路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金材料及其制造方法

摘要

本发明采用广义的路易斯酸碱对，在铝合金熔体纳米尺度区域产生分子解体、扰动、活化、重构和排除效应，有效催生临界晶核，使合金在凝固之前获得最佳的分子物相组合结构，以“重量百分比计：锰Mn:≤2％，镉Cd:0.05％～0.5％，铜Cu:4.2％～8.0％且Cu≥0.8Mn+4.05％或铜0.5％≤Cu≤3％且Cu≥1.5Mn，路易斯酸碱对总量为1％×10‑4～2.0％或7.0％～9.0％，余量为铝Al”的主成分设计相配合，促使合金晶态为平均晶粒度＜120μm的等轴晶，亚纳米级(T+θH)组合相数量达到≥1个/[μm]2，合金基体内形成高密度(T+θH)相与(θ′、θ″、GPI区)联合的“类砼强化结构”和“超弹塑性张力结构”，使铝合金基材实现500MPa及更高的强度等级，同时基材可以采用铸轧挤锻多种加工方式，生产替代系列球墨铸铁或钢铁制品及其结构。

权利要求

1.添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：锰 Mn: ≤2% ，镉 Cd:0.05% ～0.5% ，铜 Cu:4.2% ～8.0% 且 Cu ≥

0.8Mn+4.05%或铜 0.5%≤Cu≤3%且 Cu≥1.5Mn；余量为铝 Al；添加剂总量 1%×10-4～2.0%或 7.0%～9.0%，使合金平均晶粒度＜120 微米，合金晶粒内亚纳米(T+θH)组合相数量达到≥1 个/平方微米，分子结构式为(Al20Cu2Mn3+AlxCu)，其中x小于2，θH相的厚度为20nm、长为

50nm；所述添加剂为金属与配体结合而成的正、负离子体、复杂配体化合物、超大杂多化合物、金属氰合物、金属硫氰基复合物、金属卤合物、金属卤氨合物、氢合物、过渡元素金属羰基配合物、金属的硼化物、金属的碳化物、金属的氮化物或者金属的硼碳氮的复合化合物中的一种，或者一种以上混合，或主族类元素、过渡族类元素中的一种与前述化合物中的一种以上混合；所述的复杂配体化合物或超大杂多化合物，为二氯氧钛 TiOCl2，钛酸钠Na2TiO3，六氯合铂酸钠 Na2[PtCl6]，六氟合铝酸钠 Na3[AlF6]，六氟合硅酸钾 K2[SiF6]，硫化铝 Al2S3，硫化亚铜 Cu2S，二硫铜铁 CuFeS2，硝基合四羰合锰 Mn(CO)4(NO)，磷钼酸 H3[P(Mo3O10)4]，氰合亚铁酸钾 K4[Fe(CN)6]和环戊二烯基铁（二茂铁）Fe(C5H5)2。

2.根据权利要求 1 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料，其特征在于：合金晶粒为等轴晶。

3.根据权利要求 1 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料，其特征在于：所述的金属与配体结合而成的正离子体、负离子体：包括六羰合锰正离子体 Mn(CO)6+，异硫氰合铁正离子体[Fe(NCS)]2+，三乙二胺合镍正离子[Ni(en)3]2+，四羰合钴负离子体 Co(CO)4－，六氯合铬负离子体[CrCl6]3－，二氨合三氯合铂负离子体[PtCl3(NH3)2]－，二氰合银负离子体[Ag(CN)2]－和六硫氰合锰负离子体[Mn(SCN)6]4－。

4.根据权利要求 1 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料，其特征在于：所述的氢合物，包括氢化锂 LiH 和硼氢化钠 NaBH4。

5.根据权利要求1 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料，其特征在于：所述的过渡元素金属羰基配合物，包括五羰合钒 V(CO)5 和六羰合钨 W(CO)6。

6.根据权利要求 1 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料，其特征在于：所述的金属的硼化物、碳化物、氮化物或者硼碳氮的复合化合物，包括碳化钛 TiC，碳化锆 ZrC，氮化钨 WN2，硼化钼 MoB(或 MoB2)，碳化硼 B4C，铝钛氮 AlTiN 和铝铬氮 AlCrN。

7.根据权利要求1 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料，其特征在于：所述的金属卤合物，包括三氯化金 AuCl3，三氯化铬 CrCl3，四碘化锡 SnI4和三氯化铜 CuCl3。

8.根据权利要求 1 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料，其特征在于：所述的金属卤氨合物，包括三氯合六氨合钴[Co(NH3)6]Cl3 和氯合二氨合银[Ag(NH3)2]Cl。

9.根据权利要求 1 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料，其特征在于：所述的主族类元素，包括锂 Li，铍 Be，钙 Ca，锶 Sr，钡 Ba，硼 B，碳 C，氮 N、镁 Mg 和硅 Si。

10.根据权利要求1所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料，其特征在于：所述的过渡族类元素，包括钪 Sc，钛 Ti，钒 V，铬 Cr，铁 Fe，钴 Co 和镍Ni。

11.如权利要求 1-10之一所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：(1)在前述添加剂、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量；

(2)往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在 700℃以上保温；

(3)加入锰 Mn、镉 Cd、铜 Cu，搅拌，加入选定的添加剂，或者加入选定的添加剂组合，搅拌均匀；

(4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；

(5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的偏差范围内；调温至 650℃以上，合金液出炉，在线除气、除渣；

(6)铸造：铸造是指合金液注入型腔内凝固结晶或者连续动态凝固结晶。

12.根据权利要求 11所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述添加剂呈固体块状，直接加入熔体或者以按压辅助方式加入熔体。

13.根据权利要求 11 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述添加剂呈固体丝线状，线自动送丝方式，在铸造时连续加入，或者切段，在每次铸造前加入浇包或舀瓢。

14.根据权利要求 11 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述添加剂呈固体粉末状，选择向熔体直接吹送或者以保护性气体带动的流态化方式连续吹送，所述吹送从熔体上部垂直插入熔体中吹送、从炉体侧面斜插熔体吹送或者从炉底透气砖孔吹送。

15.根据权利要求 11 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述注入为重力铸造浇注、离心铸造浇注、压力铸造充型注、熔模铸造浇注、消失模铸造浇注或真空法吸注。

16.根据权利要求 11所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述连续动态凝固为采用连续水冷方式强制冷却凝固的铸造方式。

17.根据权利要求15 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述重力铸造浇注为砂型模腔或金属模腔的铸造。

18.根据权利要求 15 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：对于重力铸造浇注成形的型锭或者铸件，选择强化加工，所述强化加工为热处理强化、冷加工强化或者冷热复合加工强化。

19.根据权利要求 15所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述压力铸造充型注为低压铸造、压力铸造、高压铸造、液态模锻或者半固态熔体压铸。

20.根据权利要求15 或17所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述重力铸造浇注，步骤如下：①过滤后浇注铸造；

②铸造前应将模具预热，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净；

③采取人工浇注或自动化浇注，用浇包从炉内舀取合金液倒入模具浇口通过内浇道充满型腔；自然冷却或强冷；

④开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边；

⑤外观质量检测：毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的浇冒口应清理到铸件表面齐平；

⑥内部质量检测；

⑦固溶处理：将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行

560℃以下固溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷；

⑧时效强化：将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，在

230℃以下时效强化，保温后，出炉自然冷却；

⑨取样分析测试验证；

⑩实用性能验证。

21.根据权利要求15 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述离心铸造浇注，步骤如下：①熔体从保温炉转入浇包；

②将铸型预热；

③开启驱动电机，带动带轮和轮轴旋转，进而带动安装在轴上的铸型旋转；

④调整铸型转速，倾转浇包使熔体沿着浇注槽流入浇注系统，通过浇注系统流入铸型，在铸型旋转离心力作用下充满铸型型腔；

⑤熔体完全凝固后，停止旋转，开模取件；

⑥表面质量检查、清理整修、内部缺陷检查、固溶、时效处理。

22.根据权利要求16所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述连续水冷方式强制冷却凝固，步骤如下：①检查确认出铝口、结晶器平台、溜槽、冷却水、润滑油供油、管路气幕铸造的空气管路通畅，结晶器稳固、平整；

②结晶器放入分配盘，盘嘴和浮漂对准每一个结晶器中心；在保持炉熔体出口与分配盘之间架上溜子；

③用压缩空气吹干引锭底座，将引锭底座升入结晶器的一半高；

④根据铸造规格设定铸造底座下降速度，开启冷却水，打开保持炉炉眼，放出熔体进行浇铸；

⑤在熔体流出炉眼时向其中加入晶粒细化剂，或者在结晶器上使用电磁振荡装置；

⑥当结晶器内熔体达到结晶器高度 2/3 时，打开底座下降开关，并用塞子在炉眼调整熔体流量；

⑦把合金锭开始和结束端口的部分去掉后，将长锭锯成要求长度的铸锭，同时检查铸锭表面，合格的成品按规定打捆。

23.根据权利要求 17 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述重力砂型铸造，步骤如下：①造型：采用常规的铸造型砂或树脂砂，型砂粘结剂，进行三箱或四箱对中分箱法制造铸型；

②制芯：采用专用芯骨，对气腔、水腔、油腔砂芯使用树脂加固化剂制作芯子，设置排气通道；

③合箱：将铸型和砂芯组合，安放好浇口杯；合箱前，对需要对接的砂芯接缝进行预先表面处理，喷上涂料，防止错位；合箱时，采用检测卡板控制关键部位的铸件尺寸；

④铸造：采用手工或自动浇包浇注，把熔体从浇口杯浇入型腔，凝固后取出铸件；

⑤毛坯清理：产品取出后自然冷却，打磨飞边，清理浇道系统；

⑥固溶、时效处理、性能测试。

24.根据权利要求18所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述冷热复合加工为热轧制板带、热挤压型材、锭材均匀化切割或锻造。

25.根据权利要求 19所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述低压铸造，步骤如下：①把熔炼好的金属液倒入保温坩埚，装上密封盖，保温；

②安装升液导管使金属液与铸型相通，锁紧铸型；

③缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔；

④保持型腔金属液在压力下结晶；

⑤铸件成型后撤去坩埚内的压力，升液管内的金属液降回到坩埚内金属液面；

⑥开启铸型，取出铸件；

⑦表面质量检查、清理整修、内部缺陷检查、固溶、时效处理、性能测试。

26.根据权利要求 19所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述的压力铸造，步骤如下：①压铸模设计制造，压铸机调试，压铸模安装；

②合金熔体入保温炉坩埚准备；

③对模具进行预热和喷涂涂料，模具清理，对嵌入件预热清理，模具的各部分合型；

④合金熔体浇入压室内，压射冲头前进，将熔体压射入型腔；

⑤保压，凝固结晶；

⑥开模、抽芯取件；

⑦表面质量检查、清理整修、内部缺陷检查、固溶、时效处理、表面喷丸清理，性能测试。

27.根据权利要求 19所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述液态模锻的凝固结晶，步骤如下：①定量转液：采用定量取液装置进行转液；

②过滤：用定量取液装置将定量铝合金熔体浇注到流槽漏斗中，经漏斗过滤后浇注到模具中；

③液态模锻：将预热后的液态模锻铝合金件模具的上、下模分别固定在液锻设备的上、下模架上，将经过滤后的铝合金熔体浇注的模具中，然后凸模下行加压充型，出模冷却，获得模锻件毛坯；

④固溶处理将模锻件毛坯送入固溶炉，进行560℃以下固溶处理，保温后立刻淬火，水冷或油冷；

⑤时效强化：将完成固溶处理的模锻件送入时效炉进行时效强化处理后，出炉自然冷却；

⑥取样分析测试验证：在毛坯本体有加工余量的位置取样；

⑦实用性能验证。

28.根据权利要求 24 所述的添加剂优化亚纳米物相的铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述热挤压型材，步骤如下：①均匀化退火：温度＜580℃，保温完成后风冷；

②挤压工艺：铸棒加热方式采用工频感应加热；铸棒和模具温度保持一致；

控制型材挤压出口温度；淬火使其温度降到 100℃以下；型材锯切后，装框应保留间隔；

③时效处理；

④产品检验。

说明书

路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金材料及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种可替代系列牌号球墨铸铁材料制品或钢铁制品的高强铝合金材料及其制造方法，特别涉及一种路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金材料及其制造方法。

背景技术

[0002] 铝在地壳中的资源量远远超过铁(铝为8.2wt％，铁为5.1wt％)，而全球每年钢铁产销量12亿吨以上，铝金属产销量只有0.55亿吨，这种巨大反差充分反映了人类社会对铝及铝材料的资源开发和利用水平远远落后于对钢铁材料的开发利用水平。

[0003] 球墨铸铁(简称球铁)是钢铁产业中的主要基础材料之一，被广泛而大量地用于制造受力复杂，强度、韧性、耐磨性等要求较高的零件，如通用机械、起重、农业、汽车、铸造、纺织、机床、电力、石化、船舶零件等，主要形态和类型为液压壳体、泵体、管道、阀体、缸体、轮毂、轴件、球连接、传动件、悬挂件、钩扣件、导流件、转向件等；在汽车工业中，钢铁材料的用量占汽车用材总量的60～70％，其中的三分之二以上又是球铁类铁合金。

[0004] 球铁之所以用途广泛，还在于它有着细分的标准牌号，每种牌号规定了较为严格精确的化学成分组合、热处理规范参数、力学性能和物理指标等，从而对应着细分应用品类。见表1。

[0005] 表1 GB/T 1348确定的球墨铸铁牌号对应的力学性能及组织

[0006]

[0007] 球铁的这种机械性能指标及其分类标准，可以作为铝合金材料创新设计、提 高性能的对标基础，同时可以作为“以铝代钢”的比较通道，即：如果铝合金可以替代某牌号球铁，则进一步替代与此牌号性能接近的钢材，就足以在产业界引领一种潮流或时尚。

[0008] 追求低碳、集约化、高效率(高效能)、灵活性和个性化，是制造业从传统形态向高端形态跨越的标志，以铝代钢、以轻强结构普遍替代钢铁重强结构，是实现这种跨越的主要手段。

[0009] 从自然特性和经验积累的角度来看，铝及铝合金较球铁和钢材具有多种优点：

[0010] ①铝材料具有极好的低温性能，其力学性能随温度降低而提高，在寒冷季节和低温环境作为结构材料具有独特优势，而球铁和普通钢材则随温度降低逐渐发生由韧性向脆性的转变，尤其在脆性转变温度以下，其冲击值急剧下降，甚至发生“低温脆断”。

[0011] ②铝及铝合金比强度高，具有良好的断裂韧性(断裂韧性是近代对金属材料提出的强度和韧性的综合性能指标，在一定程度上反映了材料抵抗脆性断裂的能力，用以衡量金属材料对裂纹突然扩张的抗力。断裂韧性用KIC表示，单位为MPa·m1/2)，而球铁和普通钢材随屈服强度提高而延伸率下降，对应力集中的敏感性明显增加，表现为屈服以后变形量较小即断裂，这种“疲劳脆断”本性往往是重大工程结构无征兆突然整体崩溃式破坏的潜在硬伤，是许多重大恶性事故的罪魁祸首。

[0012] ③由于铝及铝合金是非磁性材料故抗电磁干扰性能好，而球铁和钢材在生物生存的温度范围内都是良好的磁性材料，容易受电磁干扰。

[0013] ④由于铝及铝合金较球铁和钢材的热容大和导热性好，故其防火、防爆、预警性更好。

[0014] ⑤铝材料回收利用价值高且再生性好(工业废铝回收再加工利用的成本只有电解铝的5％)，优于球铁和钢材。

[0015] ⑥铝及铝合金本身的抗氧化腐蚀性远远高于钢铁且更适宜于进行高技术表面防腐和装饰一体化处理。

[0016] ⑥铝及铝合金对水的润湿性远远低于钢铁因而低温雨雪天气铝表面不会象钢铁表面那样容易发生冻雨冰附增重现象。

[0017] ⑦铝材料合金化和热处理工艺较球铁和钢材简单，铝的合金化温度一般低于 750℃，热处理温度在150～600℃之间，按作用划分也只有固溶、时效、均匀化退火几种简单工艺，而球铁和钢的合金化温度超过1400℃，热处理温度则在500～1000℃，按作用划分为消应力退火、高温石墨化退火、正火、淬火及回火、多温淬火、表面淬火、化学热处理等一系列复杂工艺，不但过程复杂、装备技术要求高，而且消耗和排放也是铝材料几倍乃至十多倍。

[0018] ⑧从机械(压力)加工工艺和装备来比较，铝材料可以很容易地采用铸、轧、挤、锻、锯、铣、焊、冲压等工艺，而球铁和钢材不能挤压加工，其它的加工方法也需要采用比铝材料的规格和功率大得多的加工设备和工装，到成品件的制作过程，几乎每一道工序环节球铁和钢材都要消耗比铝材料更高的功率。

[0019] ⑨沿着零部件应用的整个寿命周期，球铁和钢铁因其惯性大、笨重、易腐蚀、易脆断等缺陷，其物耗、能耗和维护成本远远高于铝材料，其循环利用的价值也远低于铝材料。

[0020] 前述这些钢材欠缺而铝材料独具的优异品质，为“以铝代钢”的显著进步性提供了人类社会文明进步追求的现实基础。

[0021] 在“以铝代钢”的技术升级中，为了充分发挥铝合金以“轻”为代表的系列优越特性，必须先使其在“强”的方面有长足发展，同时不能有不可接受的制造成本增量，才能大大拓展其使用领域。这就要求必须在铝合金新材料设计上首先取得突破。

[0022] 从材料制备的方法审视，由于材料特征是由承载着该特征的功能性微观物相组合贡献出来的，因此获得良好的功能性物相组合，例如高强度、高熔点、高塑性、高硬度、耐腐蚀等，是各种制备方法追求的最终结果，从而，铝合金的化学成分设计与其制备技术存在着紧密的内在统一性，这种统一性，简言之，是一种原子如何结合成所需的“物相分子”的关系，即材料的物相可以看成是一种分子结构。配方元素的混合熔炼和铸造结晶，是熔铸法形成材料物相分子组合结构的主要决定性环节，在熔铸过程中，固溶体晶粒和晶界的金属间化合物分子物相决定了合金的晶态组合(亚微米级颗粒:尺度10～300μm左右)，后续热处理或者冷作硬化则是对晶态组合框架下微细结构(微米级颗粒:尺度1～30μm左右)乃至更加微观的精微结构(亚纳米级或次微米级质点:尺度10nm～＜1μm)进行调整和完善，这种调整和完善的程度和范围，在公知技术和传统观念中，认为主要由合金化学成分所处的合金相图区域给定的物相组合决定，但是，合金相图没有给出其 它微量元素的添加和排除产生的影响，更不具备预测添加和排除其它微量元素对物相影响的指导性。借鉴合金溶液化学的理论和方法改善熔体结构，比如保护膜的覆盖，造渣剂、精炼剂或变质剂的添加，除气除渣净化等，是改善合金晶态组合、微细结构乃至更加微观的精微结构的重要技术手段，但这些手段，由于是从制备合金的过程中摸索积累得来，因此常常被看作为“制备工艺”而不是“成分设计”的一部分。

[0023] 在工程应用上，铝合金固溶体晶粒的大小和状态，以及分布在晶界的金属间化合物的大小形态，对合金的力学性能有着决定性的影响。粗大的平面晶、树枝晶、柱状晶等不规则晶体和分布在晶界的粗大的脆硬性金属间化合物，能够把合金好的微细结构和精微结构对基体的强韧性贡献全部抵消掉，因为这些粗大晶粒遵从的成长规律是缘于铸造型腔的型壁生核、自外向液体内部单向延伸的生长方式，造成了合金的成分偏析、结晶粗大单向、宏观性能不均匀的缺陷，从而成为合金的一些常见缺陷，如针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、裂纹等的根源。目前采用的常规变质手段和细化晶粒的手段，如添加铝钛硼或铝钛碳中间合金，最好的效果只能使平均晶粒度细化到120～150微米，而枝晶的形态往往没有根本的转变，这是合金力学性能提高的一个重要瓶颈问题。因为对铝合金来说，获得强度和韧性同时提高的途径，只有晶粒的细化和圆整化；热处理工艺的调整，在晶态结构已经确定的状态下，只能使强度或韧性一个方面获得优化。因此，如何进一步细化和圆整合金的平均晶粒度，是产业界始终追求的目标。

[0024] 在传统的铝合金设计理念——即以“元素”而不是以“物相分子组合结构”为立足点——的化学成分设计主导下，欧、美、日、加拿大、俄罗斯等发达国家和地区很早就建立了研发体系和铝合金标准体系，美、俄、日、加和英、法、德、意、瑞士、挪威都有自己的牌号体系，在全世界贡献了500多个铝合金牌号，在铝合金类别上产生了1XXX系～8XXX系变形铝合金标准系列和铝硅(Al-Si)系、铝铜(Al-Cu)系、铝镁(Al-Mg)系和铝锌(Al-Zn)系4个铸造铝合金标准系列。我国在高强铝合金的设计方面长期处于仿制状态，在铝合金标准上是等同或等效采用国际标准。从技术的国际大背景看，以“元素”为根本立足点的铝合金设计理念也没有根本性突破。

[0025] 在强度指标上，2XXX系变形铝合金(硬铝)和7XXX变形铝合金(超硬铝)需要 经过大型坯料的熔铸、热处理和复式加工环节，成本高，一般只应用于空天技术领域，基础产业领域难以接受，而且其耐热性较差。铸造铝合金中，铝硅系(Al-Si)成形性好但强度偏低，铝铜系(Al-Cu)强度可以达到很高但很不稳定且铸造成形性很差(不能用金属型铸造)。总体来说，能够同时满足铸造性能好又容易进行变形加工的高温高强铝合金，在现有国际标准牌号中很难实现。

[0026] 从主合金元素的选择来看，高强铝合金显示出两种倾向：一种是以锌(Zn)为主，另一种以铜(Cu)为主。

[0027] 以锌(Zn)为主的高强铝合金是7XXX系(Al-Zn-Mg-Cu)变形铝合金(“超硬铝”)，它具有强度高(可达500MPa)、耐蚀性好的优点，但锭坯成形性很差、加工成本高且耐热性能差，在高于200℃环境下强韧性急剧下降(如7A04从200℃时的280MPa骤降到250℃下的150MPa)，这是由于以Zn为主的金属化合物熔点低(如7075铝合金固相线温度仅477℃)造成的。

[0028] 以铜(Cu)为主的高强铝合金，代表牌号是中国在1970年代研制的ZL205A铸造铝合金，它以高纯态铝金属为基体，采用了接近共晶温度饱和溶解度的高铜(Cu)配方，并以昂贵的V作为添加元素，能使铸造态在简单热处理后达到大于510MPa的高强度,同时可以调整韧性达到10％以上，但由于配方成本高、铸造性能差、热裂倾向性大，无法在工程上大面积推广应用。

[0029] 耐热高强铝合金另一个重要发展方向是AlSi多元系。这种技术路线的选择根据，是由于认为AlCu系合金虽然耐热性好，但铸造工艺性及耐蚀性差。美国航空航天局(NASA)开发了新型过共晶Al-Si合金MSFC-398，德国马勒公司开发了Mahle124合金，俄罗斯、奥地利、挪威、法国等通过添加多种合金元素和使用快速凝固、粉末冶金等工艺技术，研制了多种耐热型Al-Si合金。这些新材料的性能指标在室温下都不超过400Mpa，在不同的工作温度条件下表现也不同，但没有一种能够适应100～350℃全系列温度条件下具有稳定的抗拉强度；其中代表性的指标有200℃时抗拉强度300Mpa，260℃时抗拉强度215Mpa，300℃时抗拉强度230Mpa，350℃时抗拉强度190Mpa。当然，这些指标不是一种材料的，而且除了抗拉强度外，这些材料的断后伸长率都比较低，一般不超过5％。

[0030] 通过中国国家标准《耐热高强韧铸件用铝合金锭》(GB/T 29434—2012)及其对应的专利ZL2009103061769介绍，211Z耐热高强韧铸造铝合金因具有“四高三好”特征(即高强、高韧、高硬、耐高温，同时铸造性能好、加工性能好、循环性能好)而进入了铝材料国际领先水平。

[0031] 但是，从材料设计角度看，211Z材料也存在一些难以克服的问题。微观分析发现，有一些大颗粒有很高的钛Ti和稀土浓度，作为用来促使晶粒细化的物质，这种现象表明Ti和稀土走向了需要解决问题的对立面，见附图1；而在211Z合金铸件的生产过程中，也发生着与普通铝合金一样常见的缺陷，包括针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、夹杂(渣)、冷隔、冷豆、裂纹、变质缺陷、固溶不足和过烧等。

[0032] 这些缺陷，主要原因仍然要从合金本身的化学成分及其形成的微观物相结构入手来研究，尤其是对物相分子组合结构的形成机理进行深入研究，才能认清本质，进而找到解决问题、消除缺陷的有效途径。

[0033] 通过对铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金最高达0.08nm的极高分辨率的球差校正扫描透射电子显微镜(STEM)精微选区分析，获得了建立在原子尺度上的各种物相结构、原子分辨和化学元素分布。证实其中存在一系列强化相，包括众所周知的Al-Cu二元亚稳相(GP区、θ＂、θ＇)、新的盘片相和平衡相θ(Al2Cu)；其中在基体晶粒内部，新发现一种棒叉状(T+θH)组合相，该组合相的主干部分T相是Al-Cu-Mn三元相，分子结构式Al20Cu2Mn3，分子物相特征是直径约100nm、长度约600～1000nm呈棒轴状且其(010)面与铝合金基体的{010}面共格，见附图2；而T相周围附着生长了尺寸较大(厚度约20nm、长约50nm)的Al-Cu二元次生相，见附图3和附图6，由于该次生相与基体中其它Al-Cu亚稳相(GP区、θ＂、θ＇或者其它盘片相)比较，在结构上有很大差别，特别是厚度比其它Al-Cu亚稳相厚得多，因此本发明称之为θH相，其分子结构式AlxCu(x可能小于2)，是一种富Cu分子。

[0034] 根据合金强化理论，合金的强度是材料中界面或位错滑移受到质点的阻碍而产生的，阻碍越强，材料的强度也越大。而质点阻碍行为与材料中界面或位错滑移相互作用的结果，有两种：一种是当质点本身强硬度不够高时，位错将切过质点继续滑移，另一种是质点强度很高，位错无法切过，则只能绕过质点而继续滑移，而在质点周围留下一圈位错环。

[0035] 两种结果对材料强度贡献的大小是显而易见的：绕过质点比切过质点对材料强度的贡献大；切过质点能够提供材料较好的延伸率，而绕过质点由于位错环的增强作用，将提供材料更高的屈服强度和抗拉强度。

[0036] 在关于铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的传统观念中，由于从来都认为Al-Cu二元相是合金强化的主要因素，因此，材料研究和设计关注的重点，就是使Al-Cu二元 相各亚稳态实现在合金中的最佳组合。虽然也发现有T三元相，但都不认为T相对合金强度的贡献能够与Al-Cu二元各亚稳相的组合相比，而且认为T相容易在晶界聚集形成粗大脆性相，因此要严格控制其数量。

[0037] GP区、θ＂、θ＇或者其它盘片状的二元Al-Cu亚稳相对合金强度的贡献特点属于位错切过质点方式，其特点是盘片长得越大，切过越困难，因此对强度的贡献也越大，但是，当盘片大到一定程度(直径超过150nm而厚度只有1～3nm)，其晶格点阵与基体晶格点阵的失配度过高，就不再能与基体保持完全共格，而逐渐显出脆性相的特征。因此，既要保持共格又有最大的失配应力场以发挥最大阻碍位错滑移能力，二元Al-Cu各亚稳相质点有一个最佳组合的问题，同时也需要它对基体的延伸率保持较大的贡献，这是以前乃至今后材料设计始终要考虑的主要问题之一。

发明内容

[0038] 本发明要解决的技术问题是：提供路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金材料及其制造方法，以有效催生临界晶核(得到等轴晶)，使合金在凝固之前获得最佳的分子物相组合结构((T+θH)组合相)，促使合金晶态优化，使铝合金基材实现500MPa及更高的强度等级，同时基材可以采用铸轧挤锻多种加工方式，生产替代系列球墨铸铁或钢铁材料的铝合金制品。

[0039] 本发明的技术方案是：路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金材料及其制品制备制造方法，以路易斯酸碱对在纳米尺度的扰动和激活效应优化合金物相分子组合结构，催生临界晶核，使合金晶态为平均晶粒度＜120微米的等轴晶，亚纳米级(T+θH)组合相数量达到≥1个/平方微米，主成分含量按重量百分比计：锰Mn:≤2％，镉Cd:0.05％～0.5％，铜Cu:4.2％～8.0％且Cu≥0.8Mn+4.05％或铜Cu：0.5％～3％且Cu≥1.5Mn；路易斯酸碱对总量
1％×10-4～2.0％或7.0％～9.0％，余量为铝Al。

[0040] 前述路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金材料成分，亚纳米物相(T+θH)组合相的分子结构式为(Al20Cu2Mn3+AlxCu)。

[0041] 前述路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金材料成分，所述路易斯酸碱对为金属与配体结合而成的正、负离子体、复杂配体化合物、超大杂多化合物、金属氰合物、金属硫氰基复合物、金属卤合物、金属卤氨合物、氢合物、过渡元素金属羰基配合物、金属的硼化物、金属的碳化物、金属的氮化物或者金属的硼碳氮 的复合化合物、主族类元素、过渡族类元素、内过渡类元素中的一种，或者一种以上混合。

[0042] 前述路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金材料成分，所述路易斯酸碱对为金属与配体结合而成的正、负离子体：包括六羰合锰正离子体Mn(CO)6+，异硫氰合铁正离子体[Fe(NCS)]2+，三乙二胺合镍正离子体[Ni(en)3]2+，四羰合钴负离子体Co(CO)4－，六氯合铬负离子体[CrCl6]3－，二氨合三氯合铂负离子体[PtCl3(NH3)2] －，二氰合银负离子体[Ag(CN)2]－，和六硫氰合锰负离子体[Mn(SCN)6]4－。

[0043] 所述路易斯酸碱对为复杂配体化合物或超大杂多化合物，包括二氯氧钛TiOCl2，钛酸钠Na2TiO3，六氯合铂酸钠Na2[PtCl6]，六氟合铝酸钠Na3[AlF6]，六氟合硅酸钾K2[SiF6]，硫化铝Al2S3，硫化亚铜Cu2S，二硫铜铁CuFeS2，三亚硝基合三氨合钴[Co(NH3)3(NO2)3]，硝基合四羰合锰Mn(CO)4(NO)，磷钼酸H3[P(Mo3O10)4]，氰合亚铁酸钾K4[Fe(CN)6]，和环戊二烯基铁(二茂铁)Fe(C5H5)2。

[0044] 所述路易斯酸碱对为金属硫氰基复合物，包括二硫氰基合锝Tc(NCS)2。

[0045] 所述路易斯酸碱对为氢合物：包括氢化锂LiH和硼氢化钠NaBH4。

[0046] 所述路易斯酸碱对为过渡元素金属羰基配合物，包括五羰合钒V(CO)6和六羰合钨W(CO)6。

[0047] 所述路易斯酸碱对为金属的硼化物、碳化物、氮化物或者硼碳氮的复合化合物，包括碳化钛TiC，碳化锆ZrC，氮化钨WN2，硼化钼MoB(或MoB2)，碳化硼B4C，铝钛氮AlTiN和铝铬氮AlCrN。

[0048] 所述路易斯酸碱对为金属卤合物，包括三氯化金AuCl3，三氯化铬CrCl3，四碘化锡SnI4和三氯化铜CuCl3。

[0049] 所述路易斯酸碱对为金属卤氨合物，包括三氯合六氨合钴[Co(NH3)6]Cl3，氯合二氨合银[Ag(NH3)2]Cl。

[0050] 所述路易斯酸碱对为主族类元素，包括锂Li，铍Be，钙Ca，锶Sr，钡Ba，硼B，碳C，氮N、镁Mg和硅Si。

[0051] 所述路易斯酸碱对为过渡族类元素：包括钪Sc，钛Ti，钒V，铬Cr，铁Fe，钴Co和镍Ni。

[0052] 所述路易斯酸碱对为内过渡类元素：包括镧La，铈Ce，镨Pr和钕Nd。

[0053] 所述路易斯酸碱对，按元素添加量，占Al基体重量百分比，可供选择的优化范围为：B＜0.1％，C＜0.1％，Be＜0.03％，Li＜0.5％，0.4％＜Si＜2％。

[0054] 所述路易斯酸碱对，可以在提供的物质选项中任意选择种类和重量，进行组合添加。

[0055] 前述路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金材料制备方法，以下步骤：

[0056] (1)在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量，编制合金生产配料表，并按配料表选足各种备料。

[0057] (2)往熔炼炉中加入适量的铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700℃以上保温；为防止熔体吸入过多的空气，熔化过程应尽可能在短时间内和封闭环境内完成。

[0058] (3)按配方比例加入锰Mn、镉Cd、铜Cu，搅拌均匀后，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易斯酸碱对组合，搅拌均匀。

[0059] 所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体块状，可直接加入熔体或者以按压辅助方式加入熔体；

[0060] 所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体丝线状，可以在线自动送丝方式，在铸造时连续加入，或者切成合适小段，在每次铸造前加入浇包或舀瓢；

[0061] 所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体粉末状，可以选择向熔体直接吹送或者以保护性气体带动的流态化方式连续吹送，所述吹送可以选择从熔体上部垂直插入熔体中吹送、从炉体侧面斜插熔体吹送或者从炉底透气砖孔吹送。

[0062] 所述路易斯酸碱对，活泼金属元素选择以保护形态加入熔体，高熔点难溶金属元素选择配合物形态，易溶重金属选择单质状态。

[0063] 所述路易斯酸碱对或者组合，化合物或配合物选择预先制成固体粉末形态。

[0064] 所述路易斯酸碱对或者组合，选择于合金主元素熔炼完成后加入熔体，或者在熔体精炼时加入熔体，或者在精炼净化后加入熔体，或者在铸造成形之前再加入熔体。

[0065] (4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼，所述精炼选择在封闭环境中操作，所述封闭环境选择以抽风方式连续排除精炼产生的废气。

[0066] (5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的偏差范围内；

[0067] 所述调整化学成分选择以加入路易斯酸碱对或者组合的方式进行调整；

[0068] 调温至650℃以上，合金液出炉，在线除气、除渣；

[0069] 所述除气可以选择石墨管空心转子搅动吹入净化气体；

[0070] 所述净化气体可以选择氮气、氩气、氯气或者它们的混合物；

[0071] 所述除渣可以选择表面除去浮渣或者选择过滤法除去熔体内粗大质点或者熔体底部的沉渣；

[0072] 所述过滤法可以选择陶瓷过滤板或者玻璃纤维或者滤布作为过滤介质；

[0073] 所述过滤可以进行单级过滤或者双级过滤或者多级过滤；

[0074] 所述粗大质点可以是颗粒度不小于10微米的质点。

[0075] (6)铸造。铸造是指合金液注入型腔内凝固结晶或者连续动态凝固结晶；

[0076] 所述型腔可以是铸造重熔用铝合金锭的锭模腔，可以是铸造方形、圆形截面型锭坯料的结晶器和引锭底座组成的可变腔体，也可以是铸造固定形状和结构铸件的金属模型腔、砂模型腔或者砂芯+金属模型腔；

[0077] 所述注入可以选择重力铸造浇注、离心铸造浇注、压力铸造充型注、熔模铸造浇注、消失模铸造浇注、真空法吸注；

[0078] 所述重力铸造浇注可以是砂型模腔或金属模腔的直接浇注或者自动翻转式浇注；

[0079] 所述离心铸造浇注是将金属液浇入旋转的铸型中使之在离心力作用下填充铸型浇注方法。

[0080] 所述压力铸造充型注可以是低压铸造、压力铸造、高压铸造、液态模锻或者半固态熔体压铸提供的熔体注入和凝固结晶方式；所述低压铸造是使熔体在较低气体压力作用下充填铸型并在保持压力下结晶以形成铸件，所述压力铸造是利用高压将熔体高速压入一精密金属模具型腔内使之在压力作用下冷却凝固而形成铸件,所述将高压铸造是将熔体高速填充钢制模具型腔并使之在高压下凝固而形成铸件，所述液态模锻是将定量的熔体直接浇注入涂有润滑剂的型腔中并持续施加机械静压力、使已凝固的硬壳产生塑性变形、强制消除因凝固收缩形成的缩孔缩松以获得无铸造缺陷制件，所述半固态熔体压铸是把熔体调制成固相具有非枝晶特征的固液共存混合物再根据其流变性能进行加压充型凝固结晶的铸造方法。

[0081] 所述熔模铸造是用蜡料或塑料制成易熔性模型，在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳后，再从型壳中熔掉模型，然后把型壳置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，将铸型放入焙烧炉中经过高温焙烧，最 后于其中浇注熔融金属而得到铸件。

[0082] 所述消失模铸造浇注是用泡沫塑料制作成与零件结构和尺寸完全一样的实型模具，经浸涂耐火粘结涂料，烘干后进行干砂造型，振动紧实，然后浇入金属液使模样受热气化消失，而得到与模样形状一致的金属零件的铸造方法。

[0083] 所述真空法吸注可以是差压铸造法吸注；所述差压铸造是使熔体在压差的作用下，浇注到预先有一定真空度的型腔内凝固的工艺方法。

[0084] 所述凝固可以采用冷铁或者其它冷却介质强制快速结晶的铸造方式；

[0085] 所述连续动态凝固可以采用竖井连续水冷强制冷却凝固的铸造方式。

[0086] ——所述重力铸造，步骤如下：

[0087] ①熔体过滤后可浇注铸造，铸造温度控制可在700～730℃；

[0088] ②铸造前应将模具预热到450℃左右，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净，防止夹杂物进入合金造成废品；

[0089] ③在翻转式重力铸机上完成，可采取人工浇注或自动化浇注，合上模具并使铸机翻转到一定角度，用浇包从炉内舀取适量合金液倒入模具转接包内，使铸机缓慢翻转到水平位置，在翻转过程中，合金液从转接包通过内浇道充满型腔；自然冷却或强冷；

[0090] ④开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边；

[0091] ⑤外观质量检测。毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的浇冒口应清理到铸件表面齐平；

[0092] 铸件可以肉眼或用低倍放大镜或其它试验方法检验外观质量，所述铸件外观质量是指包括表面粗糙度、表面缺陷或尺寸精度；

[0093] 在铸件的非加工面上，允许铸件有分型、顶杆及排气塞等痕迹，允许有精加工可切除的缺陷，但不允许有焊接、粘胶等修补痕迹，待加工面的浇冒口残留量不得大于2mm；

[0094] 毛坯铸件上所有铸造的标识必须清晰可辨识；

[0095] 对符合表面粗糙度要求的毛坯进行封样，待验收件与封样件对比验收；

[0096] ⑥内部质量检测。剖面着色探伤检测或者整体荧光或X光检测；

[0097] 所述剖面着色探伤检测，可每炉批的铸件随机抽查一件或数件进行解剖，检查铸件主要热节部位或壁厚较大部位的内部质量；

[0098] 所述剖面，可锯开最易产生气孔、砂眼的铸造部位如壳体安装脚、阀体安装孔、侧盖安装孔或主缸尾部等的厚大部位，用着色剂检测，目测是否有气孔、砂眼等缺陷；

[0099] 所述整体荧光检测是将铸件浸泡荧光液后经照射观察表面及一定深度有无微细裂纹、针孔、微孔等缺陷；

[0100] 所述X光检测是铸件经X光透射以检测其内部冶金质量，观察有无针孔、气孔、缩孔、疏松、缩松、偏析、粗大相颗粒、夹杂、夹渣、冷隔、冷豆或裂纹。

[0101] ⑦固溶处理。将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560℃以下固溶处理，保温后立刻淬火，水冷或油冷；

[0102] ⑧时效强化。将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，时效强化工艺150～240℃，保温后，出炉自然冷却；铸件表面可进行抛丸清理；

[0103] ⑨取样分析测试验证。从经过热处理以后的铸件上切取试棒，取样部位选在毛坯本体有加工余量的适当位置、铸件本体受载荷均匀或集中的部位，每个取样部位应切取三根试棒；

[0104] 可对样品进行力学性能测试分析、金相分析、二次密度法固溶及时效程度检测或深层次的微观结构分析；

[0105] 所述力学性能分析包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度，数值指标为：抗拉强度500±50Mpa、屈服强度450±50Mpa、延伸率5±2％、硬度140±10HBS；

[0106] 所述金相分析包括晶粒形貌、晶粒度、粗大脆性相或显著缺陷，晶粒形貌应该为等轴晶，晶粒度平均≤120μm，粗大脆性相颗粒度≤25μm，不存在超过15μm的孔洞或晶界无析出带显著缺陷；

[0107] 所述二次密度法检测固溶及时效程度完成率不小于80％。

[0108] ⑩实用性能验证。通过机械加工、表面处理和装配后，进行模拟使用工况的实用性能检测试验，包括选择疲劳试验、磨损试验、逆向超载试验或超压试验。

[0109] ——所述砂型铸造，步骤如下

[0110] ①造型：采用常规的铸造型砂或树脂砂，型砂粘结剂，进行三箱或四箱对中分箱法制造铸型；

[0111] ②制芯：采用专用芯骨，对气腔、水腔、油腔砂芯使用树脂加固化剂制作芯子，使沙层强度达到1.5Mpa以上，设置排气通道；

[0112] ③合箱：将铸型和砂芯组合，安放好浇口杯；合箱前，对需要对接的砂芯接缝进行预先表面处理，喷上涂料，防止错位；合箱时，采用检测卡板控制关键部位的铸件尺寸；

[0113] ④铸造：采用手工或自动浇包浇注，把熔体从浇口杯浇入型腔，凝固3～10分钟后取出铸件；

[0114] ⑤毛坯清理：产品取出后自然冷却，打磨飞边，清理浇道系统；

[0115] ⑥固溶、时效处理、性能测试可参照重力铸造。

[0116] ——所述离心铸造，步骤如下

[0117] ①熔体从保温炉转入浇包；

[0118] ②将铸型预热到适宜温度；

[0119] ③开启驱动电机，带动带轮和轮轴旋转，进而带动安装在轴上的铸型旋转；

[0120] ④调整铸型转速，倾转浇包使熔体沿着浇注槽流入浇注系统，通过浇注系统流入铸型，在铸型旋转离心力作用下充满铸型型腔；

[0121] ⑤熔体完全凝固后，停止旋转，开模取件；

[0122] ⑥表面质量检查、清理整修、内部缺陷检查、固溶、时效处理、性能测试可参照重力铸造。

[0123] ——所述低压铸造，步骤如下：

[0124] ①把熔炼好的金属液倒入保温坩埚，装上密封盖，保温；

[0125] ②安装升液导管使金属液与铸型相通，锁紧铸型；

[0126] ③缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔；

[0127] ④保持型腔金属液在压力下结晶；

[0128] ⑤铸件成型后撤去坩埚内的压力，升液管内的金属液降回到坩埚内金属液面；

[0129] ⑥开启铸型，取出铸件；

[0130] ⑦表面质量检查、清理整修、内部缺陷检查、固溶、时效处理、性能测试可参照重力铸造。

[0131] ——所述压力铸造，步骤如下：

[0132] ①压铸模设计制造，压铸机调试，压铸模安装；

[0133] ②合金熔体入保温炉坩埚准备；

[0134] ③对模具进行预热和喷涂涂料，模具清理，对嵌入件预热清理，模具的各部分合型；

[0135] ④合金熔体浇入压室内，压射冲头前进，将熔体压射入型腔；

[0136] ⑤保压，凝固结晶；

[0137] ⑥开模、抽芯取件；

[0138] ⑦表面质量检查、清理整修、内部缺陷检查、固溶、时效处理、表面喷丸清理，性能测试可参照重力铸造。

[0139] ——所述高压铸造，步骤与压力铸造相同，但熔体充型速度、充型时间、凝固结晶保压压力可选更高。

[0140] ——所述差压铸造，是在低压铸造的基础上，铸型外加密封罩，同时向坩埚和罩内通入压缩空气，使坩埚内的压力略高，使坩埚内熔体在压力差的作用下沿升液管充填铸型，并在压力下结晶，其操作步骤可参照低压铸造的步骤。

[0141] ——所述半固态铸造，是在压铸基础上，将熔体温度调整为670±30℃，使半固态熔体内的固相率≥9％，充分排除熔体内夹气，在振荡加压条件下使熔体在铸型内凝固结晶，得到内部没有气孔的致密结构压铸件，解决液态压铸所不能完全消除的气孔问题，其操作步骤可参照压力铸造的步骤。

[0142] ——所述液态模锻凝固结晶，步骤如下

[0143] ①定量取液：经精炼处理后，将温度调整为650～730℃，采用定量取液装置进行转液；

[0144] ②过滤：用定量取液装置将温度为650～730℃的定量铝合金熔体浇注到流槽漏斗中，经漏斗过滤后浇注到模具中；

[0145] ③液态模锻。将液态模锻铝合金件模具的上、下模分别固定在液锻设备的上、下模架上，将经过滤后的铝合金熔体浇注到280～380℃的模具中，然后凸模下行加压充型；加压速度为10～20mm/s，终压可150～200MPa，保压时间120～180s后出模冷却，获得模锻件毛坯，对毛坯进行钻定位孔处理；

[0146] ④固溶处理。固溶处理工艺为将经转定位孔处理后的模锻件毛坯送入固溶炉，进行560℃以下固溶处理；然后立刻淬火，30～80℃水冷或油冷；

[0147] ⑤时效强化。将完成固溶处理的模锻件送入时效炉进行时效强化处理，时效强化工艺160～240℃，出炉自然冷却；

[0148] ⑥取样分析测试验证。在毛坯本体有加工余量的适当位置取样；

[0149] 可对样品进行力学性能测试分析、金相分析、二次密度法固溶及时效程度检测或深层次的微观结构分析；

[0150] 所述力学性能分析包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度，数值指标为：抗拉强度550±100Mpa、屈服强度500±100Mpa、延伸率10±5％、硬度170±30HBS；

[0151] 所述金相分析包括晶粒形貌、晶粒度、粗大脆性相或显著缺陷，晶粒形貌应该为等轴晶，晶粒度平均≤100μm，粗大脆性相颗粒度≤20μm，不存在超过15μm的孔洞或晶界无析出带显著缺陷；

[0152] 所述二次密度法检测固溶及时效程度完成率不小于80％；

[0153] 所述深层次的微观结构分析，应能够发现基体晶粒内存在(T+θH)组合相且其数量2
达到1个/[μm]以上，晶界位置，晶粒位向，晶界分布的θ(Al2Cu)平衡相或N相，晶内析出的Al-Cu二元弥散相GPI区、θ″相、θ′相或含Cd的球形相，以上各相中可能存在的杂质元素。

[0154] ⑦实用性能验证。通过机械加工、表面处理和装配后，进行模拟使用工况的实用性能检测试验，包括选择疲劳试验、磨损试验、逆向超载试验或超压试验。

[0155] ——所述竖井半连续水冷方式强制冷却凝固(即半连续铸造)，步骤如下：

[0156] ①检查保持炉出铝口、结晶器平台、溜槽是否通畅、无破损、无异物；检查结晶器安装是否稳固、平整；确认冷却水畅通、润滑油供油管路畅通或气幕铸造的空气管路畅通。

[0157] ②结晶器放入分配盘，盘嘴和浮漂对准每一个结晶器中心。在保持炉熔体出口与分配盘之间架上溜子。

[0158] ③用压缩空气吹干引锭底座，将引锭底座升入结晶器的一半高。

[0159] ④根据铸造规格设定铸造底座下降速度，开启冷却水，打开保持炉炉眼，放出熔体进行浇铸。铸锭过程中用小渣铲在结晶器中打捞浮渣。

[0160] ⑤当结晶器内熔体达到结晶器高度2/3时，打开底座下降开关，并用塞子在炉眼调整熔体流量，以保持结晶器内熔体高度。

[0161] ⑥为实现铸造晶粒的细化，可于熔体流出炉眼时向其中加入晶粒细化剂，或者在结晶器上使用电磁振荡装置。

[0162] 完成铸锭长度90％～95％时，堵塞炉眼，随之降低底座下降速度至完成浇铸。待不再有熔体自动流入结晶器时，将底座继续下降10cm，确认铸锭完全离开结晶器后停住，关冷却水、移开结晶器平台和水套、取出铸好的锭。准备下个周期的操作。

[0163] ⑦把合金锭开始和结束端口的部分去掉后，将长锭锯成要求长度的铸锭，同时检查铸锭表面，合格的成品按规定打捆。

[0164] 所述竖井半连续水冷方式强制冷却凝固(即半连续铸造)，对于半连续垂直铸造，为了保证产品质量而需进行控制的工艺参数有：

[0165] ·冷却水量。冷却水量控制的冷却速度对铸锭的结晶应保证获得细密的柱状组织，不能形成粗大球状晶粒；或者减少冷却水浪费。

[0166] ·浇铸温度。浇铸温度控制可获得细小的晶粒组织，或者保持熔体的流动性不好，浮渣容易分离，操作容易。

[0167] ·浇铸速度。浇铸速度是铸锭退出结晶器的快慢程度，可控制浇铸速度使铸锭中心的孔穴变得平缓，铸锭自下而上的冷却方向性强，或者获得细密的结晶组织，或者不使铸锭结晶热造成中心部分温度升高。

[0168] (7)强化加工。对于重力铸造成形的型锭或者铸件，可以选择强化加工；所述强化加工择热处理强化、冷加工强化或者冷热复合加工强化；

[0169] 所述热处理强化包括均匀化退火、固溶处理或者时效处理；

[0170] 所述冷加工强化包括锻压、锻造、轧制或者预拉伸；

[0171] 所述冷热复合加工热轧制板带、热挤压型材。

[0172] ——所述热挤压型材，步骤如下：

[0173] ①均匀化退火。使合金组织发生晶内偏析消失、晶界物质溶入α(Al)中、粗大共晶相消失或减少；进而提高铸造圆棒的挤压性能和型材质量――晶内偏析消失可降低挤压时金属流动的不均匀性，提高挤压型材的表面光洁度；组织中粗大相质点和粒子的减少、细化可减轻型材表面裂纹倾向，提高挤压速度；晶界物质充分固溶则是强化合金、提高其力学性能的首要条件。

[0174] 均匀化工艺：温度540-580℃，保温时间3～5小时，冷却速度≥200℃/h。

[0175] ②挤压工艺。铸棒加热方式可采用工频感应加热，不可因升温过慢而影响强化效果；因合金变形抗力大，所以铸棒和模具温度应偏上限；为防止缩尾或气泡、氧化皮、杂质卷入，压余应留长一些；

[0176] 挤压速度：型材挤压速度(金属的流出速度)为10-100米/分；可采用水冷模挤压、氮气或液氮冷却模具和挤压模出口提高挤压速度，或者运用“挤压温度-速度-挤压力”控制软件，达到提高生产效率同时保持型材优良性能。

[0177] 机上淬火：要使合金主要强化相充分固溶，保证淬火温度在550℃以上，因此型材挤压出口温度应控制在540-580℃；合金淬火敏感性高，要求淬火冷却强度大、冷却速度快，必须通过风淬或水淬使其温度迅速降到100℃以下。

[0178] 张力矫直：型材出模孔后，可用牵引机牵引，给挤压制品以一定的牵引张力，保证制品流出速度同步移动，减轻多线挤压的长短不齐和抹伤，防止型材出模孔后扭拧、弯曲，消除制品纵向形状不整，减少其残余应力，提高强度，保持其良好的表面。

[0179] 型材锯切后，装框应保护一定间隔，不可排放过密。

[0180] ③人工时效。时效温度300℃以下，保温时间15小时以内。

[0181] ④产品检验。对化学成分稳定性、铸棒低倍组织、力学性能进行测试分析；可以实现的力学性能：抗拉强度650±100Mpa、屈服强度600±100Mpa、延伸率10±5％、硬度170±30HBS。

[0182] ⑤表面处理。型材可进行表面处理，表面处理喷涂、电镀、拉丝、喷沙、阳极钝化、氧化膜、抛光。

[0183] 前述路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金制品制造方法，下列给出的一种或一种以上的工艺手段：

[0184] ·竖井半连续水冷铸造：可用于铸造加工用的实心圆棒、扁锭、方铸锭或空心管件。

[0185] ·固定腔铸型铸造法：包括直接重力铸造，低压铸造，压力铸造，高压铸造，差压铸造，半固态铸造，熔模铸造，消失模铸造，液态模锻铸造。

[0186] ·压力加工：包括型材挤压，板材轧制。

[0187] ·锭材切割：包括无断面品质指标要求的切断，有断面品质指标要求的剖面或铣磨。

[0188] ·锻造。

[0189] 前述路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金制品，下列给出的替代球墨铸铁或钢材的结构件：

[0190] ·通用液压壳体、泵体、管道、阀体、阀座、阀芯、缸体、轮毂。

[0191] ·通用轴件、连接件、传动件、悬挂件、钩扣件、导流件、转向件。

[0192] ·汽车：发动机排气管、变速箱壳体、曲轴、皮带轮、飞轮、转向器、悬臂、转向控制臂、车桥壳、轮毂

[0193] ·轨道交通：车辆的气动刹车系统(泵、阀、管路)，摇振，凸轮轴，中压阀门、法兰盘。

[0194] ·阀门类制品：闸阀、节流阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、柱塞阀、旋塞阀、止回阀、安全阀、减压阀、疏水阀。

[0195] ·机床制造业：大直径轮盘、飞轮壳、飞轮制动器、加工平台、丝杆螺母、机床分度头、压缩机气缸、气动连接件、阀座、拨叉。

[0196] ·风电：风力发电机叶片、轴套、轮毂、发电机外壳、轮机轴、发电机壳、发电机动力转向器等。

[0197] ·电机：电机壳、齿轮箱、差速器壳、驱动桥壳、电机制动盖、泵叶片、泵头、伺服缸等。

[0198] ·农业农机：高压柱塞泵马达、履带式联合收割机液压驱动桥、棉花秸秆整株拔取机的拔取装置、农机除尘器、动力头、减速机、控制阀、起动机轴套、散热器、轴承防尘盖、收割机液压无级变速器、转向总成、液压泵与调速柴油机减速连接器、齿轮箱等。

[0199] ·起重机械：轻型起重机系统、起重机轻轨道、起重滑车、滑轮、起重机主梁、吊具、吊钩、吊环、吊架、起重臂和副臂、起重钳、起重夹具等。

[0200] ·纺织业：纺织机械设备上轴承罩壳、平衡块、十字滑块、轴瓦、凸轮、精梳机轴承座、剑杆织机支架、蜗轮、气流纺压力杆、调压器投梭转子盘。

[0201] ·石化、船舶：空气管头、高压方法兰、系船柱、球型接头补偿器、哈夫接头、过滤器、高压卡箍、石油井盖。

[0202] 本发明优点和有益效果进一步阐述如下。

[0203] 把路易斯酸碱理论所指向的、能在铝合金熔体中发生分子解体或有助于次纳 米区域内(即小于1纳米的范围)物相分子结构优化的“酸碱对”物质，应用于熔体纳米尺度范围的精细结构调整，是本发明的最主要的创造性技术手段。

[0204] 通过运用路易斯酸碱理论，使有关路易斯酸碱对承载的微量元素的添加和排除，在铝合金熔体环境发生分子解体和转化，以提供熔体超精细微区内(0.1nm～10nm尺度范围)的充分扰动和激活效应，达到催生临界晶核大量形成，使合金晶粒度得到进一步细化，形态更加圆整；同时优化微细区域(微米级:尺度1～30μm左右)和精微区域(亚纳米级或次微米级质点:尺度10nm～＜1μm)的物相分子组合结构，增加(T+θH)组合相在合金基体中的含量，是本发明解决的合金强化的机理问题。

[0205] 由于(T+θH)组合相的发现，在铝合金强化设计时，就可以通过增加(T+θH)组合相，使铝合金材料的基体强度获得大的提升，在屈服强度在400～600MPa之间得到良好控制，这是本发明要解决的工程应用问题，即替代系列球铁材料和制品。

[0206] 按照路易斯酸碱理论，酸是任意可以接受电子的分子或离子，碱是可以给出电子的分子或离子，酸碱之间的化合以共价键相结合，并不发生电子转移。在本发明中，根据理论阐述，从实际应用角度，可作如下理解：

[0207] 第一，所有金属与非金属之间生成的配合物，都可以看成“酸碱对”。

[0208] 按照路易斯酸碱理论，当金属与配体接近时，将发生能级分裂，形成金属与配体间发生热化学反应而形成相对稳定的配位化合物。若Δ0—分裂能，f—配体的特性参数，g—金属离子的特性参数，则Δ0＝f·g；分裂能越大，形成的配合物越稳定。一部分金属和配体的估算Δ0的f值和g值如下表2。

[0209] 表2配体与金属生成配位化合物的特性参数

[0210]配体 f 配体 f 配体 f 配体 f 金属 g 金属 g
Br- 0.72 (CH3)4SO 0.91 NCSc 1.03 SO32- 1.3 Mn3+ 8.0 Ag+ 21.4
SCN- 0.75 CO(NH2)2CH 0.92 NC- 1.15 Clpy 1.3 Ni2+ 8.7 Nb2+ 22 Cl- 0.78 CH3COOH 0.94 CH3NH2 1.17 NO2- 1.4 Co2+ 9 Mo2+ 24
(C2H5O)3PSc2- 0.8 C2H5OH 0.97 NH4CH2CO3- 1.18 CN- 1.7 V2+ 12 Mo3+ 24.6 OPCl3 0.82 (CH3)2NCHO 0.98 CH3CN 1.22     Fe2+ 14 Rh2+ 27
N3- 0.83 C2O42- 0.99 Py 1.23     Cu2+ 15.7 Pd2+ 29
(C2H5O)2PS2- 0.85 H2O 1 NH3 1.25     Cr3+ 17.4 Tc2+ 31
F- 0.9 CS(NH2)2 1.01 en 1.28     Co3+ 18.2 Ir2+ 33
(C2H5)NCS2- 0.9 NCS- 1.02 chen 1.29     Ru2+ 20 Pt2+ 36

[0211] 由表2可知，本发明前述金属与配体结合而成的正负离子体、复杂配体化合 物、超大杂多化合物、金属氰合物、金属硫氰基复合物、金属卤合物、金属卤氨合物、氢合物、过渡元素金属羰基配合物，由于其离子或分子结构中的金属原子或离子是电子受体，为路易斯酸，而其配体非金属原子或原子团是电子给予体，为路易斯碱，整个离子或分子则组成了路易斯“酸碱对”。

[0212] 比如，正离子体Mn(CO)6+，[Fe(NCS)]2+，[Ni(en)3]2+，负离子体Co(CO)4－，[CrCl6]3－，[PtCl3(NH3)2]－，[Ag(CN)2]－和[Mn(SCN)6]4－，都是路易斯“酸碱对”，这些物质中的能接受电子对的Mn3+、Fe2+、Ni2+、Co2+、Cr3+、Pt2+、Ag+和Mn2+都是路易斯酸，相应的提供电子对的配体-CO、-NCS、-en、-CO、-Cl、-Cl3(NH3)2、-CN和-SCN都是路易斯碱。

[0213] 正离子体和负离子体作为路易斯“酸碱对”，对合金晶粒细化具有普通物质无法实现的优异效果，这是由于：这些离子体在常温下与正常的物质分子一样能稳定存在，而在铝合金熔体这样的高温酸碱环境中发生分子解体，生成路易斯酸和路易斯碱；由于是分子解体，故而是一种次纳米范围的原子组合结构的“散架”，其配体部分以气态排放出来，释放出来的核心金属离子则重新选择结合其它原子。

[0214] 这种发生在铝合金熔体中的解体和重构，与普通的物质溶解不同，因为：①高温下分解释放的气态物质形成的初始气泡只有一个分子大小(小于1nm，即次纳米级)，比表面积最大，具有极强的活性和纳米范围的扰动能力，正处于结晶临界晶核形成的尺寸范围，由此而造成的熔体超精微区内原子的能量起伏、结构起伏和浓度起伏等状态起伏都带有极强的突变特征，促使邻近的更多原子跨越结晶势垒，故而特别有利于临界晶核的大量形成，对金属间化合物生成反应的催化和合金组织晶粒细化都产生了优于普通变质剂如铝钛硼的好作用；同时正、负离子体这种在次纳米范围的超精微区内扰动和激活效应，是常规外加净化气体形成的气泡(直径大于0.5mm)无法实现的；②分解释放的金属原子或正离子具有比配体更小的体积和更大的比表面积，其对周围原子的扰动和激活效应更强，造成的超精微区状态起伏更加显著，对金属间化合物生成反应催化和合金基体组织晶粒细化作用也更强；③酸碱对在高温熔体中的分裂和重构增强了质点在微区的分散和扩散速度，不会象普通金属或添加剂那样造成团簇化，而有效地抑制了因添加剂造成的合金成分偏析以及大颗粒质点的聚集和长大，这能有效解决常规晶粒细化剂在结晶过程中粗大化的倾向，例如可防止钛Ti和稀土相的粗化；④配体气泡还 可以发生次生反应，经过一系列变化后随从净化气体排出熔体(比如生成CO2、CH4、N2、NH3或H2S)或进入熔渣(比如Al2O3、Al(HO)3或Al4C3)，这种净化作用，能够以最稳定的固态或气态物质，把溶解在熔体中的H和氧化物杂质吸收和分解，从而其净化作用比常规的气体净化方式效果更好。这就是正、负离子体作为路易斯酸碱对的添加和排除，在铝合金熔体环境发生分子解体、酸碱转化和超精微区内原子重构，以提供熔体超精微区内的充分扰动和激活效应，达到催生临界晶核大量生成和抑制晶粒长大作用，并实现更好净化效果的机理。通过这种机理，使基体结晶状态普遍成为等轴晶，晶粒度平均小于120μm，进一步的优化效果可达到晶粒度平均在50～100μm，见附图8。这种效果，是单纯使用铝钛硼和铝钛碳等常规晶粒细化剂以及常规的气体净化技术所无法实现的。

[0215] 复杂配体化合物如TiOCl2，Na2TiO3，Na2[PtCl6]，Na3[AlF6]，K2[SiF6]，Al2S3，CuFeS2，Mn(CO)4(NO)，Fe(C5H5)2，超大杂多化合物如H3[P(Mo3O10)4]，金属氰合物如K4[Fe(CN)6]、金属硫氰基复合配体如Tc(NCS)2、金属卤合物如CrCl3、金属卤氨合物如[Co(NH3)6]Cl3、氢合物如LiH、NaBH4，过渡元素金属羰基配合物如V(CO)5，这些物质分子中提供电子或电子对的-Cl2、-O3、-Cl6、-F6、-F6、-Al2、-CuFe、-(CO)4(NO)、-(Mo3O10)4、-C5H5、-P、-(CN)6、-(NCS)2、-Cl3、-[(NH3)6]Cl3、-Li、-H4和-(CO)5属于路易斯碱，而-TiO、-Ti、-Pt、-Al、-Si、-S3、-S2、-Mn、-Fe、-(Mo3O10)4、-Fe、-Tc、-Cr、-Co、-H、-B和-V，是接受电子或电子对的受体，属于路易斯酸；这些分子是路易斯酸碱对。

[0216] 复杂配体化合物、超大杂多化合物作为路易斯酸碱对，对合金晶粒细化也具有普通物质无法实现的良好效果，因为它们的分子结构与正、负离子体的结构类似，都能在铝合金熔体这样的环境中发生分子的解体、酸碱转化和超精微区内原子重构，也能在分子解体时释放出气态或液态的配体，经过一系列反应后随从净化气体排出熔体(比如生成CO2、CH4、N2、NH3或H2S)或进入熔渣(比如NaCl、KCl、Al(HO)3、Al2O3或Al4C3)，其中释放的金属原子或离子，非金属原子或离子，都是次纳米级的超细小质点，有着最大的比表面积，能提供熔体超精微区内的充分扰动和激活效应，达到催生临界晶核大量生成和抑制晶粒长大作用的机理。通过这种机理，使基体结晶状态普遍成为等轴晶，晶粒度平均小于120μm，进一步的优化效果可达到晶粒度平均在50～100μm，见附图8。这种效果，是单纯使用铝钛硼和铝钛碳等常规晶粒细化剂以及常规的气体净化技术所无法实现的。

[0217] 第二，在合金熔体中，不同金属原子或离子的接近，它们之间也会产生能级分裂发生热化学反应(不发生电子转移)而形成金属间化合物的模式，由于形成了不同于基体晶态的分子结构，具有较好的热稳定性，故而也适用路易斯酸碱理论。比如在金属间化合物分子AlxCu和Al20Cu2Mn3中，根据电负性大小，可知Al比Cu、Mn更容易失去电子，因此，Al是路易斯碱，Cu、Mn是路易斯酸，AlxCu和Al20Cu2Mn3都可以看成路易斯“酸碱对”。当加入熔体中的外来路易斯酸碱对分解时，与基体存在界面能差的金属间化合物前驱体显然也受到扰动和激活而发生结构起伏，产生更多的临界晶核，使(T+θH)组合相在合金中的浓度和平均分布密度，使之达到1个/[μm]2以上，这就是路易斯酸碱对在纳米尺度的扰动和激活效应能够增加亚纳米级质点(T+θH)组合相和纳米级质点GP区、θ＂、θ＇系列强化相的机理。

[0218] 第三，铝合金熔体整体作为一个高温富电子体系，对于电负性高于它的金属元素，是给电子体，而对于电负性低于它的活泼金属元素，又是电子受体，可见铝合金熔体也具有路易斯酸碱的一般共性，它本身与添加到它之中的元素，也会形成广义的“路易斯酸碱对”，因此，可以把调整熔体化学活性的各种元素，统一视为铝合金的“路易斯酸”或“路易斯碱”，当使用本发明给出的主族类元素如硅Si、过渡族类元素如Fe、内过渡类元素如Ce时，为了简化描述，同时也为了突出对铝合金熔体的优化作用，把单个元素也简称为“路易斯酸碱对”。

[0219] 第四，对铝合金熔体来说，金属的硼化物如硼化钼MoB(或MoB2)、金属的碳化物如碳化钛TiC、金属的氮化物如氮化钨WN2，或者金属的硼碳氮的复合化合物如碳化硼B4C、铝钛氮AlTiN或铝铬氮AlCrN，其原子间以共价键结合，有路易斯酸碱对的特征，这些在标准状态下十分稳定且耐热性特别好的物质，当以纳米态粉末分散地吹送入熔体之后，由于高温、富电子和非常大的比表面积，产生的界面能足以引起物质分子发生极化变形乃至歧化分解，也会在纳米范围引起扰动和激活效应，因此，金属的硼化物、金属的碳化物、金属的氮化物或者金属的硼碳氮的复合化合物，也可以归于“路易斯酸碱对”。

[0220] 综上，本发明所述路易斯酸碱对，可以表现为多种形态，包括金属与配体结合而成的正负离子体、复杂配体化合物、超大杂多化合物、金属氰合物、金属硫氰基复合配体、金属卤合物、金属卤氨合物、氢合物、过渡元素金属羰基配合物、金属的硼化物、金属的碳化物、金属的氮化物或者金属的硼碳氮的复合化合物、主族类元素、过渡族类元素、内过渡类元素中的一种，或者一种以上混合。

[0221] 另外，由于路易斯酸碱对能够提供给合金熔体更大的异类物质浓度，因此增大了熔体结晶过程的成分过冷度，导致晶核在更强结晶动力下快速越过临界尺寸，而在过冷的液体中自由成核和生长，形成具有各向同性和形状更接近于球形的等轴晶粒；由于等轴晶的这种缘于液体内部自由生长的内生机制，改变了平面晶、树枝晶、柱状晶等不规则晶体缘于铸造型腔的型壁生核、自外向液体内部单向延伸的生长方式，因此避免或减轻了合金的成分偏析、结晶粗大单向、宏观性能不均匀的缺陷，从而有效避免或减轻了合金的一些常见缺陷，如针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、裂纹等。

[0222] 本发明基于对合金微观结构极高分辨率的衬度图像和精微选区结构分析，发现了晶内存在着次微米级的(T+θH)棒叉状组合相的超精细结构。与Al-Cu各二元相比较，(T+θH)组合相有许多优点，包括：质点粒度大，抗位错滑移面大；主干部分T是高硬高稳定化合物聚合而成的棒状孪晶(见附图4)，能够以位错绕过方式为合金提供强度支撑；其次生θH附着相在主干上斜向或垂直于T棒轴方向而向周围基体生长同时又与基体共格(见附图2、附图6)，增强了主干对周围晶格点阵的收紧能力，或者换句话说，T棒轴通过附着其上向周围生长的θH次生相，把收紧作用向周围的基体空间传递和扩散(见附图2、附图6)，这种作用，在次微米区域内对基体产生了类似建筑结构中钢筋网格在混凝土中的强化作用(可称为“类砼强化结构”，见附图5)，使基体强度大大提高。这种作用，如果从单体比较，是基体中薄片状Al-Cu亚稳相(GP区、θ＂、θ＇或者其它盘片相)或者其组合都远不能相比的；但是，在常见的铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金中，由于各二元Al-Cu亚稳相在基体内部的分布密度远远高于(T+θH)组合相的分布密度，致使(T+θH)组合相的作用被掩盖而一直没有被发现。

[0223] (T+θH)组合相中的θH却以不同位向(附图3)和大得多的厚度(约20nm见附图6)，对合金基体产生了优于以游离态存在的GP区、θ＂、θ＇或者其它盘片状的二元Al-Cu亚稳相的强化贡献：θH除了把主干T相的收紧作用向周围的基体空间传递和扩散外，由于抗基体滑移面更大，故对基体增强作用更大；由于方向更多，故对基体的强化作用显出各向同性的均匀性；由于不属于高硬性质点，所以仍可以位错切过方式提供给基体较好的塑韧性；总之，(T+θH)组合相优化了铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的物相分子组合结构，为基体提供了高硬质点T相的绕过强化效应和高于游离态Al-Cu亚稳相组合的切过强化效应两种作用；所以，研究发挥这种 优异的综合效应，必须把材料设计关注的重点从传统单纯对Al-Cu亚稳相组合转移出来，而集中在对(T+θH)组合相的催生效果上。

[0224] 本发明配方设计作为主要技术手段之一，是使合金的晶态组合实现平均晶粒度＜120微米的等轴晶前提下，还可实现合金晶粒内部(T+θH)组合相数量在1个/[μm]2以上。因此，主成分设计为按重量百分比：锰Mn:≤2％，镉Cd:0.05～0.5％，铜Cu:4.2～8.0％且Cu≥
0.8Mn+4.05％或铜0.5％≤Cu≤3％且Cu≥1.5Mn；路易斯酸碱对总量1％×10-4～2.0％或
7.0％～9.0％，余量为铝Al。

[0225] 由于(T+θH)组合相的主干T相中铜锰元素的质量比约为0.8，而合金中在保证(T+θH)生成的同时也应该保证各级(GP区、θ＂、θ＇或者其它盘片相)Al-Cu二元弥散相的浓度和分布密度不降低，因此，把铜含量设计在超过其饱和溶解度以上的一个范围，同时保证必须有锰存在。在一般条件下，(T+θH)组合相的数量不足1个/[μm]2，见附图2和附图3，所以很难被发现，本发明通过路易斯酸碱对的优化，可保证(T+θH)组合相的数量在1个/[μm]2以上，深度优化效果可达到3个/[μm]2以上，见附图6。

[0226] 根据材料强化理论——位错对质点的绕过和切过理论，材料的破坏过程首先是其中大颗粒质点的集中受力，然后是次一级的较小颗粒质点集中受力，然后是更小颗粒的质点受力，以次类推；当发生破坏时，综合抗力最弱的质点先破坏，综合抗力最强的质点最后破坏，只有当所有的颗粒都抵抗不住时，材料才发生宏观的破坏。

[0227] 由于(T+θH)组合相与各级Al-Cu二元弥散相θ′、θ″、GPI区依次分别具有次微米级、亚纳米级和纳米级的晶格畸变作用，只要如本发明技术方案把基体中(T+θH)组合相的数量和分布密度提高，就能实现与Al-Cu二元弥散相在大小、数量和分布状态方面搭配相对均匀、结构紧凑，则其相互之间就会产生最强晶格畸变应力场(最大点阵失配度)，同时又与基体整体完全共格或半共格，因此在整个晶粒三维空间中形成了一个立体弹塑性网阵，在整个晶粒内部产生了类似“钢筋混凝土”对建筑物结构增强作用的层级式强化结构(以下简称“类砼强化结构”)，大大改善了合金的力学性能，见附图5；这种在晶粒尺度范围内均匀分布的超弹塑性张力结构具有能够有效调动尽可能多的质点共同参与抵抗、分摊和吸收外部冲击动量(动静载荷)的能力，从而微观上具有强大的抗疲劳特性，在 宏观上具有高强、高韧、高硬“三高统一”的特征，这种“类砼强化结构”与钢铁材料类的球墨铸铁中只有球状石墨与铁基体两种平行结构、且晶粒度须从15～500μm之间变化以获得强硬度与韧性不可共同提高(一方的提高以降低另一方为前提)的基体特性相比较，显然具有更高的工程应用价值。

[0228] 通过附图7DSC差示扫描量热分析法得到的结果可知，铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金的化学热效应发生的温度范围高低限之差有100℃，在Al-Cu二元各相中，平衡态的Al2Cu(θ)相共晶的熔点最高为548℃，在DSC曲线上处于开始发生热效应的温度位置，当温度在648.5℃时热效应最大，温度更高之后就没有了化学热效应。这种情况的合理推断是与基体共格的(T+θH)组合相发生熔化(基体同时熔化)而造成的吸热现象。

[0229] 作为熔化的逆过程，凝固结晶时的凝固点等于熔点，由此可知，当合金由液态向固态转变过程中(铸造过程)，T作为Al-Cu-Mn三元相的结晶温度比二元Al-Cu各相结晶温度高出很多，而等到Al-Cu各相开始结晶时，T相早已析出并长成相当大的质点颗粒了。

[0230] 所以，(T+θH)组合相的主干T相大大提高了合金的耐热性和热强度；而(T+θH)组合相数量和分布密度的提高，则同时提升了合金的强度、硬度和延伸率。

[0231] 根据金属凝固理论，从宏观角度看，临界晶核的大量形成需要给熔体中处于游离态的原子向晶格点阵有序态的“跳跃”降低势能门槛，而这种低门槛来自于两个条件：一是降低液态金属的表面张力使原始晶核容易扩散和容易吸收周围游离态的原子，一种形式就是创造尽可能多的稳态异质结晶核心。

[0232] 在铝合金中，碱金属元素、碱土金属元素或低熔点金属元素有降低表面张力的效果，而过渡元素或者其高温碳化物、氮化物、硼化物的细小分子能够形成稳态异质结晶核心。

[0233] 根据路易斯酸碱理论，铝熔体是一个富电子高温体系，即属于强的路易斯碱，当过量的铜锰加入以后，由于铜锰的电负性较强，吸聚了较多的电子云，使形成的合金熔体的碱性降低，表面张力增加，不利于临界晶核的产生；加入富电子物质后，平衡了铜锰的酸性效应，原始晶核面临的界面张力降低，因而促进了(T+θH)组合相的主干T相的原始晶核成长为临界晶核，从而决定了(T+θH)组合相在合金中数量和分布密度显著提高。

[0234] 铝合金体系的一个显著特点，是基体元素对异类元素较强的排斥本性，当溶 解度小而又对铝不发生显著热化学反应的元素加入时，这些异类元素往往被挤往界面能高的位置而聚集，而聚集在一起的异类元素容易发生热化学反应形成化合物特别是容易形成金属间化合物，这些新物质在铝熔体中生成，产生了低表面能的新界面，降低了周围游离态原子跳向新界面的势能门槛，因此对临界晶核的形成有显著促进作用，但是，由于多数聚集在晶界，对合金的力学性能作用不大甚至产生坏的影响。而锰是铝中少数有显著溶解度又能留在晶粒内部的元素之一，不但能与Al、Cu发生强烈的热聚合效应生成T相，而且对于其它元素也有很强的吸纳效应(见附图2之(d)中EDS能谱的定量分析结果)，从被吸纳元素的角度看，它们对T相临界晶核的生成起到了催生作用，而T相的成长过程到形成(T+θH)组合相，与异类原子或离子的催化作用密切相关。

[0235] 金属配合物在室温状态下能够稳定存在，而在高温富电子环境中能分解产生原子态的异类金属元素，由于扩散能力强而对(T+θH)组合相催生和催化的作用强于中间合金和工业纯金属的添加作用；而配合物分解出来的另一部分——非金属配体，以气态形式排出熔体(比如CO)，或者经过系列复杂反应后排出熔体(比如生成CO2、CH4、N2、NH3或H2S)或进入熔渣(比如NaCl、KCl、Al(HO)3或Al2O3)。

[0236] 比如，金属羰基化合物在常温下空气环境中能稳定存在。在金属羰基化合物的几何结构中，CO以C原子与金属原子配位，单核配合物采取配体间排斥力最小的结构，双核配合物包含一个金属键，有些还会有桥羰基，具有金属间成键作用的多核分子叫簇化合物，键合方式有端羰基、桥羰基和面羰基配位体；其成键作用有：(1)形成σ键——CO和金属原子的作用分别相当于路易斯碱和路易斯酸；(2)形成dπ—pπ键——金属有机化合物相当于由低氧化态过渡元素与π酸配位体形成的配合物；金属羰基化合物的特殊稳定性有赖于这种协同成键作用。

[0237] 超大杂多化合物由于多种聚合作用而能在常温下空气环境中稳定存在。比如夹心配合物二茂铁即环戊二烯铁(C5H5)2Fe为橙色晶体，470℃稳定，室温不与空气和潮湿气体反应，在沸腾的盐酸和10％NaOH中都不分解；具有通式(C5H5)2M的金属夹心配合物因有核心多连键而稳定。

[0238] 碳原子、氮原子、硼原子由于原子半径和体积小，一方面，它们作为游离态原子本身具有纳米空间内很高的活性，容易诱发(T+θH)组合相临界晶核的产生；另一方面，它们能进入金属晶格的空隙中，形成熔点高、硬度大、稳定性好的间充固溶体，比如碳化物中，碳原子半径为77pm，能与Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、 W形成具有很高的高温稳定性的间充型碳化物，ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属碳化物的熔点都在3000℃以上，其中碳化铪、碳化钽分别为4160K和4150K，是当前所知道的物质中熔点最高的；而在本发明中，当有纳米级颗粒度的间充型碳、氮、硼的金属化合物粉末以分散流态化方式加入熔体时，则每个纳米颗粒都以异型结晶核心吸附与之接近的Mn、Cu原子，发生能级分裂、分子重构而对(T+θH)组合相发挥催生和催化的作用。具有对(T+θH)组合相催生和催化作用的金属硼化物、碳化物、氮化物或者硼碳氮的复合化合物，有碳化钛TiC，碳化锆ZrC，氮化钨WN2，硼化钼MoB(或MoB2)，碳化硼B4C，铝钛氮AlTiN或铝铬氮AlCrN。

[0239] 利用金属硫化物高温分解强烈吸H的特点，可以除去熔体中多余的H，使熔体得到净化，从而为其它路易斯酸碱对发挥作用提供助力，这类物质包括硫化铝Al2S3，硫化亚铜Cu2S或二硫铜铁CuFeS2。

[0240] 对于要求达到高强性能的合金，路易斯酸碱对添加量并非越多越好，据经验，作为元素占Al基体重量百分比，可供选择的优化范围为：B＜0.1％，C＜0.1％，Be＜0.03％，Li＜0.5％，镁Mg＜0.5％，0.4％＜Si＜2％。

[0241] 发现硅Si作为路易斯酸碱对时，含量为0.4％＜Si＜2％和7.0％＜Si＜9.0％两个特定范围时，熔体具有特别好的流动性和铸造性能，且有利于缓冲路易斯酸碱对在熔体超精微区的扰动和活化效应；但Si含量不在此两个特定范围时，Si的金属化合物相对合金抗高温性能的影响显著。

[0242] 当7.0％＜Si＜9.0％时，铜Cu的优选范围为0.5％＜Cu＜3％且Cu≥1.5Mn，仍可满足基体等轴晶且平均晶粒度小于120μm，合金晶粒内亚纳米(T+θH)组合相数量达到≥1个/平方微米。

[0243] 从前述可知，多样性的路易斯酸碱对，在铝合金中因具有纳米尺度超精微区域的分解、扰动、活化、重构和排除效应，从而使合金在凝固之前能够获得最大的分子物相组合结构优化的自我调整能力，建立了一种从精微结构(亚纳米级或次微米级质点:尺度10nm～＜1μm)到微细结构(微米级颗粒:尺度1～10μm左右)再到晶态组合(亚微米级颗粒:尺度10～100μm左右)的层级化自我调整和完善通道，从而一方面解决了合金相图理论无法解决的熔体结构和凝固组织结构优化的问题，另一方面解决了对铝合金精炼、变质、除渣、除气等常规技术手段无法达到的亚微米态以下微观领域，对铝合金的创新设计和以铝代钢、以轻强结构普遍替代钢铁重强结构，具有普遍指导意义和产业价值。

[0244] 路易斯酸碱对优化熔体结构的特性，能抑制大颗粒的形成，从而有效解决晶粒细化剂粗大化的倾向，例如可防止钛Ti和稀土相粗化；对211Z合金常见的缺陷，包括针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、夹杂(渣)、冷隔、冷豆、裂纹、变质缺陷、固溶不足和过烧等，可以从合金的冶金组织和结晶组织上给予最大程度的预防。

附图说明

[0245] 图1为晶界上钛-稀土相颗粒的TEM低倍(a)和高倍(b)形貌(白色箭头所指)，晶界上钛-稀土相的HAADF-STEM和EDS分析，(a1)低倍HAADF-STEM像；(b2)图(a1)中红框区域放大图；和图(b2)中所示a和b处的EDS谱的定量分析结果；

[0246] 图2为铝铜锰Al-Cu-Mn系合金中的(T+θH)组合相颗粒在<001>Al取向下的STEM图像和能谱分析；(a)低倍STEM图片；(b)纵面和(c)横截面的高倍STEM图片；(d)EDS谱；

[0247] 图3为铝铜锰Al-Cu-Mn系合金中的(T+θH)组合相的HAADF-STEM形貌像；(a)[100]Al取向，(b)[110]Al取向；白色箭头所指为θH附着相；

[0248] 图4为(T+θH)组合相中沿T相的[010]方向的TEM分析。(a)横截面图片；(b)电子衍射花样；(c)为图(a)中红框里孪晶区域的放大图像；(d)为孪晶呈滑移反映对称关系的示意图；

[0249] 图5为(T+θH)组合相“类砼强化结构”的微观衬度图像——沿垂直于(T+θH)的主干T相长轴的一个<010>Al方向的TEM分析，(a)低倍TEM相；(b)电子衍射花样；(c)为图(a)中红框里T相和铝基底之间界面的放大图像；(d)为图(c)中篮框中T相高分辨的放大图；

[0250] 图6为路易斯酸碱对优化的铝铜锰A-lCu-Mn系铝合金(T+θH)组合相的HAADF-STEM形貌像；(a)[010]T取向的低倍STEM像，(b)图(a)中红框区域θH附着相的放大图像；

[0251] 图7为铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金DSC差示扫描量热分析曲线；

[0252] 图8为路易斯酸碱对优化的铝合金试样断口EBSD菊池图像和晶粒度分布图：晶粒是等轴的，晶粒尺寸大约为30-80μm。(a)、(c)横截面；(b)、(d)纵截面。

具体实施方式

[0253] 本发明具体实施方式包括2个部分，第一部分为提示和说明，第二部分为具体实施例。

[0254] 第一部分：提示和说明

[0255] 提示和说明1：实施例描述格式

[0256] 实施例共40个，采用统一的合金熔炼、精炼、净化步骤进行制造制品的熔体准备，采用不同配方和制造工艺，生产用于不同技术领域的替代球铁和钢铁材料的铝合金制品。为了简化描述，对合金熔体准备的步骤、可以采用的制造方法放在前面描述，具体的实施例只描述制品规格参数、采用的制造方法和生产的原则流程、合金配料比例表，生产过程的工艺参数，制品微观结构指标和机械性能，实施例最后附所替代的钢铁制品样图或本申请人所生产的铝合金制品样图。

[0257] 提示和说明2：合金熔体准备的步骤

[0258] (1)在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量，编制合金生产配料表，并按配料表选足各种备料。

[0259] (2)往熔炼炉中加入适量的铝锭或熔融铝液，加热使之完全融化并在700℃以上保温；为防止熔体吸入过多的空气，熔化过程应尽可能在短时间内和封闭环境内完成。

[0260] (3)按配方比例加入锰Mn、镉Cd、铜Cu，搅拌均匀后，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易斯酸碱对组合，搅拌均匀。

[0261] 所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体块状，可直接加入熔体或者以按压辅助方式加入熔体；

[0262] 所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体丝线状，可以在线自动送丝方式，在铸造时连续加入，或者切成合适小段，在每次铸造前加入浇包或舀瓢；

[0263] 所述路易斯酸碱对或者组合如果呈固体粉末状，可以选择向熔体直接吹送或者以保护性气体带动的流态化方式连续吹送，所述吹送可以选择从熔体上部垂直插入熔体中吹送、从炉体侧面斜插熔体吹送或者从炉底透气砖孔吹送。

[0264] 所述路易斯酸碱对，活泼金属元素选择以保护形态加入熔体，高熔点难溶金属元素选择配合物形态，易溶重金属选择单质状态。

[0265] 所述路易斯酸碱对或者组合，化合物或配合物选择预先制成固体粉末形态。

[0266] 所述路易斯酸碱对或者组合，选择于合金主元素熔炼完成后加入熔体，或者在熔体精炼时加入熔体，或者在精炼净化后加入熔体，或者在铸造成形之前再加入熔体。

[0267] (4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼，所述精炼选择在封闭环境中操作，所述封闭环境选择以抽风方式连续排除精炼产生的废气。

[0268] (5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的偏差范围内；

[0269] 所述调整化学成分选择以加入路易斯酸碱对或者组合的方式进行调整；

[0270] 调温至650℃以上，合金液出炉，在线除气、除渣；

[0271] 所述除气可以选择石墨管空心转子搅动吹入净化气体；

[0272] 所述净化气体可以选择氮气、氩气、氯气或者它们的混合物；

[0273] 所述除渣可以选择表面除去浮渣或者选择过滤法除去熔体内粗大质点或者熔体底部的沉渣；

[0274] 所述过滤法可以选择陶瓷过滤板或者玻璃纤维或者滤布作为过滤介质；

[0275] 所述过滤可以进行单级过滤或者双级过滤或者多级过滤；

[0276] 所述粗大质点可以是颗粒度不小于10微米的质点。

[0277] (6)铸造。铸造是指合金液注入型腔内凝固结晶或者连续动态凝固结晶；

[0278] 所述型腔可以是铸造重熔用铝合金锭的锭模腔，可以是铸造方形、圆形截面型锭坯料的结晶器和引锭底座组成的可变腔体，也可以是铸造固定形状和结构铸件的金属模型腔、砂模型腔或者砂芯+金属模型腔；

[0279] 所述注入可以选择重力铸造浇注、离心铸造浇注、压力铸造充型注、熔模铸造浇注、消失模铸造浇注、真空法吸注；

[0280] 所述重力铸造浇注可以是砂型模腔或金属模腔的直接浇注或者自动翻转式浇注；

[0281] 所述离心铸造浇注是将金属液浇入旋转的铸型中使之在离心力作用下填充铸型浇注方法。

[0282] 所述压力铸造充型注可以是低压铸造、压力铸造、高压铸造、液态模锻或者半固态熔体压铸提供的熔体注入和凝固结晶方式；所述低压铸造是使熔体在较低气体压力作用下充填铸型并在保持压力下结晶以形成铸件，所述压力铸造是利用高压将熔体高速压入一精密金属模具型腔内使之在压力作用下冷却凝固而形成铸件,所述将高压铸造是将熔体高速填充钢制模具型腔并使之在高压下凝固而形成铸件，所述液态模锻是将定量的熔体直接浇注入涂有润滑剂的型腔中并持续施加机械静压力、使已凝固的硬壳产生塑性变形、强制消除因凝固收缩形成的缩孔 缩松以获得无铸造缺陷制件，所述半固态熔体压铸是把熔体调制成固相具有非枝晶特征的固液共存混合物再根据其流变性能进行加压充型凝固结晶的铸造方法。

[0283] 所述熔模铸造是用蜡料或塑料制成易熔性模型，在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳后，再从型壳中熔掉模型，然后把型壳置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，将铸型放入焙烧炉中经过高温焙烧，最后于其中浇注熔融金属而得到铸件。

[0284] 所述消失模铸造浇注是用泡沫塑料制作成与零件结构和尺寸完全一样的实型模具，经浸涂耐火粘结涂料，烘干后进行干砂造型，振动紧实，然后浇入金属液使模样受热气化消失，而得到与模样形状一致的金属零件的铸造方法。

[0285] 所述真空法吸注可以是差压铸造法吸注；所述差压铸造是使熔体在压差的作用下，浇注到预先有一定真空度的型腔内凝固的工艺方法。

[0286] 所述凝固可以采用冷铁或者其它冷却介质强制快速结晶的铸造方式；

[0287] 所述连续动态凝固可以采用竖井连续水冷强制冷却凝固的铸造方式。

[0288] ——所述重力铸造，步骤如下：

[0289] ①熔体过滤后可浇注铸造，铸造温度控制可在700～730℃；

[0290] ②铸造前应将模具预热到450℃左右，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净，防止夹杂物进入合金造成废品；

[0291] ③在翻转式重力铸机上完成，可采取人工浇注或自动化浇注，合上模具并使铸机翻转到一定角度，用浇包从炉内舀取适量合金液倒入模具转接包内，使铸机缓慢翻转到水平位置，在翻转过程中，合金液从转接包通过内浇道充满型腔；自然冷却或强冷；

[0292] ④开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边；

[0293] ⑤外观质量检测。毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的浇冒口应清理到铸件表面齐平；

[0294] 铸件可以肉眼或用低倍放大镜或其它试验方法检验外观质量，所述铸件外观质量是指包括表面粗糙度、表面缺陷或尺寸精度；

[0295] 在铸件的非加工面上，允许铸件有分型、顶杆及排气塞等痕迹，允许有精加工可切除的缺陷，但不允许有焊接、粘胶等修补痕迹，待加工面的浇冒口残留量不得大于2mm；

[0296] 毛坯铸件上所有铸造的标识必须清晰可辨识；

[0297] 对符合表面粗糙度要求的毛坯进行封样，待验收件与封样件对比验收；

[0298] ⑥内部质量检测。剖面着色探伤检测或者整体荧光或X光检测；

[0299] 所述剖面着色探伤检测，可每炉批的铸件随机抽查一件或数件进行解剖，检查铸件主要热节部位或壁厚较大部位的内部质量；

[0300] 所述剖面，可锯开最易产生气孔、砂眼的铸造部位如壳体安装脚、阀体安装孔、侧盖安装孔或主缸尾部等的厚大部位，用着色剂检测，目测是否有气孔、砂眼等缺陷；

[0301] 所述整体荧光检测是将铸件浸泡荧光液后经照射观察表面及一定深度有无微细裂纹、针孔、微孔等缺陷；

[0302] 所述X光检测是铸件经X光透射以检测其内部冶金质量，观察有无针孔、气孔、缩孔、疏松、缩松、偏析、粗大相颗粒、夹杂、夹渣、冷隔、冷豆或裂纹。

[0303] ⑦固溶处理。将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560℃以下的固溶处理，保温后立刻淬火，水冷或油冷；

[0304] ⑧时效强化。将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，时效强化工艺150～240℃，保温后，出炉自然冷却；铸件表面可进行抛丸清理。

[0305] ⑨取样分析测试验证。从经过热处理以后的铸件上切取试棒，取样部位选在毛坯本体有加工余量的适当位置、铸件本体受载荷均匀或集中的部位，每个取样部位应切取三根试棒；

[0306] 可对样品进行力学性能测试分析、金相分析、二次密度法固溶及时效程度检测或深层次的微观结构分析；

[0307] 所述力学性能分析包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度，数值指标为：抗拉强度500±50Mpa、屈服强度450±50Mpa、延伸率5±2％、硬度140±10HBS；

[0308] 所述金相分析包括晶粒形貌、晶粒度、粗大脆性相或显著缺陷，晶粒形貌应该为等轴晶，晶粒度平均≤120μm，粗大脆性相颗粒度≤25μm，不存在超过15μm的孔洞或晶界无析出带显著缺陷；

[0309] 所述二次密度法检测固溶及时效程度完成率不小于80％。

[0310] ⑩实用性能验证。通过机械加工、表面处理和装配后，进行模拟使用工况的实用性能检测试验，包括选择疲劳试验、磨损试验、逆向超载试验或超压试验。

[0311] ——所述砂型铸造，步骤如下

[0312] ①造型：采用常规的铸造型砂或树脂砂，型砂粘结剂，进行三箱或四箱对中分箱法制造铸型。

[0313] ②制芯：采用专用芯骨，对气腔、水腔、油腔砂芯使用树脂加固化剂制作芯子，使沙层强度达到1.5Mpa以上，设置排气通道。

[0314] ③合箱：将铸型和砂芯组合，安放好浇口杯；合箱前，对需要对接的砂芯接缝进行预先表面处理，喷上涂料，防止错位；合箱时，采用检测卡板控制关键部位的铸件尺寸。

[0315] ④铸造：采用手工或自动浇包浇注，把熔体从浇口杯浇入型腔，凝固3～10分钟后取出铸件。

[0316] ⑤毛坯清理：产品取出后自然冷却，打磨飞边，清理浇道系统。

[0317] ⑥固溶、时效处理、性能测试可参照重力铸造。

[0318] ——所述离心铸造，步骤如下

[0319] ①熔体从保温炉转入浇包；

[0320] ②将铸型预热到适宜温度；

[0321] ③开启驱动电机，带动带轮和轮轴旋转，进而带动安装在轴上的铸型旋转；

[0322] ④调整铸型转速，倾转浇包使熔体沿着浇注槽流入浇注系统，通过浇注系统流入铸型，在铸型旋转离心力作用下充满铸型型腔；

[0323] ⑤熔体完全凝固后，停止旋转，开模取件。

[0324] ⑥表面质量检查、清理整修、内部缺陷检查、固溶、时效处理、性能测试可参照重力铸造。

[0325] ——所述低压铸造，步骤如下：

[0326] ①把熔炼好的金属液倒入保温坩埚，装上密封盖，保温；

[0327] ②安装升液导管使金属液与铸型相通，锁紧铸型；

[0328] ③缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气，金属液受气体压力，由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔；

[0329] ④保持型腔金属液在压力下结晶；

[0330] ⑤铸件成型后撤去坩埚内的压力，升液管内的金属液降回到坩埚内金属液面；

[0331] ⑥开启铸型，取出铸件；

[0332] ⑦表面质量检查、清理整修、内部缺陷检查、固溶、时效处理、性能测试可参照重力铸造。

[0333] ——所述压力铸造，步骤如下：

[0334] ①压铸模设计制造，压铸机调试，压铸模安装；

[0335] ②合金熔体入保温炉坩埚准备；

[0336] ③对模具进行预热和喷涂涂料，模具清理，对嵌入件预热清理，模具的各部分合型；

[0337] ④合金熔体浇入压室内，压射冲头前进，将熔体压射入型腔；

[0338] ⑤保压，凝固结晶；

[0339] ⑥开模、抽芯取件；

[0340] ⑦表面质量检查、清理整修、内部缺陷检查、固溶、时效处理、表面喷丸清理，性能测试可参照重力铸造。

[0341] ——所述高压铸造，步骤与压力铸造相同，但熔体充型速度、充型时间、凝固结晶保压压力可选更高。

[0342] ——所述差压铸造，是在低压铸造的基础上，铸型外加密封罩，同时向坩埚和罩内通入压缩空气，使坩埚内的压力略高，使坩埚内熔体在压力差的作用下沿升液管充填铸型，并在压力下结晶，其操作步骤可参照低压铸造的步骤。

[0343] ——所述半固态铸造，是在压铸基础上，将熔体温度调整为670±30℃，使半固态熔体内的固相率≥9％，充分排除熔体内夹气，在振荡加压条件下使熔体在铸型内凝固结晶，得到内部没有气孔的致密结构压铸件，解决液态压铸所不能完全消除的气孔问题，其操作步骤可参照压力铸造的步骤。

[0344] ——所述液态模锻凝固结晶，步骤如下

[0345] ①定量取液：经精炼处理后，将温度调整为650～730℃，采用定量取液装置进行转液；

[0346] ②过滤：用定量取液装置将温度为650～730℃的定量铝合金熔体浇注到流槽漏斗中，经漏斗过滤后浇注到模具中；

[0347] ③液态模锻。将液态模锻铝合金件模具的上、下模分别固定在液锻设备的上、 下模架上，将经过滤后的铝合金熔体浇注到280～380℃的模具中，然后凸模下行加压充型；加压速度为10～20mm/s，终压可150～200MPa，保压时间120～180s后出模冷却，获得模锻件毛坯，对毛坯进行钻定位孔处理；

[0348] ④固溶处理。固溶处理工艺为将经转定位孔处理后的模锻件毛坯送入固溶炉，进行560℃以下的固溶处理；然后立刻淬火，30～80℃水冷或油冷；

[0349] ⑤时效强化。将完成固溶处理的模锻件送入时效炉进行时效强化处理，时效强化工艺160～240℃，出炉自然冷却；

[0350] ⑥取样分析测试验证。在毛坯本体有加工余量的适当位置取样；

[0351] 可对样品进行力学性能测试分析、金相分析、二次密度法固溶及时效程度检测或深层次的微观结构分析；

[0352] 所述力学性能分析包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度，数值指标为：抗拉强度550±100Mpa、屈服强度500±100Mpa、延伸率10±5％、硬度170±30HBS；

[0353] 所述金相分析包括晶粒形貌、晶粒度、粗大脆性相或显著缺陷，晶粒形貌应该为等轴晶，晶粒度平均≤100μm，粗大脆性相颗粒度≤20μm，不存在超过15μm的孔洞或晶界无析出带显著缺陷；

[0354] 所述二次密度法检测固溶及时效程度完成率不小于80％；

[0355] 所述深层次的微观结构分析，应能够发现基体晶粒内存在(T+θH)组合相且其数量达到1个/[μm]2以上，晶界位置，晶粒位向，晶界分布的θ(Al2Cu)平衡相或N相，晶内析出的Al-Cu二元弥散相GPI区、θ″相、θ′相或含Cd的球形相，以上各相中可能存在的杂质元素。

[0356] ⑦实用性能验证。通过机械加工、表面处理和装配后，进行模拟使用工况的实用性能检测试验，包括选择疲劳试验、磨损试验、逆向超载试验或超压试验。

[0357] ——所述竖井半连续水冷方式强制冷却凝固(即半连续铸造)，步骤如下：

[0358] ①检查保持炉出铝口、结晶器平台、溜槽是否通畅、无破损、无异物；检查结晶器安装是否稳固、平整；确认冷却水畅通、润滑油供油管路畅通或气幕铸造的空气管路畅通。

[0359] ②结晶器放入分配盘，盘嘴和浮漂对准每一个结晶器中心。在保持炉熔体出口与分配盘之间架上溜子。

[0360] ③用压缩空气吹干引锭底座，将引锭底座升入结晶器的一半高。

[0361] ④根据铸造规格设定铸造底座下降速度，开启冷却水，打开保持炉炉眼，放出熔体进行浇铸。铸锭过程中用小渣铲在结晶器中打捞浮渣。

[0362] ⑤当结晶器内熔体达到结晶器高度2/3时，打开底座下降开关，并用塞子在炉眼调整熔体流量，以保持结晶器内熔体高度。

[0363] ⑥为实现铸造晶粒的细化，可于熔体流出炉眼时向其中加入晶粒细化剂，或者在结晶器上使用电磁振荡装置。

[0364] 完成铸锭长度90％～95％时，堵塞炉眼，随之降低底座下降速度至完成浇铸。待不再有熔体自动流入结晶器时，将底座继续下降10cm，确认铸锭完全离开结晶器后停住，关冷却水、移开结晶器平台和水套、取出铸好的锭。准备下个周期的操作。

[0365] ⑦把合金锭开始和结束端口的部分去掉后，将长锭锯成要求长度的铸锭，同时检查铸锭表面，合格的成品按规定打捆。

[0366] 所述竖井半连续水冷方式强制冷却凝固(即半连续铸造)，对于半连续垂直铸造，为了保证产品质量而需进行控制的工艺参数有：

[0367] ·冷却水量。冷却水量控制的冷却速度对铸锭的结晶应保证获得细密的柱状组织，不能形成粗大球状晶粒；或者减少冷却水浪费。

[0368] ·浇铸温度。浇铸温度控制可获得细小的晶粒组织，或者保持熔体的流动性不好，浮渣容易分离，操作容易。

[0369] ·浇铸速度。浇铸速度是铸锭退出结晶器的快慢程度，可控制浇铸速度使铸锭中心的孔穴变得平缓，铸锭自下而上的冷却方向性强，或者获得细密的结晶组织，或者不使铸锭结晶热造成中心部分温度升高。

[0370] (7)强化加工。对于重力铸造成形的型锭或者铸件，可以选择强化加工；所述强化加工择热处理强化、冷加工强化或者冷热复合加工强化；

[0371] 所述热处理强化包括均匀化退火、固溶处理或者时效处理；

[0372] 所述冷加工强化包括锻压、锻造、轧制或者预拉伸；

[0373] 所述冷热复合加工热轧制板带、热挤压型材。

[0374] ——所述热挤压型材，步骤如下：

[0375] ①均匀化退火。使合金组织发生晶内偏析消失、晶界物质溶入α(Al)中、粗大 共晶相消失或减少；进而提高铸造圆棒的挤压性能和型材质量――晶内偏析消失可降低挤压时金属流动的不均匀性，提高挤压型材的表面光洁度；组织中粗大相质点和粒子的减少、细化可减轻型材表面裂纹倾向，提高挤压速度；晶界物质充分固溶则是强化合金、提高其力学性能的首要条件。

[0376] 均匀化工艺：温度580℃以下，保温时间3～5小时，冷却速度≥200℃/h。

[0377] ②挤压工艺。铸棒加热方式可采用工频感应加热，不可因升温过慢而影响强化效果；因合金变形抗力大，所以铸棒和模具温度应偏上限；为防止缩尾或气泡、氧化皮、杂质卷入，压余应留长一些；

[0378] 挤压速度：型材挤压速度(金属的流出速度)为10-100米/分；可采用水冷模挤压、氮气或液氮冷却模具和挤压模出口提高挤压速度，或者运用“挤压温度-速度-挤压力”控制软件，达到提高生产效率同时保持型材优良性能。

[0379] 机上淬火：要使合金主要强化相充分固溶，保证淬火温度在550℃以上，因此型材挤压出口温度应控制在540-580℃；合金淬火敏感性高，要求淬火冷却强度大、冷却速度快，必须通过风淬或水淬使其温度迅速降到100℃以下。

[0380] 张力矫直：型材出模孔后，可用牵引机牵引，给挤压制品以一定的牵引张力，保证制品流出速度同步移动，减轻多线挤压的长短不齐和抹伤，防止型材出模孔后扭拧、弯曲，消除制品纵向形状不整，减少其残余应力，提高强度，保持其良好的表面。

[0381] 型材锯切后，装框应保护一定间隔，不可排放过密。

[0382] ③人工时效。时效温度300℃以下，保温时间15小时以内。

[0383] ④产品检验。对化学成分稳定性、铸棒低倍组织、力学性能进行测试分析；可以实现的力学性能：抗拉强度650±100Mpa、屈服强度600±100Mpa、延伸率10±5％、硬度170±30HBS。

[0384] ⑤表面处理。型材可进行表面处理，表面处理喷涂、电镀、拉丝、喷沙、阳极钝化、氧化膜、抛光。

[0385] 提示和说明3：铝合金制品制造方式和方法

[0386] 路易斯酸碱对优化亚纳米物相的铝合金制品制造方法，下列给出的一种或一种以上的工艺手段：

[0387] ·竖井半连续水冷铸造：可用于铸造加工用的实心圆棒、扁锭、方铸锭或空心管件。

[0388] ·固定腔铸型铸造法：包括直接重力铸造，低压铸造，压力铸造，高压铸造，差压铸造，半固态铸造，熔模铸造，消失模铸造，液态模锻铸造。

[0389] ·压力加工：包括型材挤压，板材轧制。

[0390] ·锭材切割：包括无断面品质指标要求的切断，有断面品质指标要求的剖面或铣磨。

[0391] ·锻造。

[0392] 第二部分：具体实施例

[0393] 实施例1

[0394] 一种替代QT400的铝合金轻型汽车转向器及其重力铸造方法

[0395] 1、制品参数：

[0396]缸径(mm) 油压(MPa) 输出扭矩(Nm) 适用前桥负荷(kg)
66～80 10.3～13 1000～2150 1200～3500

[0397] 2、生产流程：熔炼→除气→浇注→冷却→开模取件→清理、锯切→热处理[0398] 3、合金配方                                 重量百分比(％)

[0399]

[0400] 4、熔体浇注温度≥700℃

[0401] 5、模具预热温度≥250℃

[0402] 6、倾转转浇注方式，充型时间≤30s

[0403] 7、冷却时间：≥120s

[0404] 8、热处理：T6(固溶加完全人工时效)

[0405] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度110～120μm，晶粒内(T+θH)组合相数量2个/[μm]2

[0406] 10、机械性能

[0407]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
460 380 150 6

[0408] 实施例2

[0409] 一种替代QT450的铝合金汽车涡轮增压器壳体及其砂型铸造成型方法

[0410] 1、制品参数：涡轮A/R值为4，增压值为0.6Mpa。

[0411] 2、生产流程：造型→预热→合箱→熔炼→精炼→静置→浇注→凝固→开模→清理→固溶→时效

[0412] 3、合金配方                                  重量百分比(％)

[0413]

[0414]

[0415] 4、造型：加工余量＞0.5mm，拔模斜度：＞1°，铸造圆角＞R2。

[0416] 5、砂型预热：温度＞100℃(保温＞1小时)，暖冷至室温后进行浇注。

[0417] 6、浇注温度：＞690℃

[0418] 7、充型时间：＜10s

[0419] 8、凝固时间：＜10min。

[0420] 9、热处理状态：T5-固溶加不完全人工时效。

[0421] 10、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度80～120μm，晶粒内(T+θH)组合相数量4～6个/[μm]2

[0422] 11、制品机械性能

[0423]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
480 450 152 5

[0424] 实施例3

[0425] 一种替代QT500的铝合金大直径传动轮盘及其离心铸造成型方法

[0426] 1、制品参数：直径800mm，盘厚100mm，重量80-110kg

[0427] 2、生产流程：熔体→浇注→转动型腔→充型凝固→停转开模取件→固溶→时效[0428] 3、合金配方                         重量百分比(％)

[0429]

[0430] 4、熔体浇注温度≥700℃

[0431] 5、预热温度≥430℃

[0432] 6、充型时间≤30s

[0433] 7、型腔转速≥500r/min

[0434] 8、凝固时间≥5min

[0435] 9、热处理状态：T8－固溶后冷加工再人工时效。

[0436] 10、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度85μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5～7个/[μm]2

[0437] 11、制品机械性能

[0438]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
530 410 138 6

[0439] 实施例4

[0440] 一种替代QT400的铝合金弹性座封甲阀及其重力铸造方法

[0441] 1、制品规格：

[0442]公称通径(mm) 公称压力(MPa) 工作温度(℃) 适用介质
50～400 10～25 0～80 水、油、气等

[0443] 2、生产流程：熔炼→除气→浇注→冷却→开模取件→清理、锯切→热处理[0444] 3、合金配方                              重量百分比(％)

[0445]

[0446] 4、熔体浇注温度≥700℃

[0447] 5、模具预热温度≥250℃

[0448] 6、倾转转浇注方式，充型时间≤20s

[0449] 7、冷却时间：≥110s

[0450] 8、热处理：T6(固溶加完全人工时效)

[0451] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度90～115μm，晶粒内(T+θH)组合相数量4个/[μm]2

[0452] 10、机械性能

[0453]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
470 420 141 4

[0454] 实施例5

[0455] 一种替代QT450的铝合金空气帽及其离心铸造方法

[0456] 1、产品规格：直径200mm，高度200mm

[0457] 2、生产流程：熔体→浇注→转动型腔→充型凝固→停转开模取件→固溶→时效[0458] 3、合金配方                           重量百分比(％)

[0459]

[0460] 4、熔体浇注温度＞660℃

[0461] 5、模具预热温度＞350℃

[0462] 6、充型时间＜30s

[0463] 7、型腔转速＞500r/min，保持时间＞2min

[0464] 8、热处理：T6—固溶加完全人工时效

[0465] 9、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度80～100μm，晶粒内(T+θH)组合相数量4～6个/[μm]2

[0466] 10、铸件机械性能

[0467]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
520 480 144 6.4

[0468]  实施例6

[0469] 一种替代QT500的铝合金投梭盘及其离心铸造方法

[0470] 1、制品参数：直径1250mm，盘厚80mm；用于有梭织布机

[0471] 2、生产流程：熔体→浇注→转动型腔→充型凝固→停转开模取件→固溶→时效[0472] 3、合金配方                               重量百分比(％)

[0473]

[0474] 4、熔体浇注温度≥720℃

[0475] 5、模具预热温度≥430℃

[0476] 6、充型时间≤10s

[0477] 7、型腔转速≥500r/min，保持时间≥5min

[0478] 8、热处理：T6(固溶加完全人工时效)

[0479] 9、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度90-95μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5个/[μm]2

[0480] 10、铸件机械性能

[0481]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
520 450 142 6.2

[0482] 实施例7

[0483] 一种替代QT500的铝合金重型客车转向器及其熔模铸造方法

[0484] 1、制品参数：

[0485]缸径(mm) 油压(MPa) 输出扭矩(Nm) 适用前桥负荷(kg)
85～100 13～15 2150～3450 3500～5500

[0486] 2、生产流程：配蜡→铸蜡模→制壳→脱蜡→型壳焙烧→熔炼→浇注→脱壳→清理→固溶→时效

[0487] 3、合金配方                           重量百分比(％)

[0488]

[0489] 4、模料牌号：K512磨料

[0490] 5、铸蜡模：压射蜡温≥40℃，压射压力0.4MPa，保压时间：≥20s，冷却水温≥20℃。

[0491] 6、制壳：将蜡模浸入硅酸乙酯或硅酸钠的复合溶液中，然后撒上50～100目的锆砂、煤阡石、二氧化硅晶体等，然后进行干燥，温度：≥18℃，湿度：≥50％，干 燥≥10小时；反复执行三个步骤：涂料→撒砂→硬化

[0492] 7、脱蜡：使用蒸汽发生器。脱蜡压力：≤0.75MPa，脱蜡温度：≥180℃，脱蜡时间：≥10min。

[0493] 8、型壳焙烧：焙烧温度：≥950℃，焙烧时间：≥40min。

[0494] 9、浇注温度：≥690℃

[0495] 10、脱壳：用震动机或者手工清理。

[0496] 11、热处理：T6(固溶加完全人工时效)

[0497] 12、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度50～70μm，晶粒内(T+θH)组合相数量4～6个/[μm]2

[0498] 13、机械性能

[0499]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
520 455 145 4

[0500] 实施例8

[0501] 一种替代QT500的铝合金汽车桥壳及其低压铸造成型方法

[0502] 1、制品参数：最大位移1.5mm，每米轮距变形量1.0mm/m

[0503] 2、生产流程：熔炼→精炼→静置→打压充型→保压凝固→开模→清理→固溶→时效

[0504] 3、合金配方                              重量百分比(％)

[0505]

[0506] 4、浇注温度：＞700℃

[0507] 5、模具预热温度：＞300℃

[0508] 6、充型：时间＜15s，压力：＜1MPa

[0509] 7、保压和凝固：保压时间＞20s，保压压力＜0.8MPa，凝固时间＜8min。

[0510] 8、热处理状态：T5-固溶加不完全人工时效。

[0511] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度70～110μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5～7个/[μm]2

[0512] 10、制品机械性能

[0513]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
500 450 160 10

[0514] 实施例9

[0515] 一种替代QT500的铝合金传动轴及其挤压成型方法

[0516] 1、制品参数：直径60mm，长度4000mm，重量25-30kg

[0517] 2、生产流程：熔体→热顶铸造→圆棒均质→挤压→固溶→矫正→时效

[0518] 3、合金配方                             重量百分比(％)

[0519]

[0520] 4、熔体温度≥730℃

[0521] 5、溜槽预热温度≥750℃

[0522] 6、热顶铸造温度≥700℃，

[0523] 7、铸造速度80-140mm/min

[0524] 8、均质温度≥510℃，保温≥1小时

[0525] 9、挤压模具预热温度≥500℃

[0526] 10、挤压筒预热温度≥420℃，铝棒加热温度≥500℃

[0527] 11、热处理状态：T8－固溶后冷加工再人工时效。

[0528] 12、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度70～90μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5个/[μm]2

[0529] 13、制品机械性能

[0530]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
500 370 135 10

[0531] 实施例10

[0532] 一种替代QT400的铝合金二片式球阀及其消失模铸造方法

[0533] 1、制品参数：

[0534]公称通径(mm) 公称压力(MPa) 适用温度(℃) 适用介质
60～100 1.6～6.4 0～120 水、油、气等

[0535] 2、生产流程：制模→组合浇注系统→砂充型→抽负压→熔炼→浇注→打箱→清理→固溶→时效

[0536] 3、合金配方                                重量百分比(％)

[0537]

[0538] 4、模料材料：聚苯乙烯

[0539] 5、涂料材料：耐火骨料为石英粉，粘结剂为糊精、硅溶胶，悬浮剂为聚异丙二 醇、正丁醇，

[0540] 6、制作消失模：制模在制模机上进行，将熟化后的聚苯乙烯珠粒用压缩空气发送到模具内，通入蒸汽使其软化膨胀，珠粒间受热融合，黏结成型，模具冷却后开模。

[0541] 7、浇注温度：≥700℃

[0542] 8、打箱：手工清理。

[0543] 9、热处理：T6(固溶加完全人工时效)

[0544] 10、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度70～100μm，晶粒内(T+θH)组合相数量6个/[μm]2

[0545] 13、机械性能

[0546]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
510 430 142 5

[0547] 实施例11

[0548] 一种替代QT500的铝合金高压方法兰及其差压铸造方法

[0549] 1、产品规格：长度200mm，宽度200mm，高度30mm

[0550] 2、生产流程：生产流程：熔体→充压保压→打压充型→保持压力→卸压→冷却→开模取件→清理、锯切→固溶→时效

[0551] 3、合金配方                              重量百分比(％)

[0552]

[0553] 4、熔体浇注温度≥700℃

[0554] 5、模具预热温度≥200℃

[0555] 6、充压时间≥15s，充压(气体)压力：≥0.03MPa

[0556] 7、充型时间≥1s，充型(气体)压力：≥0.02MPa

[0557] 8、保压时间≥30s，保持(气体)压力：≥0.1MPa

[0558] 9、冷却时间：≥60s

[0559] 10、热处理：T6—固溶加完全人工时效

[0560] 11、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度80～110μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5～8个/[μm]2

[0561] 12、铸件机械性能

[0562]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
556 465 159 5.4

[0563] 实施例12

[0564] 一种替代QT500的铝合金织机轮毂及其离心铸造方法

[0565] 1、产品规格：直径800mm，厚60mm

[0566] 2、生产流程：熔体→浇注→转动型腔→充型凝固→停转开模取件→固溶→时效[0567] 3、合金配方                                    重量百分比(％)

[0568]

[0569] 4、熔体浇注温度≥720℃

[0570] 5、模具预热温度≥400℃

[0571] 6、充型时间≤10s

[0572] 7、型腔转速500～700r/min，保持时间≥5min

[0573] 8、热处理：T6(固溶加完全人工时效)

[0574] 9、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度60-100μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5-6个/[μm]2

[0575] 10、铸件机械性能

[0576]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
530 485 145 6.0

[0577] 实施例13

[0578] 一种替代球铁QT600的铝合金大功率卡车转向器及其砂型铸造方法

[0579] 1、制品参数：

[0580]缸径(mm) 油压(MPa) 输出扭矩(Nm) 适用前桥负荷(kg)
105～130 15～18 3500～10452 5500～10550

[0581] 2、生产流程：制作型砂→烘干→合箱→熔炼→浇注→冷却→开箱取件→清理、锯切→热处理

[0582] 3、合金配方                             重量百分比(％)

[0583]

[0584] 4、制型：加工余量≥0.5mm，起模斜度：≥1°，铸造圆角≥R2

[0585] 5、砂型预热温度≥150℃(保温≥1小时)，空冷降至室温后进行浇注。

[0586] 6、浇注温度：≥680℃，充型时间：≤60s

[0587] 7、冷却时间：≥10min

[0588] 8、热处理：T6(固溶加完全人工时效)

[0589] 10、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度30～80μm，晶粒内(T+θH)组合相数量8个/[μm]2

[0590] 11、机械性能

[0591]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
600 510 175 6

[0592] 实施例14

[0593] 一种替代QT500的铝合金汽车轮毂及其液态模锻成型方法

[0594] 1、制品参数：425/65R22.5，载重量＞50T。

[0595] 2、生产流程：熔炼→精炼→静置→充型→模锻→开模→清理→固溶→时效[0596] 3、合金配方                           重量百分比(％)

[0597]

[0598] 4、浇注温度：＞680℃

[0599] 5、模具预热温度：＞200℃

[0600] 6、充型时间：＜30s

[0601] 7、模锻：压力＞130MPa，加压速度＞3mm/s。

[0602] 8、保压和凝固：保压压力＞100Mpa，保压时间＞60s，凝固时间＜8min。

[0603] 9、热处理状态：T6-固溶加完全人工时效。

[0604] 10、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度65～100μm，晶粒内(T+θH)组合相数量7～9个/[μm]2

[0605] 11、制品机械性能

[0606]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
560 500 170 7

[0607] 实施例15

[0608] 一种替代球铁QT450的铝合金真空单销卡箍及其砂型铸造方法

[0609] 1、制品参数：

[0610]直径(mm) 工作压力(MPa) 重量(kg) 负荷(kg)
30～120 1.1～1.8 6～20 300～500

[0611] 2、生产流程：填充砂造型→覆膜负压→取模→合箱→熔炼→浇注→冷却→撤负 压开箱取件→清理、锯切→热处理

[0612] 3、合金配方                                  重量百分比(％)

[0613]

[0614] 4、制型：加工余量≥0.5mm，起模斜度：≥1°，铸造圆角≥R2

[0615] 5、覆膜负压真空度为≥22.66KPa

[0616] 6、浇注温度：≥690℃，充型时间：≤60s

[0617] 7、冷却时间：≥10min

[0618] 8、热处理：T6(固溶加完全人工时效)

[0619] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度80～90μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5～7个/[μm]2

[0620] 10、机械性能

[0621]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
520 470 145 7

[0622] 实施例16

[0623] 一种替代QT400的铝合金船柱及其离心铸造方法

[0624] 1、产品规格：直径400mm，高度300mm

[0625] 2、生产流程：熔体→浇注→转动型腔→充型凝固→停转开模取件→固溶→时效[0626] 3、合金配方                           重量百分比(％)

[0627]

[0628] 4、熔体浇注温度＞670℃

[0629] 5、模具预热温度＞350℃

[0630] 6、充型时间＜45s

[0631] 7、型腔转速＜700r/min，保持时间2min

[0632] 8、热处理：T5－固溶加不完全人工时效

[0633] 9、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度85～100μm，晶粒内(T+θH)2
组合相数量3～5个/[μm]

[0634] 10、铸件机械性能

[0635]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
512 496 143 7.8

[0636] 实施例17

[0637] 一种替代QT400的铝合金起重导轨系统及其挤压成型方法

[0638] 1、制品参数：

[0639]重量kg/m 惯性矩cm 负载kg
4.7～7.8 500～1124 500～2000

[0640] 2、生产流程：铸锭均质→挤压→机上淬火→矫直→热处理→表面处理

[0641] 3、合金配方                                 重量百分比(％)

[0642]

[0643] 4、铸锭均质：均匀化退火：≥440℃，保温≥1h，冷却方式为出炉强迫风冷或喷水急冷。

[0644] 5、挤压：挤压铸锭温度：≥400℃，挤压速度(金属的流出速度)为20-50米/分。

[0645] 6、机上淬火：冷却速度≥40℃/分

[0646] 7、矫直：温度≤50℃

[0647] 8、热处理：T8(固溶变形加人工时效)

[0648] 9、表面处理：阳极氧化

[0649] 10、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度115～120μm，晶粒内(T+θH)组合相数量1～2个/[μm]2

[0650] 11、机械性能

[0651]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
430 350 130 8

[0652] 实施例18

[0653] 一种替代QT400的铝合金汽车控制臂及其半固态压铸成型方法

[0654] 1、制品参数：U型控制臂

[0655] 2、生产流程：熔炼→精炼→静置→浆料制作→加压成型→开模→清理→固溶→时效

[0656] 3、合金配方                              重量百分比(％)

[0657]

[0658] 4、熔体温度：＞670℃

[0659] 5、模具预热温度：＞350℃

[0660] 6、浆料温度：＜660℃

[0661] 7、挤压压力：＞5Mpa

[0662] 8、保压压力：＜10Mpa。

[0663] 9、保压时间：＞30s

[0664] 10、热处理状态：T4-固溶加自然时效。

[0665] 11、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度90～120μm，晶粒内(T+θH)组合相数量3～5个/[μm]2

[0666] 12、制品机械性能

[0667]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
400 300 130 18

[0668] 实施例19

[0669] 一种替代QT500的铝合金法兰过滤器及其压力铸造方法

[0670] 1、制品参数：

[0671]重量kg/m 公称通径(mm) 工作压力(MPa)
9.7～15 150～300 5.5～10

[0672] 2、生产流程：熔炼→浇注→金属模加压充型→充型凝固→泄压开模取件→清理、锯切→热处理

[0673] 3、合金配方                         重量百分比(％)

[0674]

[0675] 4、熔体浇注温度≥700℃

[0676] 5、金属模预热温度≥350℃

[0677] 6、充型时间≥6s,充型压力≥0.02Mpa

[0678] 7、保压时间≥120s,保压压力≥0.05Mpa

[0679] 8、热处理：T5(固溶加不完全人工时效)

[0680] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度90～105μm，晶粒内(T+θH)组合相数量3个/[μm]2

[0681] 10、机械性能

[0682]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
450 410 140 8

[0683] 实施例20

[0684] 一种替代QT450的铝合金哈夫管及其重力铸造方法

[0685] 1、产品规格：长度200mm，宽度80mm，高度200mm

[0686] 2、生产流程：生产流程：生产流程：熔炼→除气→浇注→冷却→开模取件→清理、锯切→固溶→时效

[0687] 3、合金配方                                重量百分比(％)

[0688]

[0689] 4、熔体浇注温度＞675℃

[0690] 5、模具预热温度＜450℃

[0691] 6、倾转浇注方式，充型时间＜120s

[0692] 7、冷却时间：＞40s

[0693] 8、热处理：T5－固溶加不完全人工时效

[0694] 9、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度75～100μm，晶粒内(T+θH)2
组合相数量4～6个/[μm]

[0695] 10、铸件机械性能

[0696]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
518 483 146 6.9

[0697] 实施例21

[0698] 一种替代QT500的铝合金起重臂及其砂型铸造方法

[0699] 1、制品参数：

[0700]跨度m 负载kg
1～8 500～5000

[0701] 2、生产流程：制作型砂→烘干→合箱→熔炼→浇注→冷却→开箱取件→清理、锯切→热处理

[0702] 3、合金配方                             重量百分比(％)

[0703]

[0704] 4、制型：加工余量≥0.5mm，起模斜度：≥1°，铸造圆角≥R2

[0705] 5、砂型预热温度≥200℃(保温≥3小时)，空冷降至室温后进行浇注。

[0706] 6、浇注温度：≥670℃，充型时间：≤100s

[0707] 7、冷却时间：≥20min

[0708] 8、热处理：T5(固溶加不完全人工时效)

[0709] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度98～105μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5个/[μm]2

[0710] 10、机械性能

[0711]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
520 430 165 3

[0712] 实施例22

[0713] 一种替代QT450的铝合金汽车刹车泵壳体及其熔模铸造成型方法

[0714] 1、制品参数：用于GL8，承受压力6Mpa

[0715] 2、生产流程：配蜡→铸蜡模→制壳→脱蜡→型壳焙烧→熔炼→精炼→静置→浇注→凝固→开模→固溶→时效

[0716] 3、合金配方                                重量百分比(％)

[0717]

[0718] 4、铸蜡模：压射蜡温＞100℃，压射压力＜1MPa，保压时间＞100s，冷却水温＞10℃。

[0719] 5、制壳：将蜡模浸入硅酸乙酯或硅酸钠的复合溶液中，然后撒上＜100目的石英砂、二氧化硅晶体等，并在＜50℃干燥＞10h。

[0720] 6、脱蜡：脱蜡压力＞1MPa，脱蜡温度＜200℃，脱蜡时间＜50min。

[0721] 7、型壳焙烧：焙烧温度＞800℃，焙烧时间＞50min。

[0722] 8、浇注温度：＞680℃

[0723] 9、充型时间：＜15s

[0724] 10、凝固时间：＜10min

[0725] 11、热处理状态：T7-固溶加过时效。

[0726] 12、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度80～110μm，晶粒内(T+θH)组合相数量1～1.2个/[μm]2

[0727] 13、铸件机械性能

[0728]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
480 450 152 5

[0729] 实施例23

[0730] 一种替代QT500的铝合金过滤器及其重力铸造方法

[0731] 1、产品规格：长度280mm，宽度240mm，高度220mm

[0732] 2、生产流程：生产流程：生产流程：熔炼→除气→浇注→冷却→开模取件→清理、锯切→固溶→时效

[0733] 3、合金配方                             重量百分比(％)

[0734]

[0735] 4、熔体浇注温度＞660℃

[0736] 5、模具预热温度＞380℃

[0737] 6、倾转浇注方式，充型时间＞10s

[0738] 7、冷却时间＞40s

[0739] 8、热处理：T6—固溶加完全人工时效

[0740] 9、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度70～95μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5～8个/[μm]2

[0741] 10、铸件机械性能

[0742]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
518 487 143 7.9

[0743] 实施例24

[0744] 一种替代QT450的铝合金传动丝杆及其挤压成型方法

[0745] 1、制品参数：直径80mm，长度6000mm，重量70-85kg

[0746] 2、生产流程：熔体→热顶铸造→圆棒均质→挤压→固溶→矫正→时效

[0747] 3、合金配方                               重量百分比(％)

[0748]

[0749] 4、熔体温度≥720℃

[0750] 5、溜槽预热温度≥730℃

[0751] 6、热顶铸造温度≥700℃，

[0752] 7、铸造速度80-100mm/min

[0753] 8、均质温度≥510℃，保温≥2小时

[0754] 9、挤压模具预热温度≥500℃

[0755] 10、挤压筒预热温度≥450℃，铝棒加热温度≥500℃

[0756] 11、热处理状态：T8－固溶后冷加工再人工时效。

[0757] 12、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度107μm，晶粒内(T+θH)组合相数量6个/[μm]2

[0758] 13、制品机械性能

[0759]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
490 360 129 10

[0760] 实施例25

[0761] 一种替代QT500的铝合金起重吊钩及其高压铸造方法

[0762] 1、制品参数

[0763]荷载kg 工作温度
500～6000 -30～200°

[0764] 2、生产流程：熔体→打压充型→保持压力→卸压→冷却→开模取件→清理、锯切→时效

[0765] 3、合金配方                               重量百分比(％)

[0766]

[0767] 4、熔体浇注温度≥690℃

[0768] 5、模具预热温度≥150℃

[0769] 6、充型时间≤2s，充型(油)压力：≥20MPa

[0770] 7、保压时间≥30s，保持(油)压力：≥30MPa

[0771] 8、冷却时间：≤10min

[0772] 9、热处理：T5(固溶加不完全人工时效)

[0773] 10、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度90～95μm，晶粒内(T+θH)组合相数量6个/[μm]2

[0774] 11、铸件机械性能

[0775]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
530 465 162 4

[0776] 实施例26

[0777] 一种替代QT600的铝合金轧辊及其喷射成型方法

[0778] 1、制品参数：直径：100mm

[0779] 2、生产流程：熔炼→精炼→静置→雾化→凝固→开模取件→固溶→时效

[0780] 3、合金配方                               重量百分比(％)

[0781]

[0782] 4、熔体雾化温度：＞750℃

[0783] 5、模具预热温度：＞350℃

[0784] 6、雾化压力：＞0.5Mpa

[0785] 7、热处理状态：T6-固溶加完全人工时效。

[0786] 8、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度30～70μm，晶粒内(T+θH)组合相数量8～10个/[μm]2

[0787] 9、制品机械性能

[0788]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
600 550 190 5

[0789] 实施例27

[0790] 一种替代QT400的铝合金井盖及其砂型铸造方法

[0791] 1、产品规格：直径450mm，高度30mm

[0792] 2、生产流程：制作型砂→烘干→合箱→熔炼→浇注→冷却→开箱取件→清理、锯切→固溶→时效

[0793] 3、合金配方                               重量百分比(％)

[0794]

[0795] 4、制型：加工余量≥0.5mm，起模斜度：≥1°，铸造圆角≥R2

[0796] 5、砂型预热温度≥160℃(保温≥1小时)，空冷降至室温后进行浇注。

[0797] 6、浇注温度：≥680℃，充型时间：≤50s

[0798] 7、冷却时间：≥11min

[0799] 8、热处理：T6—固溶加完全人工时效

[0800] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度70～90μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5～8个/[μm]2

[0801] 10、铸件机械性能

[0802]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
523 486 146 7.7

[0803] 实施例28

[0804] 一种替代QT500的铝合金汽车连杆及挤压铸造成型方法

[0805] 1、制品参数：Ф65H5型，拉紧力矩12N.m

[0806] 2、生产流程：熔炼→精炼→静置→浇注→挤压成型→开模取件→固溶→时效[0807] 3、合金配方                                   重量百分比(％)

[0808]

[0809] 4、熔体浇注温度：＞700℃

[0810] 5、模具预热温度：＞350℃

[0811] 6、充型时间：＜5s

[0812] 7、挤压压力为＞12MPa，保压时间：＞30s。

[0813] 8、热处理状态：T7-固溶加过时效。

[0814] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度70～100μm，晶粒内(T+θH)组合相数量2～3个/[μm]2

[0815] 10、制品机械性能

[0816]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
530 490 161 6

[0817] 实施例29

[0818] 一种铝合金风力发电机叶片及其挤压成型方法

[0819] 1、制品参数：长度2000mm宽度250mm厚度15mm

[0820] 2、生产流程：熔体→热顶铸造→圆棒均质→挤压→固溶→矫正→时效

[0821] 3、合金配方                          重量百分比(％)

[0822]

[0823] 4、熔体温度≥720℃

[0824] 5、溜槽预热温度≥740℃

[0825] 6、热顶铸造温度≥700℃

[0826] 7、铸造速度80-100mm/min

[0827] 8、均质温度≥510℃，保温≥2小时

[0828] 9、挤压模具预热温度≥500℃

[0829] 10、挤压筒预热温度≥430℃，铝棒加热温度≥500℃

[0830] 11、根据风量、转速等流体要求，在15-25℃环境温度条件扭拧弯曲叶片弧度[0831] 12、热处理状态：T8－固溶后冷加工再人工时效。

[0832] 13、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度60μm，晶粒内(T+θH)组合相数量9个/[μm]2

[0833] 14、制品机械性能

[0834]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
600 480 168 12

[0835] 实施例30

[0836] 一种替代QT500的铝合金农机全静液压驱动装置及其液态模锻铸造方法

[0837] 1、制品参数：

[0838]排量ml/r 油压MPa 工作温度
24～37 15～32 -30°～100°

[0839] 2、生产流程：熔炼→浇注→加压→保压→冷却→开模取件→清理、锯切→时效[0840] 3、合金配方                                 重量百分比(％)

[0841]

[0842] 4、浇注温度：≥700℃

[0843] 5、开始加压时间≥1s(施压前金属液在模具内的停留时间)

[0844] 6、液锻比压力：≥60MPa，保压时间：≥80s

[0845] 7、冷却时间：卸压后即可取件，故出模温度高，为防止裂纹应将出模后的制件立即用沙子或者土埋上，待冷却到150℃以下时再取出空冷。

[0846] 8、热处理：T5(固溶加不完全人工时效)

[0847] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度85～90μm，晶粒内(T+θH)组合相数量8个/[μm]2

[0848] 10、机械性能

[0849]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
570 512 178 5

[0850] 实施例31

[0851] 一种替代QT450的铝合金飞轮制动钳及重力铸造成型方法

[0852] 1、制品参数：飞轮制动支架，重量2-5kg

[0853] 2、生产流程：熔体→浇注→型腔倾翻→充型凝固→停转开模取件→固溶→时效[0854] 3、合金配方                               重量百分比(％)

[0855]

[0856] 4、熔体浇注温度≥690℃

[0857] 5、模具预热温度≥400℃

[0858] 6、充型时间≤25s

[0859] 7、型腔倾翻速度≥30度/秒，保持时间≥3min

[0860] 8、热处理状态：T6－固溶加完全人工时效

[0861] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度120μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5个/[μm]2

[0862] 10、制品机械性能

[0863]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
480 336 125 13

[0864] 实施例32

[0865] 一种替代QT500的铝合金农机减速机及其熔模铸造的方法

[0866] 1、制品参数：

[0867]减速比 工作温度
48.57～62.15 -40°～40°

[0868] 2、生产流程：配蜡→铸蜡模→制壳→脱蜡→型壳焙烧→熔炼→浇注→脱壳→清理→固溶→时效

[0869] 3、合金配方                                  重量百分比(％)

[0870]

[0871] 4、模料牌号：K512磨料

[0872] 5、铸蜡模：压射蜡温≥40℃，压射压力≥0.4MPa，保压时间：≥60s，冷却水温≥20℃。

[0873] 6、制壳：将蜡模浸入硅酸乙酯或硅酸钠的复合溶液中，然后撒上50～80目的锆砂、煤阡石、二氧化硅晶体等，然后进行干燥，温度：≥10℃，湿度：≥30％，干燥≥5小时；反复执行三个步骤：涂料→撒砂→硬化

[0874] 7、脱蜡：使用蒸汽发生器。脱蜡压力：≤0.55MPa，脱蜡温度：≥170℃，脱蜡时间：≥20min。

[0875] 8、型壳焙烧：焙烧温度：≥900℃，焙烧时间：≥60min。

[0876] 9、浇注温度：≥680℃

[0877] 10、脱壳：用震动机或者手工清理。

[0878] 11、热处理：T7(固溶加过时效)

[0879] 12、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度105～110μm，晶粒内(T+θH)组合相数量5个/[μm]2

[0880] 13、机械性能

[0881]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
530 440 165 3

[0882] 实施例33

[0883] 一种替代QT500的铝合金差速器壳及重力铸造成型方法

[0884] 1、制品参数：200*100*100mm重力3-5kg

[0885] 2、生产流程：熔体→浇注→型腔倾翻→充型凝固→固溶→时效

[0886] 3、合金配方                             重量百分比(％)

[0887]

[0888] 4、熔体浇注温度≥705℃

[0889] 5、模具预热温度≥420℃

[0890] 6、充型时间≤15s

[0891] 7、型腔倾翻速度≥15度/秒，保持时间≥5min

[0892] 8、热处理状态：T6－固溶加完全人工时效

[0893] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度75μm，晶粒内(T+θH)组合相数量8个/[μm]2

[0894] 10、制品机械性能

[0895]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
540 430 150 7

[0896] 实施例34

[0897] 一种替代QT500的铝合金农机液压泵及其低压铸造方法

[0898] 1、制品参数：

[0899]最大油压MPa 工作温度 输出扭矩Nm
15～40 -40°～115° 572～1550

[0900] 2、生产流程：熔体→打压充型→保持压力→卸压→冷却→开模取件→清理、锯切→固溶→时效

[0901] 3、合金配方                                重量百分比(％)

[0902]

[0903]

[0904] 4、熔体浇注温度≥700℃

[0905] 5、模具预热温度≥200℃

[0906] 6、充型时间≥1s，充型(气体)压力：≥0.02MPa

[0907] 7、保压时间≥30s，保持(气体)压力：≥0.1MPa

[0908] 8、冷却时间：≥60s

[0909] 9、热处理：T6(固溶加完全人工时效)

[0910] 10、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度90～95μm，晶粒内(T+θH)组合相数量6个/[μm]2

[0911] 11、机械性能

[0912]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
560 480 170 5

[0913] 实施例35

[0914] 一种替代QT600的铝合金集成阀块材料及铸造锻压方法

[0915] 1、制品参数：150×1500×3000mm，机加过程不变形

[0916] 2、生产流程：熔体→扁锭铸造→扁锭均质→制作板坯→固溶→锻压→时效→铣面[0917] 3、合金配方                              重量百分比(％)

[0918]

[0919] 4、熔体温度≥720℃

[0920] 5、溜槽预热温度≥740℃

[0921] 6、扁锭铸造温度≥690℃，铸造速度25-60mm/min

[0922] 7、扁锭均质温度≥500℃，保温≥24小时

[0923] 8、制作厚板坯

[0924] 9、对板坯垂直锻压、整平

[0925] 10、热处理状态T8－固溶后冷加工再人工时效。

[0926] 11、铣削铝板上下两面，控制厚度偏差较高精度，保持光亮表面

[0927] 12、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度62μm，晶粒内(T+θH)组合相数量8个/[μm]2

[0928] 13、制品机械性能

[0929]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
600 450 158 10

[0930] 实施例36

[0931] 一种替代QT400的铝合金电机制动盖及离心铸造成型方法

[0932] 1、制品参数：φ400×70mm，重量15-25kg

[0933] 2、生产流程：熔体→浇注→转动型腔→充型凝固→固溶→时效

[0934] 3、合金配方                              重量百分比(％)

[0935]

[0936] 4、熔体浇注温度≥700℃

[0937] 5、模具预热温度≥430℃

[0938] 6、充型时间≤18s

[0939] 7、型腔转速≥450r/min，保持时间≥3min

[0940] 8、热处理状态：T6－固溶加完全人工时效

[0941] 9、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度97μm，晶粒内(T+θH)组合相数量4个/[μm]2

[0942] 10、制品机械性能

[0943]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
470 305 135 13

[0944] 实施例37

[0945] 一种替代QT500的铝合金叶片及挤压成型方法

[0946] 1、制品参数：直径100mm，长度60mm，重量2-5kg

[0947] 2、生产流程：熔体→热顶铸造→圆棒均质→挤压→固溶→矫正→时效

[0948] 3、合金配方                                 重量百分比(％)

[0949]

[0950] 4、熔体温度≥730℃

[0951] 5、溜槽预热温度≥720℃

[0952] 6、热顶铸造温度≥690℃，铸造速度60-130mm/min

[0953] 7、均质温度≥510℃，保温≥2小时

[0954] 8、挤压模具预热温度≥500℃

[0955] 9、挤压筒预热温度≥450℃，铝棒加热温度≥500℃

[0956] 10、热处理状态：T6－固溶加完全人工时效

[0957] 11、时效前矫直，时效后切割

[0958] 12、制品微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度88μm，晶粒内(T+θH)组合相数量8个/[μm]2

[0959] 13、制品机械性能

[0960]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
500 370 140 10

[0961] 实施例38

[0962] 一种替代QT450的铝合金织机平衡块及其金属型重力铸造方法

[0963] 1、产品规格：长250mm，宽150mm

[0964] 2、生产流程：熔体→浇注→充型凝固→开模取件→固溶→时效

[0965] 3、合金配方                              重量百分比(％)

[0966]

[0967] 4、熔体浇注温度≥715℃

[0968] 5、模具预热温度≥400℃

[0969] 6、充型时间≤10s

[0970] 7、热处理：T4－固溶加自然时效

[0971] 8、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度100-110μm，晶粒内(T+θH)组合相数量4个/[μm]2

[0972] 9、铸件机械性能

[0973]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
450 280 140 9.9

[0974] 实施例39

[0975] 一种替代QT500的铝合金织机喷气件及其金属型重力铸造方法

[0976] 1、产品规格：120*110*50mm；用于高速剑杆喷气织机

[0977] 2、生产流程：熔体→浇注→充型凝固→开模取件→固溶→时效

[0978] 3、合金配方                             重量百分比(％)

[0979]

[0980] 4、熔体浇注温度≥720℃

[0981] 5、模具预热温度≥400℃

[0982] 6、充型时间≤10s

[0983] 7、热处理状态：T6-固溶加完全人工时效。

[0984] 8、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度70-80μm，晶粒内(T+θH)组合相数量6-8个/[μm]2

[0985] 9、铸件机械性能

[0986]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
560 350 160 8.3

[0987] 实施例40

[0988] 一种替代QT500的铝合金织机泵连接座及其离心铸造方法

[0989] 1、产品规格：250*180*30mm

[0990] 2、生产流程：熔体→浇注→转动型腔→充型凝固→停转开模取件→固溶→时效[0991] 3、合金配方                             重量百分比(％)

[0992]

[0993] 4、熔体浇注温度≥720℃

[0994] 5、模具预热温度≥400℃

[0995] 6、充型时间≤10s

[0996] 7、型腔转速500～700r/min，保持时间≥5min

[0997] 8、热处理：T6(固溶加完全人工时效)

[0998] 9、铸件微观结构指标：金相组织为等轴晶，平均晶粒度80-90μm，晶粒内(T+θH)组合相数量6-7个/[μm]2

[0999] 10、铸件机械性能

[1000]抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 硬度HB 断后延伸率％
550 340 158 8.4