一种铝合金件及其制造工艺

摘要

本发明公开一种铝合金件及其制造工艺，其中，该制造工艺包括如下步骤：步骤S1，制取设定合金组分的金属液；步骤S2，在设定模具中进行浇铸，以获取浇铸件；步骤S3，将所述浇铸件在533℃‑543℃的条件下保温第一设定时间，然后进行室温水淬；步骤S4，在95℃‑105℃的条件下保温第二设定时间，在135℃‑145℃的条件下保温第三设定时间，在155℃‑165℃的条件下保温第四设定时间。上述制造工艺所获得的铝合金件的性能更佳。

权利要求

1.一种铝合金件的制造工艺，其特征在于，所述铝合金件为用于磁悬浮列车的托臂，所述制造工艺包括如下步骤：步骤S1，制取设定合金组分的金属液；

步骤S2，在设定模具中进行浇铸，以获取浇铸件；

步骤S3，将所述浇铸件在533℃‑543℃的条件下保温第一设定时间，然后进行室温水淬；

步骤S4，在95℃‑105℃的条件下保温第二设定时间，在135℃‑145℃的条件下保温第三设定时间，在155℃‑165℃的条件下保温第四设定时间；

所述步骤S2具体是在冷却条件下进行浇铸，所述冷却条件为干冰激冷或者循环水激冷；

所述第一设定时间为14h‑16h，所述第二设定时间为1.5h‑2.5h，所述第三设定时间为

1.5h‑2.5h，所述第四设定时间为3.5h‑4.5h；

所述设定合金组分具体为：硅：6%‑6.5%，镁：0.4%‑0.45%，钛：0.1%‑0.15%，锶：0.01%‑

0.02%，钙：0.05%‑0.10%，铪：0.1%‑0.13%，硼：0.001%‑0.003%，杂质不大于0.08%，余量为铝。

2.根据权利要求1所述铝合金件的制造工艺，其特征在于，所述步骤S1具体包括：步骤S11，将熔炉升温至300℃‑400℃，并保温第五设定时间；

步骤S12，将设定种类的金属投入所述熔炉中进行熔炼，将炉温升至790℃‑810℃，并保温第六设定时间；

步骤S13，待所述设定种类的金属全部熔化后，搅拌第七设定时间；

步骤S14，控制炉温下降至710℃‑720℃，加入镁，并搅拌第八设定时间；

步骤S15，执行除气除渣步骤，以获取所述金属液。

3.根据权利要求2所述铝合金件的制造工艺，其特征在于，所述步骤S15具体包括如下步骤：步骤S151，加入第一设定量的精炼剂，并搅拌第九设定时间；

步骤S152，加入第二设定量的精炼剂，并搅拌第十设定时间；

步骤S153，进行惰性气体喷吹；

步骤S154，进行炉前成分分析，并静置第十一设定时间。

4.根据权利要求2所述铝合金件的制造工艺，其特征在于，所述设定种类的金属包括纯铝、AlSi12、AlTi4B、AlSr4、AlCa2和AlHf2。

5.一种铝合金件，其特征在于，所述铝合金件由权利要求1‑4中任一项所述铝合金件的制造工艺制取，所述铝合金件为用于磁悬浮列车的托臂。

说明书

一种铝合金件及其制造工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种铝合金件及其制造工艺。

背景技术

[0002] 铝合金铸件由于质量轻、比强度高等优点，在航空、航天、兵器及高铁等行业中的应用愈加广泛。

[0003] 以磁悬浮列车为例，托臂是磁悬浮列车底盘上的重要零件，采用高性能铝合金整体铸件可以减轻列车自重，降低制造成本，因此，采用铝合金铸造工艺生产托臂已经是国内外铁路工作者的主要研究内容之一。托臂为中等受力构件，其要求具有较高的铸造质量。但是，托臂的壁厚较大(平均壁厚15mm‑25mm，厚度最大处可达35mm)，为一种大壁厚铸件，导致铸造的难度较大。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种铝合金件及其制造工艺，其中，该制造工艺所获得的铝合金件的性能更佳。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种铝合金件的制造工艺，包括如下步骤：步骤S1，制取设定合金组分的金属液；步骤S2，在设定模具中进行浇铸，以获取浇铸件；步骤S3，将所述浇铸件在533℃‑543℃的条件下保温第一设定时间，然后进行室温水淬；步骤S4，在95℃‑105℃的条件下保温第二设定时间，在135℃‑145℃的条件下保温第三设定时间，在
155℃‑165℃的条件下保温第四设定时间。

[0006] 可选地，所述第一设定时间为14h‑16h，所述第二设定时间为1.5h‑2.5h，所述第三设定时间为1.5h‑2.5h，所述第四设定时间为3.5h‑4.5h。

[0007] 可选地，所述设定合金组分包括锶、钙和铪。

[0008] 可选地，所述锶、所述钙、所述铪的重量百分比均小于0.15％。

[0009] 可选地，所述设定合金组分具体为：硅：6％‑6.5％，镁：0.4％‑0.45％，钛：0.1％‑0.15％，锶：0.01％‑0.02％，钙：0.05％‑0.10％，铪：0.1％‑0.13％，硼：0.001％‑0.003％，杂质不大于0.08％，余量为铝。

[0010] 可选地，所述步骤S2具体是在冷却条件下进行浇铸。

[0011] 可选地，所述冷却条件为干冰激冷。

[0012] 可选地，所述步骤S1具体包括：步骤S11，将熔炉升温至300℃‑400℃，并保温第五设定时间；步骤S12，将设定种类的金属投入所述熔炉中进行熔炼，将炉温升至790℃‑810℃，并保温第六设定时间；步骤S13，待所述设定金属全部熔化后，搅拌第七设定时间；步骤S14，控制炉温下降至710℃‑720℃，加入镁，并搅拌第八设定时间；步骤S15，执行除气除渣步骤，以获取所述金属液。

[0013] 可选地，所述步骤S15具体包括如下步骤：步骤S151，加入第一设定量的精炼剂，并搅拌第九设定时间；步骤S152，加入第二设定量的精炼剂，并搅拌第十设定时间；步骤S153，进行惰性气体喷吹；步骤S154，进行炉前成分分析，并静置第十一设定时间。

[0014] 可选地，所述设定种类的金属包括纯铝、AlSi12、AlTi4B、AlSr4、AlCa2和AlHf2。

[0015] 本发明还提供一种铝合金件，所述铝合金件由上述的铝合金件的制造工艺制取。

[0016] 可选地，所述铝合金件为用于磁悬浮列车的托臂。

[0017] 本发明所提供铝合金件及其制造工艺具有以下有益效果：

[0018] 1、复合变质：采用多元复合变质元素，可有效球化、细化晶粒、球化共晶硅组织，相比单一变质元素综合性能更优异；且通过减小锶元素含量，有效减小熔体吸气，抑制针孔形成；

[0019] 2、激冷铸造：采用干冰激冷的方式，加强铸件激冷，强力细化晶粒组织，避免安全风险；

[0020] 3、热处理：对铸件进行热、冷循环处理以及低温到高温的阶梯式时效处理，有效均匀化铸态组织，加强时效析出相的析出强化作用；

[0021] 4、铝合金件的抗拉强度可以大于或者等于350MPa，屈服强度可以大于或者等于300MPa，延伸率可以大于或者等于14％；力学性能较GB1173中的标准值提高了近40％，提升效果显著；所形成的铝合金件的内部质量满足ASTME155 I类铸件的A级要求，铸造产品的合格率可以达到95％以上。

附图说明

[0022] 图1为本发明所提供铝合金件的制造工艺的流程图；

[0023] 图2为图1中步骤S1的具体流程图；

[0024] 图3为采用设定模具生产铝合金件的结构简图。

[0025] 图3中的附图标记说明如下：

[0026] 1铸型、2冷铁、3铜管、4铸件、5干冰。

具体实施方式

[0027] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0028] 本文中所述“第一”、“第二”等词，仅是为了便于描述结构和/或功能相同或者相类似的两个以上的结构或者部件，并不表示对于顺序和/或重要性的某种特殊限定。

[0029] 实施例一

[0030] 请参考图1‑图3，图1为本发明所提供铝合金件的制造工艺的流程图，图2为图1中步骤S1的具体流程图，图3为采用设定模具生产铝合金件的结构简图。

[0031] 如图1所示，本发明提供一种铝合金件的制造工艺，包括如下步骤：步骤S1，制取设定合金组分的金属液；步骤S2，在设定模具中进行浇铸，以获取浇铸件；步骤S3，将浇铸件在533℃‑543℃(具体可以是在538℃下)的条件下保温第一设定时间，然后进行室温水淬；步骤S4，在95℃‑105℃(具体可以是在100℃下)的条件下保温第二设定时间，在135℃‑145℃(具体可以是在140℃下)的条件下保温第三设定时间，在155℃‑165℃(具体可以是在160℃下)的条件下保温第四设定时间。

[0032] 区别于现有技术，本发明所提供铝合金件的制造工艺，其在获取浇铸件后，还可以对其进行533℃‑543℃的热处理、室温水淬的冷处理以及由低温到高温的阶梯时效处理，能够有效均匀化铸态组织，加强时效析出相的析出强化作用，进而可以提高铝合金件的力学性能，使得铝合金件可以满足特定应用场景下的应用需求，例如能够满足作为磁悬浮列车的托臂使用时的强度要求。

[0033] 这里，本发明实施例并不限定上述第一设定时间、第二设定时间、第三设定时间以及第四设定时间的具体值，在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。作为一种示例性的说明，上述第一设定时间可以在14h‑16h之间，具体可以为15h；第二设定时间可以在1.5h‑2.5h之间，具体可以为2h；第三设定时间可以在1.5h‑2.5h之间，具体可以为2h；第四设定时间可以在3.5h‑4.5h之间，具体可以为4h。

[0034] 同时，本发明实施例还不限定设定合金组分的具体成分，在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

[0035] 在一些可选的实施方式中，上述设定合金组分可以包括锶、钙和铪三种复合变质元素。相比于传统的单一复合变质元素，本发明实施例中采用了更多种的复合变质元素，通过多元复合变质元素的共同作用，可以有效地球化、细化晶粒，并可球化共晶硅组织，有利于最终所形成的铝合金件获得更为优异的综合性能。

[0036] 锶、钙、铪三种元素的百分比含量可以根据需要进行配置，这里不做明确的限定。作为一种优选的方案，锶、钙、铪三种元素的重量百分比均可以小于0.15％，以减少复合变质元素的使用量；尤其是锶元素的减少，可以有效地减小熔体吸气，能够抑制针孔的形成，进而可以保证铝合金件的组织致密性，以便保证强度。

[0037] 更为具体的说明，上述设定合金组分可以为：硅：6％‑6.5％，镁：0.4％‑0.45％，钛：0.1％‑0.15％，锶：0.01％‑0.02％，钙：0.05％‑0.10％，铪：0.1％‑0.13％，硼：0.001％‑0.003％，杂质不大于0.08％，余量为铝。这里的百分比均为重量百分比。经试验验证，这种设定合金组分下的金属液所形成的铝合金件的综合性能更佳，为本发明实施例的一种优选方案。

[0038] 获取上述设定合金组分的金属液的具体步骤可以不作限定，也就是说，步骤S1的具体过程可以不作限定，只要能够得到该设定合金组分的金属液即可。

[0039] 在一些可选的实施方式中，如图2所示，步骤S1具体可以包括下述的步骤S11至步骤S15。

[0040] 步骤S11，将熔炉升温至300℃‑400℃，并保温第五设定时间，以维持炉体的温度。

[0041] 步骤S12，将设定种类的金属投入熔炉中进行熔炼，这要保证硅、钛、锶、钙等金属的百分比含量符合前述的设定合金组分要求，然后可以将炉温升至790℃‑810℃，并保温第六设定时间。

[0042] 设定种类的金属可以由本领域技术人员依据实际需要进行设定，只要保证各元素的含量即可，这里可以不做明确限定。作为一种示例性的说明，上述设定种类的金属可以包括纯铝、AlSi12、AlTi4B、AlSr4、AlCa2和AlHf2。

[0043] 步骤S13，待设定金属全部熔化后，搅拌第七设定时间。

[0044] 步骤S14，控制炉温下降至710℃‑720℃，加入镁，并搅拌第八设定时间。相比于其他金属，镁为一种易氧化烧损金属，在相对较低的温度下加入，可以减少镁的氧化烧损。

[0045] 步骤S15，执行除气除渣步骤，以尽可能地去除气体和渣，然后即可以获取上述设定合金组分的金属液。

[0046] 除气除渣步骤主要是依靠精炼剂和惰性气体喷吹。精炼剂的种类可以根据需要进行配置，作为一种示例性的说明，精炼剂可以为二氧化钛和氯化碳，二者的配比可以为2:5；精炼剂的加入量可以在0.5％‑0.7％(重量占比)之间；精炼剂可以是一次全部加入，也可以是分批次加入，以便根据检测结果调整精炼剂的用量。

[0047] 作为一种示例性的说明，仍如图2所示，前述的步骤S15具体可以包括如下步骤：步骤S151，加入第一设定量的精炼剂，并搅拌第九设定时间；步骤S152，加入第二设定量的精炼剂，并搅拌第十设定时间；步骤S153，进行惰性气体喷吹；步骤S154，进行炉前成分分析，并静置第十一设定时间。

[0048] 上述第五设定时间至第十一设定时间的具体值以及第一设定量和第二设定量可以不作限定，实际应用中，本领域技术人员可以根据具体需要进行设置。作为一种示例性的说明，上述的第五设定时间可以在20min‑30min之间，具体可以为25min；上述的第六设定时间可以在1.2h‑1.8h之间，具体可以为1.5h；上述的第七设定时间可以在10min‑14min之间，具体可以为12min；上述的第八设定时间可以在4min‑6min之间，具体可以为5min；上述的第一设定量可以在0.25％‑0.35％之间，具体可以为3％；上述的第九设定时间可以在12min‑18min之间，具体可以为15min；上述的第二设定量可以在0.06％‑0.1％之间，具体可以为
0.08％；上述的第十设定时间可以在4min‑6min之间，具体可以为5min；上述的第十一设定时间可以在18min‑22min之间，具体可以为20min。

[0049] 在一些可选的实施方式中，上述步骤S2具体可以是在冷却条件下进行浇铸。这样，可以提高特定部位的冷却速度，如可提高厚大部位的冷却速度，使得铸件可以在厚大部位建立合理的温度梯度，有利于保证铸件在厚大部位的冶金质量，进而可以提高铸件的性能。

[0050] 详细而言，上述的冷却条件可以为干冰激冷，以加强铸件的激冷效果，进而可强力细化晶粒组织，避免安全风险。除了干冰激冷的方案外，本发明实施例也可以选择采用循环水激冷的方案。

[0051] 为便于更好地理解干冰激冷的工艺，以下本发明实施例还可以结合图3对干冰激冷的操作过程进行说明。

[0052] 如图3所示，铝合金件的浇铸是在造型冷铁中进行，造型冷铁包括铸型1和冷铁2，二者均设置有中空通道；待造型冷铁造型完成后，可以将中空的铜管3插入上述的中空通道中；在进行浇铸时，可以向铜管3内通入干冰5(或者循环水)，以在铸件5形成过程中进行激冷处理。中空通道的设置位置可以对应铝合金件的厚大部位，其具体与铝合金件的种类和结构形式有关，这里可以不做明确的限定。

[0053] 需要说明的是，上述有关浇铸时实施干冰激冷工艺过程的描述仅为本发明实施例的一种示例性说明，并不能够作为对本发明所提供制造工艺实施范围的限定，实际上，在具体实践中，完全也可以采用其他形式或者材料的零部件来实现干冰激冷；例如，铜管3可以替换为其他材料的金属管，冷铁2也可以替换为其他的金属材料，只要不影响对于铝合金件的铸造生产即可。

[0054] 经过测试，采用上述制造工艺所获得的铝合金件的抗拉强度可以大于或者等于350MPa，屈服强度可以大于或者等于300MPa，延伸率可以大于或者等于14％；力学性能较GB1173中的标准值提高了近40％，提升效果显著；所形成的铝合金件的内部质量满足ASTME155 I类铸件的A级要求，铸造产品的合格率可以达到95％以上。

[0055] 实施例二

[0056] 本发明还提供一种铝合金件，该铝合金件由实施例一的各实施方式所涉及的铝合金件的制造工艺制取。

[0057] 由于实施一中的制造工艺已经具备如上的技术效果，那么，使用该制造工艺生产的铝合金件亦当具备相类似的技术效果，在此不做赘述。

[0058] 上述的铝合金件可以为用于磁悬浮列车的托臂，也可以为应用于其他领域的产品，也就是说，其具体的产品类型可以不作限定。

[0059] 以上仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。