專利名稱：用于剎車片鋁合金型材生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬機 械加工，具體涉及一種用于剎車片鋁合金型材生產工藝。
背景技術：
NK61N鋁合金型材具有較好的耐磨性，抗腐蝕性,尺寸穩定,耐高溫,強度高,耐疲勞性能好，使用壽命長等特點，被用來制作汽車剎車片。該合金為含有Al、S1、Mg、Cu元素的共晶型合金。Si是該合金的主要元素，《(Si) = 2.7%-3.3%，Si在合金中主要以α (Al)+Si的共晶體和β (Al3FeSi)的形式存在。由于Si的含量相對較高，使合金的熔體有很好的流動性和鑄造性能，同時也使得合金的強度和耐磨性隨之提高。Cu:在合金中，ω (Cu) = 0.20% -0.30%，它可以在合金中形成CuAl2強化相，提高合金的強度。Mg:在合金中，Q(Mg) = 0.80%-0.95%，它可以在合金中形成Mg2Si強化相，亦可以提高合金的強度。Cr:在合金中，ω (Cr) = 0.08% -0.16%，有細化晶粒的作用。此外，由于它的加入可以改變β-Si的狀態，形成塊狀或骨架狀的復雜化合物，可以削弱合金中Fe的有害作用。T1:在合金中，ω (Ti) = 0.01% -0.03%, Ti能夠使鑄錠的晶粒細化，為最終制品性能的提高創造了條件。Fe:是該合金的有害雜質，在合金中可以生成β-Si相(Al9Fe2Si2)，該相既硬又脆，呈粗大的片狀。凝固時，冷卻速度越低，該相就越粗大，從而使合金的脆性增加，所以合金中ω (Fe)應控制在0.18% -0.25%。但在水冷半連續鑄造中，由于冷卻強度大，β -Si相會隨之細化，所以相對會減弱一些β -Si相的有害影響。Pb:在該合金中是有害雜質，它與合金中的Al、Si形成低熔點的化合物，會造成制品在熱處理時發生過燒，因而應控制Co(Pb) < 0.0038%。Zn:也是該合金的有害雜質，它在合金中可以形成低熔點共晶體，降低合金的熱強度，因此應控制ω (Zn) < 0.05%。由于合金中含有S1、Cu、Mg元素，所以形成了 α (Al)、S1、Mg2Si, CuAl2,W、AlxCu4Mg5Si4^ Al8FeMg3Si6^ TiAl3和AlFeMnSi等相。在合金的結晶過程中，首先從液體中結晶出α (Al)，隨后發生L+ α (Al) +Si的二元共晶反應，再后合金中有L+α (Al)+Si+ff (AlxCu4Mg5Si4)三元共晶，或者在 521°C 發生 L+Mg2Si+a (Al)+Si+W 的包晶反應，最后是在505°C發生L+ a (AL) +Si+CuAl2+ff的四元共晶反應，直至結晶完畢。此合金在淬火時CuAl2、Mg2Si會完全溶入a (Al)中，W相可以部分溶入。在上述相中，熱強度以CuAl2為最好，W相熱處理強化效果最好，Mg2Si次之。為得到好的強化效果，對于合金中的Mg和Cu含量要適當調配控制，因為Mg和Cu總量低時，強化效果不明顯，但總量高時合金會變脆，塑性大幅度下降，最佳控制總量一般不超過2%，且W(Cu): W(Mg) ^ 2: 5左右為好。

發明內容
本發明的目的是提供一種用于剎車片鋁合金型材生產工藝，其加工出的鋁合金型材具有具有較好的耐磨性，抗腐蝕性，尺寸穩定，耐高溫,強度高,耐疲勞性能好,使用壽金長。為了實現上述方案，本發明的技術解決方案為:一種用于剎車片鋁合金型材生產工藝，其包括以下步驟:(I)配料:基體采用40%的99.70牌號鋁錠和60%的6系合金廢料，添加元素時，由于Al-Si中間合金熔點低，易熔化，以含Si量20%的Al-Si中間合金加入，Cu、Mg以純金屬的形式加入，Cr、Ti以金屬添加劑的形式加入；(2)熔煉工藝:采用22噸蓄熱 式天然氣燃氣爐熔煉，熔煉溫度按理論一般應選在高于合金液相的50°C _100°C，但為了防止在熔煉過程中產生初晶硅，熔煉溫度應相對高一些，故選在了 730°C -750°C，為保證化學成分和熔體純潔度，投料前需徹底清爐，然后在爐子的熔池部分均勻地撒上一層精煉劑，由于充分的攪拌熔體，可以防止初晶硅的產生，因此在熔煉過程中使用永磁攪拌器對熔體進行三次充分地攪拌，每次攪拌10分鐘，正反轉各5分鐘，取樣時溫度為720°C以上，且取樣前預先對取樣勺、試樣模充分加熱，以防止試樣出現偏析現象；(3)倒爐、熔體的一次凈化及靜置:熔煉爐內熔體溫度達到750°C以上，爐前化學成分分析合格后即可倒爐，由于該合金硅含量較高，極易吸氣，會使鑄錠中產生氣孔、疏松等缺陷，因此在熔鑄過程中，采用了二次凈化，第一次凈化是在靜置爐中進行，熔體倒入靜置爐后，用氬氣向熔體中噴吹精煉劑，精煉劑用量1.5kg/t，精煉時間10-15min，精煉完成后扒凈表面浮渣，在爐體表面撒上IOKg覆蓋劑，靜置30min后開始鑄造；(4) Al-T1-B絲的加入:為細化鑄錠的晶粒，鑄造時，在靜置爐流口處用Al-T1-B絲機加入Al-T1-B絲，加入量500mm/min ；(5)熔體的二次凈化:為進一步提高熔體的純潔度，在鑄造過程中用在線式除氣機對熔體進行第二次凈化，除氣機轉子的轉速350r/min，工作時氬氣用量1.8m3/h ；(6)過濾:為減少熔體中的氧化夾雜物，提高鑄錠的內部純潔度，鑄造過程中用30ppi和50ppi陶瓷過濾片串接起來對熔體進行雙級過濾；(7)鑄造:鑄造時采用Φ384_熱頂同水平鑄造法，主要是因為該模具具有結晶器矮，鑄造速度快，冷卻強度大等特點，這不僅有利于鑄造晶粒的細化，還可以減少鑄錠的疏松程度，增加其致密度，在鑄造時鑄造溫度應相對高一些，這有利于減少初晶硅的形成；(8)鑄錠的組織均勻化:由于采用半連續鑄造時冷卻強度大，不可避免地會產生不平衡結晶和內應力，為消除鑄錠的內應力及化學成分、組織的不均勻性，改善鑄錠的加工性能，使最終制品獲得良好的力學性能，需對鑄錠進行均火，根據該合金的特性，均火溫度不能太高，加熱速度不能太快，保溫時間不可過長。因此確定該合金的均火工藝為均火溫度540±5°C，均火時升溫速度< 80°C /h,保溫時間7h，冷卻時轉入冷卻爐先強風冷2h，再水冷
0.5h,最后出爐；(9)鑄錠的機械加工及組織性能檢驗:根據生產實際需要，將鑄錠鋸切成要求尺寸的毛料，并根據規定在鑄錠的相應位置切取低倍、高倍、性能試樣進行檢驗，一切合格后方可發往下一道工序；(10)擠壓:根據合金的特性和型材的斷面尺寸，安排在56MN擠壓機上擠壓，由于該合金的變形抗力較大，塑性較差，為保證制品獲得最佳的力學性能和表面質量，選定擠壓工藝如下，鑄錠上機溫度380±20°C，擠壓筒溫度420°C，模具上機溫度450±20°C，擠壓速度 8_9m/min ；(11)淬火:由于該合金中存在著多元共晶不平衡組織，經固溶熱處理后，CuA12、Mg2Si等可以溶入α (Al)中，使合金的強度得以提高，但在淬火時，淬火溫度不宜過高，因為合金中的不溶相，在淬火加熱時的高溫作用下會發生球化集聚而長大，溫度越高，保溫時間越長，則球化集聚現象越明顯，尤其是合金中的共晶硅淬火加熱會明顯地球化和集聚，不溶相的球化和長大會使制品的力學性能惡化，此合金選在25米立式淬火爐淬火，淬火溫度510-520°C，加熱時間80min，然后以最快的速度將其浸入溫度25°C的水中；(12)拉伸矯直:由于該合金制品 的強度高，且橫斷面較大，故型材在淬火后要在2500t拉伸機上，變型量0.8% -1.0%的條件下拉伸較直；(13)時效:時效時，如采用時效溫度過高或保溫度時間過長的過時效，制品的強度雖然可以提高，但塑性會下降，為保證該制品的綜合性能，經考慮該選用欠時效工藝，即時效溫度為165±5°C，保溫度時間3h ；(14)型材的組織性能檢驗:按規定在型材縱向的邊部、中部切取低倍、高倍、性能試樣進行檢驗。采用上述方案后，本發明用于剎車片鋁合金型材生產工藝，由于該合金中的Si含量較高，為嚴格控制熔煉中產生初晶硅組織采用了相對較高的熔煉溫度730°C _750°C，并且采用了爐底永磁攪拌器3次，每次10分鐘攪拌，實踐證明措施是有效的；采用熱頂多模鑄造，輔之于合理的工藝，鑄造溫度720°C _730°C，鑄造速度50mm/min，冷卻水流量801/min，可以改善鑄錠的表面質量和內部組織。也有利于減少初晶硅的形成；為了防止合金的不溶相，在快速加熱均火和長時保溫的情況下發生球化和集聚，影響鑄錠及最終制品的力學性能，采用慢速加熱，低溫均火，短時間保溫的工藝是合理的；采用合理的擠壓、離線淬火和欠時效工藝使制品性能達到了預期的目標值，使本發明加工出的鋁合金型材具有具有較好的耐磨性，抗腐蝕性，尺寸穩定，耐高溫,強度高,耐疲勞性能好,使用壽命長。說明書附1為本發明的鑄錠的邊部高倍組織X 200圖；圖2為本發明的鑄錠的半徑1/2處高倍組織X 200圖；圖3為本發明的鑄錠的中心部位高倍組織X200圖；圖4為本發明的淬火后型材橫向的高倍照片X 200圖；圖5為本發明的淬火后型材縱向的高倍照片X 200圖。
具體實施例方式本發明用于剎車片鋁合金型材生產工藝，其包括以下步驟:(I)配料:基體采用40%的99.70牌號鋁錠和60%的6系合金廢料，添加元素時，由于Al-Si中間合金熔點低，易熔化，以含Si量20%的Al-Si中間合金加入，Cu、Mg以純金屬的形式加入，Cr、Ti以金屬添加劑的形式加入；(2)熔煉工藝:采用22噸蓄熱式天然氣燃氣爐熔煉，熔煉溫度按理論一般應選在高于合金液相的50°C _100°C，但為了防止在熔煉過程中產生初晶硅，熔煉溫度應相對高一些，故選在了 730°C -750°C，為保證化學成分和熔體純潔度，投料前需徹底清爐，然后在爐子的熔池部分均勻地撒上一層精煉劑，由于充分的攪拌熔體，可以防止初晶硅的產生，因此在熔煉過程中使用永磁攪拌器對熔體進行三次充分地攪拌，每次攪拌10分鐘，正反轉各5分鐘，取樣時溫度為720°C以上，且取樣前預先對取樣勺、試樣模充分加熱，以防止試樣出現偏析現象；(3)倒爐、熔體的一次凈化及靜置:熔煉爐內熔體溫度達到750°C以上，爐前化學成分分析合格后即可倒爐，由于該合金硅含量較高，極易吸氣，會使鑄錠中產生氣孔、疏松等缺陷，因此在熔鑄過程中，采用了二次凈化，第一次凈化是在靜置爐中進行，熔體倒入靜置爐后，用氬氣向熔體中噴吹精煉劑，精煉劑用量1.5kg/t，精煉時間10-15min，精煉完成后扒凈表面浮渣，在爐體表面撒上IOKg覆蓋劑，靜置30min后開始鑄造；(4) Al-T1-B絲的加入:為細化鑄錠的晶粒，鑄造時，在靜置爐流口處用Al-T1-B絲機加入Al-T1-B絲，加入量500mm/min ；(5)熔體的二次凈化:為進一步提高熔體的純潔度，在鑄造過程中用在線式除氣機對熔體進行第二次凈化，除氣機轉子的轉速350r/min，工作時氬氣用量1.8m3/h ；(6)過濾:為減少熔體中的氧化夾雜物，提高鑄錠的內部純潔度，鑄造過程中用30ppi和50ppi陶瓷過濾片串接起來對熔體進行雙級過濾；(7)鑄造:鑄造時采用Φ384πιπι熱頂同水平鑄造法，主要是因為該模具具有結晶器矮，鑄造速度快，冷卻強度大等特點，這不僅有利于鑄造晶粒的細化，還可以減少鑄錠的疏松程度，增加其致密度，在鑄造時鑄造溫度應相對高一些，這有利于減少初晶硅的形成，鑄造工藝見表I表I
權利要求
1.一種用于剎車片鋁合金型材生產工藝，其特征在于:包括以下步驟: (1)配料:基體采用40%的99.70牌號鋁錠和60%的6系合金廢料，添加元素時，由于Al-Si中間合金熔點低，易熔化，以含Si量20%的Al-Si中間合金加入，Cu、Mg以純金屬的形式加入，Cr、Ti以金屬添加劑的形式加入； (2)熔煉工藝:采用22噸蓄熱式天然氣燃氣爐熔煉，熔煉溫度按理論一般應選在高于合金液相的50°C -100°C，但為了防止在熔煉過程中產生初晶硅，熔煉溫度應相對高一些，故選在了 730°C _750°C，為保證化學成分和熔體純潔度，投料前需徹底清爐，然后在爐子的熔池部分均勻地撒上一層精煉劑，由于充分的攪拌熔體，可以防止初晶硅的產生，因此在熔煉過程中使用永磁攪拌器對熔體進行三次充分地攪拌，每次攪拌10分鐘，正反轉各5分鐘，取樣時溫度為720°C以上，且取樣前預先對取樣勺、試樣模充分加熱，以防止試樣出現偏析現象； (3)倒爐、熔體的一次凈化及靜置:熔煉爐內熔體溫度達到750°C以上，爐前化學成分分析合格后即可倒爐，由于該合金硅含量較高，極易吸氣，會使鑄錠中產生氣孔、疏松等缺陷，因此在熔鑄過程中，采用了二次凈化，第一次凈化是在靜置爐中進行，熔體倒入靜置爐后，用氬氣向熔體中噴吹精煉劑，精煉劑用量1.5kg/t，精煉時間10-15min，精煉完成后扒凈表面浮渣，在爐體表面撒上IOKg覆蓋劑，靜置30min后開始鑄造； (4)Al-T1-B絲的加入:為細化鑄錠的晶粒，鑄造時，在靜置爐流口處用Al-T1-B絲機加A Al-T1-B 絲，加入量 500mm/miη ； (5)熔體的二次凈化:為進一步提高熔體的純潔度，在鑄造過程中用在線式除氣機對熔體進行第二次凈化，除氣機轉子的轉速350r/min，工作時氬氣用量1.8m3/h ； (6)過濾:為減少熔體中的氧化夾雜物，提高鑄錠的內部純潔度，鑄造過程中用30ppi和50ppi陶瓷過濾片串接起來對熔體進行雙級過濾；` (7)鑄造:鑄造時采用Φ384_`熱頂同水平鑄造法，主要是因為該模具具有結晶器矮，鑄造速度快，冷卻強度大等特點，這不僅有利于鑄造晶粒的細化，還可以減少鑄錠的疏松程度，增加其致密度，在鑄造時鑄造溫度應相對高一些，這有利于減少初晶硅的形成； (8)鑄錠的組織均勻化:由于采用半連續鑄造時冷卻強度大，不可避免地會產生不平衡結晶和內應力，為消除鑄錠的內應力及化學成分、組織的不均勻性，改善鑄錠的加工性能，使最終制品獲得良好的力學性能，需對鑄錠進行均火，根據該合金的特性，均火溫度不能太高，加熱速度不能太快，保溫時間不可過長。因此確定該合金的均火工藝為均火溫度540±5°C，均火時升溫速度< 80°C /h,保溫時間7h，冷卻時轉入冷卻爐先強風冷2h，再水冷`0.5h,最后出爐； (9)鑄錠的機械加工及組織性能檢驗:根據生產實際需要，將鑄錠鋸切成要求尺寸的毛料，并根據規定在鑄錠的相應位置切取低倍、高倍、性能試樣進行檢驗，一切合格后方可發往下一道工序； (10)擠壓:根據合金的特性和型材的斷面尺寸，安排在56MN擠壓機上擠壓，由于該合金的變形抗力較大，塑性較差，為保證制品獲得最佳的力學性能和表面質量，選定擠壓工藝如下，鑄錠上機溫度380±20°C，擠壓筒溫度420°C，模具上機溫度450±20°C，擠壓速度8_9m/min ； (11)淬火:由于該合金中存在著多元共晶不平衡組織，經固溶熱處理后，CuA12、Mg2Si等可以溶入α (Al)中，使合金的強度得以提高，但在淬火時，淬火溫度不宜過高，因為合金中的不溶相，在淬火加熱時的高溫作用下會發生球化集聚而長大，溫度越高，保溫時間越長，則球化集聚現象越明顯，尤其是合金中的共晶硅淬火加熱會明顯地球化和集聚，不溶相的球化和長大會使制品的力學性能惡化，此合金選在25米立式淬火爐淬火，淬火溫度510-520°C，加熱時間80min，然后以最快的速度將其浸入溫度25°C的水中； (12)拉伸矯直:由于該合金制品的強度高，且橫斷面較大，故型材在淬火后要在2500t拉伸機上，變型量0.8% -1.0 %的條件下拉伸較直； (13)時效:時效時，如采用時效溫度過高或保溫度時間過長的過時效，制品的強度雖然可以提高，但塑性會下降，為保證該制品的綜合性能，經考慮該選用欠時效工藝，即時效溫度為165±5°C，保溫度時間3h ； (14)型材的組織 性能檢驗:按規定在型材縱向的邊部、中部切取低倍、高倍、性能試樣進打檢驗。
全文摘要
一種用于剎車片鋁合金型材生產工藝，屬于金屬機械加工技術領域，通過配料→熔煉→永磁攪拌→取樣→調整成分及溫度→倒爐→精煉(一次凈化)→靜置→在線加入Al-Ti-B絲→在線除氣除渣(二次凈化)→雙級過濾→熱頂同水平鑄造→鑄錠均勻化→鑄錠的機械加工→鑄錠感應爐加熱→擠壓→在線淬火→拉伸矯直→時效→型材組織和性能檢驗→交貨過程，完成汽車保險杠鋁合金型材的加工。本發明加工出的鋁合金型材具有具有較好的耐磨性，抗腐蝕性，尺寸穩定，耐高溫，強度高，耐疲勞性能好，使用壽命長。
文檔編號C22F1/04GK103103370SQ201210533128
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者張培良, 王剛, 高安江, 李瑞清, 孫文超, 蘇本顯 申請人:龍口市叢林鋁材有限公司