间太大造成浪费。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)控制铝合金基本不含硅，并加入Mn，改善压铸铝合金的流动性，并加入Zn补充增加铝合金的流动性，使其容易填充至模具的型腔内，使得压铸铝合金不易粘接模具，容易脱模；
(2)由于Mn的熔点较高，加入Zn还可以降低铝合金的压铸温度，本发明的压铸铝合金的压铸温度降低至700℃，压铸难度小且能耗低，节能环保；
(3)采用中频感应炉进行精炼，熔化效率高且节电效果好，使得合金成分分布均匀，熔化升温快且温度均匀，炉温容易控制，生产效率高。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种压铸铝合金的精炼工艺，包括以下步骤：
步骤一，将5.3kg纯锌、5.2kg纯锰、188kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至820℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入141kg纯铝，控制温度720℃，向中频感应炉内投入0.5kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入0.5kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
精炼剂购自重庆渝西化工厂，精炼剂包括以下重量百分比的成分：
氯化钾 18％；
氯化钠 35％；
碳酸钠 5％；
硝酸钠 18％；
氟硅酸钠 13％；
氟铝酸钠 10％；
水 1％。
步骤三，向中频感应炉内加入141kg纯铝，加入1kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为10L/min,压力为0.5MPa，高纯氩气的通入时间是6min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
实施例2：一种压铸铝合金的精炼工艺，包括以下步骤：
步骤一，将5.3kg纯锌、5.2kg纯锰、186kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至825℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入139.5kg纯铝，控制温度730℃，向中频感应炉内投入0.5kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入0.5kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入139.5kg纯铝，加入1kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为10L/min,压力为0.5MPa，高纯氩气的通入时间是6min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
实施例3：一种压铸铝合金的精炼工艺，包括以下步骤：
步骤一，将5.3kg纯锌、5.2kg纯锰、190kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至830℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入142.5kg纯铝，控制温度740℃，向中频感应炉内投入0.5kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入0.5kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入142.5kg纯铝，加入1kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为10L/min,压力为0.5MPa，高纯氩气的通入时间是6min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
实施例4：一种压铸铝合金的精炼工艺，包括以下步骤：
步骤一，将5.3kg纯锌、5.2kg纯锰、190kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至830℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入142.5kg纯铝，控制温度720℃，向中频感应炉内投入0.5kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入0.5kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入142.5kg纯铝，加入1kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为11L/min,压力为0.4MPa，高纯氩气的通入时间是7min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
实施例5：一种压铸铝合金的精炼工艺，包括以下步骤：
步骤一，将5.3kg纯锌、5.2kg纯锰、190kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至830℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入142.5kg纯铝，控制温度720℃，向中频感应炉内投入0.5kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入0.5kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入142.5kg纯铝，加入1kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为12L/min,压力为0.3MPa，高纯氩气的通入时间是8min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
实施例6：一种压铸铝合金的精炼工艺，包括以下步骤：
步骤一，将5.3kg纯锌、5.2kg纯锰、190kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至830℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入142.5kg纯铝，控制温度720℃，向中频感应炉内投入0.75kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入0.75kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入142.5kg纯铝，加入1.5kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为10L/min,压力为0.5MPa，高纯氩气的通入时间是6min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
实施例7：一种压铸铝合金的精炼工艺，包括以下步骤：
步骤一，将5.3kg纯锌、5.2kg纯锰、190kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至830℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入142.5kg纯铝，控制温度720℃，向中频感应炉内投入1kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入1kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入142.5kg纯铝，加入2kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为10L/min,压力为0.5MPa，高纯氩气的通入时间是6min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
实施例8：一种压铸铝合金的精炼工艺，与实施例1的不同之处在于，精炼剂包括以下重量百分比的成分：
氯化钾 20％；
氯化钠 30％；
碳酸钠 10％；
硝酸钠 13％；
氟硅酸钠 18％；
氟铝酸钠 8％；
水 1％。
实施例9：一种压铸铝合金的精炼工艺，与实施例1的不同之处在于，精炼剂包括以下重量百分比的成分：
氯化钾 23％；
氯化钠 30.5％；
碳酸钠 6％；
硝酸钠 13.5％；
氟硅酸钠 13.5％；
氟铝酸钠 13％；
水 0.5％。
对比例1：采用公开号为CN107419144A的中国发明专利中的实施例1制造压铸铝合金。
对比例2：一种压铸铝合金的精炼工艺，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤：
步骤一，将5.0kg纯锌、5.0kg纯锰、188kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至820℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入141kg纯铝，控制温度720℃，向中频感应炉内投入0.5kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入0.5kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入141kg纯铝，加入1kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为10L/min,压力为0.5MPa，高纯氩气的通入时间是6min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
对比例3：一种压铸铝合金的精炼工艺，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤：
步骤一，将5.3kg纯锌、5.2kg纯锰、188kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至820℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入141kg纯铝，控制温度720℃，向中频感应炉内投入0.3kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入0.3kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入141kg纯铝，加入0.5kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为10L/min,压力为0.5MPa，高纯氩气的通入时间是6min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
对比例4：一种压铸铝合金的精炼工艺，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤：
步骤一，将5.2kg纯锰、188kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至820℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入141kg纯铝，控制温度720℃，向中频感应炉内投入0.5kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入0.5kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入141kg纯铝，加入1kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为10L/min,压力为0.5MPa，高纯氩气的通入时间是6min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
对比例5：一种压铸铝合金的精炼工艺，与实施例1的不同之处在于，包括以下步骤：
步骤一，将5.3kg纯锌、188kg纯铝投入容积为500kg的中频感应炉内，升温至820℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入141kg纯铝，控制温度720℃，向中频感应炉内投入0.5kg精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入0.5kg精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入141kg纯铝，加入1kg晶粒细化剂，晶粒细化剂为铝钛硼合金，再通入高纯氩气，捞出浮渣，高纯氩气的流量为10L/min,压力为0.5MPa，高纯氩气的通入时间是6min；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2min，浇注后得到压铸铝合金。
(一)成分分析：对实施例1-9和对比例2-5获得的压铸铝合金进行化学成分分析。
分析结果：实施例1-9和对比例2-5的分析结果如表1所示。由表1可知，实施例1-9的化学成分含量均在本发明配方的要求范围内，而对比例2-5的部分成分不在本发明配方的要求范围内，而且杂质含量变多，说明本发明的工艺能够得到符合本发明配方的压铸铝合金。
表1实施例1-9和对比例2-5的分析结果
(二)压铸性能测试：对实施例1-9和对比例1-5获得的压铸铝合金的压铸性能进行测试。
测试方法：将实施例1-9和对比例1-5获得的压铸铝合金各取300kg，分别融化后，采用相同的模具，送至压铸机进行压铸，测试铝液将模具填充完全的时间；压铸完成后冷却脱模，将粘接在模具上的铝合金废料刮下称重，记录填充时间和废料重量。
测试结果及分析：实施例1-9和对比例1-5的压铸性能测试结果如表2所示，实施例1-9的填充时间均小于5s，而对比例1-5均大于7.5s，说明本发明的压铸铝合金的流动性好，容易填充至模具的型腔内；实施例1-9的粘接在模具上的废料重量为0，而对比例1-5粘接在模具上的废料重量均大于135g，说明本发明通过控制铝合金基本不含硅，并加入Mn，改善压铸铝合金的流动性，并加入Zn补充增加铝合金的流动性，使其容易填充至模具的型腔内，使得压铸铝合金不易粘接模具，容易脱模。
表2实施例1-9和对比例1-5的压铸性能测试结果
| 实施例/对比例编号 | 填充时间/s | 废料重量/g |
| 实施例1 | 4.2 | 0.0 |
| 实施例2 | 4.6 | 0.0 |
| 实施例3 | 4.4 | 0.0 |
| 实施例4 | 4.3 | 0.0 |
| 实施例5 | 4.1 | 0.0 |
| 实施例6 | 4.0 | 0.0 |
| 实施例7 | 4.7 | 0.0 |
| 实施例8 | 4.1 | 0.0 |
| 实施例9 | 4.2 | 0.0 |
| 对比例1 | 10.2 | 185.0 |
| 对比例2 | 7.5 | 135.0 |
| 对比例3 | 8.2 | 148.0 |
| 对比例4 | 9.3 | 165.0 |
| 对比例5 | 9.5 | 168.0 |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种压铸铝合金，其特征在于，包括如下重量百分比的成分：
Mn 1.12-1.20%；
Zn 1.05-1.15%；
Fe<0.35%；
Si<0.25%；
Mg<0.05%；
Cu<0.05%；
余量为Al；
压铸铝合金的压铸温度降低至 700℃；
所述压铸铝合金的精炼工艺，包括以下步骤：
步骤一，将纯锌、纯锰、40%配方量的纯铝投入中频感应炉内，升温至820-830℃直至原料全部融化；
步骤二，再向中频感应炉内加入30%配方量的纯铝，控制温度720-740℃，向中频感应炉内投入精炼剂进行一次精炼，捞出浮渣，再投入精炼剂进行二次精炼，捞出浮渣；
步骤三，向中频感应炉内加入30%配方量的纯铝，加入晶粒细化剂，再通入高纯氩气；
步骤四，停止通入高纯氩气，静止2-10min，浇注后得到压铸铝合金；
所述精炼剂的添加量为1-2 份；
所述精炼剂包括以下重量百分比的成分：
氯化钾18-23%；
氯化钠30-35%；
碳酸钠5-10%；
硝酸钠13-18%；
氟硅酸钠13-18%；
氟铝酸钠8-13%；
水≤1%；
纯锌、纯锰、纯铝的重量份数比为5.3:5.2：（465-475）；
所述晶粒细化剂为铝钛硼合金，晶粒细化剂的添加量为1-2份。
2.根据权利要求1所述的一种压铸铝合金，其特征在于，所述高纯氩气的流量为10-12L/min,压力为0.3-0.5MPa。
3.根据权利要求1所述的一种压铸铝合金，其特征在于，所述高纯氩气的通入时间是6-8min。
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