一種替代球鐵qt450真空單銷卡箍的鋁合金材料及其砂型鑄造方法
【專利摘要】本發明公開一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比計：四羰合鈷負離子體Co(CO)4－:0.03％，錳Mn:≤2％，鎘Cd:0.05％～0.5％，銅Cu:4.2％～8.0％且Cu≥0.8Mn+4.05％或銅0.5％≤Cu≤3％且Cu≥1.5Mn；路易斯酸堿對總量1％×10?4～2.0％或7.0％～9.0％，使合金平均晶粒度＜120微米，余量為鋁Al。
【專利說明】
一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料及其砂型鑄 造方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 球墨鑄鐵(簡稱球鐵)是鋼鐵產業中的主要基礎材料之一，被廣泛而大量地用于制 造受力復雜，強度、韌性、耐磨性等要求較高的零件，如通用機械、起重、農業、汽車、鑄造、紡 織、機床、電力、石化、船舶零件等，主要形態和類型為液壓殼體、栗體、管道、閥體、缸體、輪 轂、軸件、球連接、傳動件、懸掛件、鉤扣件、導流件、轉向件等;在汽車工業中，鋼鐵材料的用 量占汽車用材總量的60~70%，其中的三分之二以上又是球鐵類鐵合金。
[0003] 球鐵的這種機械性能指標及其分類標準，可以作為鋁合金材料創新設計、提高性 能的對標基礎，同時可以作為"以鋁代鋼"的比較通道，即：如果鋁合金可以替代某牌號球 鐵，則進一步替代與此牌號性能接近的鋼材，就足以在產業界引領一種潮流或時尚。
[0004]在"以鋁代鋼"的技術升級中，為了充分發揮鋁合金以"輕"為代表的系列優越特 性，必須先使其在"強"的方面有長足發展，同時不能有不可接受的制造成本增量，才能大大 拓展其使用領域。這就要求必須在鋁合金新材料設計上首先取得突破。
[0005] 從材料制備的方法審視，由于材料特征是由承載著該特征的功能性微觀物相組合 貢獻出來的，因此獲得良好的功能性物相組合，例如高強度、高熔點、高塑性、高硬度、耐腐 蝕等，是各種制備方法追求的最終結果，從而，鋁合金的化學成分設計與其制備技術存在著 緊密的內在統一性，這種統一性，簡言之，是一種原子如何結合成所需的"物相分子"的關 系，即材料的物相可以看成是一種分子結構。配方元素的混合熔煉和鑄造結晶，是熔鑄法形 成材料物相分子組合結構的主要決定性環節，在熔鑄過程中，固溶體晶粒和晶界的金屬間 化合物分子物相決定了合金的晶態組合(亞微米級顆粒:尺度10~300μπι左右），后續熱處理 或者冷作硬化則是對晶態組合框架下微細結構(微米級顆粒:尺度1~30ym左右)乃至更加 微觀的精微結構(亞納米級或次微米級質點:尺度1 〇nm~< 1 μπι)進行調整和完善，這種調整 和完善的程度和范圍，在公知技術和傳統觀念中，認為主要由合金化學成分所處的合金相 圖區域給定的物相組合決定，但是，合金相圖沒有給出其它微量元素的添加和排除產生的 影響，更不具備預測添加和排除其它微量元素對物相影響的指導性。借鑒合金溶液化學的 理論和方法改善熔體結構，比如保護膜的覆蓋，造渣劑、精煉劑或變質劑的添加，除氣除渣 凈化等，是改善合金晶態組合、微細結構乃至更加微觀的精微結構的重要技術手段，但這些 手段，由于是從制備合金的過程中摸索積累得來，因此常常被看作為"制備工藝"而不是"成 分設計"的一部分。
[0006] 在工程應用上，鋁合金固溶體晶粒的大小和狀態，以及分布在晶界的金屬間化合 物的大小形態，對合金的力學性能有著決定性的影響。粗大的平面晶、樹枝晶、柱狀晶等不 規則晶體和分布在晶界的粗大的脆硬性金屬間化合物，能夠把合金好的微細結構和精微結 構對基體的強韌性貢獻全部抵消掉，因為這些粗大晶粒遵從的成長規律是緣于鑄造型腔的 型壁生核、自外向液體內部單向延伸的生長方式，造成了合金的成分偏析、結晶粗大單向、 宏觀性能不均勻的缺陷，從而成為合金的一些常見缺陷，如針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗 大固溶體、高硬度化合物、裂紋等的根源。目前采用的常規變質手段和細化晶粒的手段，如 添加鋁鈦硼或鋁鈦碳中間合金，最好的效果只能使平均晶粒度細化到120~150微米，而枝 晶的形態往往沒有根本的轉變，這是合金力學性能提高的一個重要瓶頸問題。因為對鋁合 金來說，獲得強度和韌性同時提高的途徑，只有晶粒的細化和圓整化;熱處理工藝的調整， 在晶態結構已經確定的狀態下，只能使強度或韌性一個方面獲得優化。因此，如何進一步細 化和圓整合金的平均晶粒度，是產業界始終追求的目標。
[0007] 從材料設計角度看，211Z材料也存在一些難以克服的問題。微觀分析發現，有一些 大顆粒有很高的鈦Ti和稀土濃度，作為用來促使晶粒細化的物質，這種現象表明Ti和稀土 走向了需要解決問題的對立面;而在211Z合金鑄件的生產過程中，也發生著與普通鋁合金 一樣常見的缺陷，包括針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、夾雜(渣）、 冷隔、冷豆、裂紋、變質缺陷、固溶不足和過燒等。
[0008] 這些缺陷，主要原因仍然要從合金本身的化學成分及其形成的微觀物相結構入手 來研究，尤其是對物相分子組合結構的形成機理進行深入研究，才能認清本質，進而找到解 決問題、消除缺陷的有效途徑。
[0009] 通過對鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金最高達0.08nm的極高分辨率的球差校正掃描透 射電子顯微鏡(STEM)精微選區分析，獲得了建立在原子尺度上的各種物相結構、原子分辨 和化學元素分布。證實其中存在一系列強化相，包括眾所周知的Al-Cu二元亞穩相(GP區、 θ"、θ〇、新的盤片相和平衡相0(A12Cu);其中在基體晶粒內部，新發現一種棒叉狀(Τ+ΘΗ)組 合相，該組合相的主干部分T相是Al-Cu-Mn三元相，分子結構式Al2〇Cu2Mn3，分子物相特征是 直徑約100nm、長度約600~lOOOnm呈棒軸狀且其(010)面與鋁合金基體的{010}面共格，；而 T相周圍附著生長了尺寸較大（厚度約20nm、長約50nm)的Al-Cu二元次生相，由于該次生相 與基體中其它Al-Cu亞穩相(GP區、θ "、Θ '或者其它盤片相)比較，在結構上有很大差別，特別 是厚度比其它Al-Cu亞穩相厚得多，因此本發明稱之為ΘΗ相，其分子結構式AlxCu(x可能小 于2)，是一種富Cu分子。
[0010] 根據合金強化理論，合金的強度是材料中界面或位錯滑移受到質點的阻礙而產生 的，阻礙越強，材料的強度也越大。而質點阻礙行為與材料中界面或位錯滑移相互作用的結 果，有兩種:一種是當質點本身強硬度不夠高時，位錯將切過質點繼續滑移，另一種是質點 強度很高，位錯無法切過，則只能繞過質點而繼續滑移，而在質點周圍留下一圈位錯環。
[0011] 兩種結果對材料強度貢獻的大小是顯而易見的:繞過質點比切過質點對材料強度 的貢獻大;切過質點能夠提供材料較好的延伸率，而繞過質點由于位錯環的增強作用，將提 供材料更高的屈服強度和抗拉強度。
[0012] 現有鋁合金卡箍的強度不足，往往只能運用于低壓水管的管道連接處，無法承受 高壓。而傳統的鑄鐵卡箍其重量過大，不利于安裝，耐腐蝕性能較差，頻繁的更換也造成了 極大的浪費，而且還存在一定的安全隱患。

【發明內容】

[0013] 本發明要解決的技術問題是:提供一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材 料及其制備方法，其中添加路易斯酸堿對，以有效催生臨界晶核(得到等軸晶），使合金在凝 固之前獲得最佳的分子物相組合結構（（Τ+ΘΗ)組合相），促使合金晶態優化，使鋁合金基材 實現450MPa及更高的強度等級，從而達到生產替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金制品。 [0014]本發明的技術方案是:一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料，主成分含 量按重量百分比計：四羰合鈷負離子體Co (C0)f: 0.03 %，錳Μη :彡2 %，鎘Cd: 0.05 %~ 0.5%，銅(：11:4.2%~8.0%且(：11彡0.8111+4.05%或銅0.5%彡〇1彡3%且〇1彡1.5111;路易斯 酸堿對總量1 % X 10-4~2.0 %或7.0%~9.0 %，使合金平均晶粒度< 120微米，余量為鋁 Al〇
[0015]所述的合金晶粒為等軸晶。
[0016] 所述的合金晶粒內亞納米(Τ+ΘΗ)組合相數量達到彡1個/平方微米。
[0017] 所述路易斯酸堿對為金屬與配體結合而成的正離子體、復雜配體化合物、金屬硫 氰基復合物、氫合物、金屬的碳化物、主族類元素、過渡族類元素中的一種，或一種以上混 合。
[0018] 所述的金屬與配體結合而成的正離子體:包括六羰合錳正離子體Mn(C0)6+。
[0019] 所述路易斯酸堿對，按元素添加量占 A1基體重量百分比，范圍為:A12S3<0.3%， LiH<0.3%，Cr<0.1%，Na2[PtCl6]<0.05%，K2[SiF6]<0.05%。
[0020] 一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料的制備方法，包含以下步驟：
[0021] (1)在前述路易斯酸堿對、元素比例范圍內，選定一組物質組合，確定重量比，根據 需要配制的合金總量，推算出所需的每種物料的重量；
[0022] (2)往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱并在700 °C以上保溫；
[0023] (3)加入錳Mn、鎘Cd、銅Cu、四羰合鈷負離子體Co(C0)r，攪拌，加入選定的路易斯 酸堿對，或者加入選定的路易斯酸堿對組合，攪拌均勻；
[0024] (4)然后對上述合金熔體進行爐內精煉；
[0025] (5)精煉后除渣、靜置、取樣分析合金化學成分，根據分析結果調整化學成分至規 定的偏差范圍內；調溫至650 °C以上，合金液出爐，在線除氣、除渣；
[0026] (6)鑄造:采用砂型鑄造。
[0027] 所述砂型鑄造，步驟如下：
[0028]①過濾后可澆注鑄造；
[0029] ②鑄造前應將砂模預熱，安裝上砂芯，用壓縮空氣將型腔吹干凈；
[0030] ③采取人工澆注，用澆包從爐內g取合金液倒入砂型模具澆口通過內澆道充滿型 腔；自然冷卻及部分位置強冷；
[0031 ]④敲碎砂模取出產品，自然冷卻，清理、鋸切冒口、打磨飛邊；
[0032]⑤外觀質量檢測：毛坯鑄件在進行外觀質量檢驗之前，應清理干凈平整，非加工面 的澆冒口應清理到鑄件表面齊平；
[0033]⑥內部質量檢測；
[0034]⑦固溶處理:將鑄件完成粗加工和內外質量檢測的毛坯送入固溶爐，進行560°C以 下固溶處理，保溫完成后立刻淬火，使用水冷；
[0035]⑧時效強化:將完成固溶處理的鑄件送入時效爐進行時效強化處理，在230°C以下 時效強化，保溫后，出爐自然冷卻；
[0036]⑨取樣分析測試驗證；
[0037]⑩實用性能驗證。
[0038]本發明的有益效果:把路易斯酸堿理論所指向的、能在鋁合金熔體中發生分子解 體或有助于次納米區域內（即小于1納米的范圍）物相分子結構優化的"酸堿對"物質，應用 于熔體納米尺度范圍的精細結構調整，是本發明的最主要的創造性技術手段。
[0039] 通過運用路易斯酸堿理論，使有關路易斯酸堿對承載的微量元素的添加和排除， 在鋁合金熔體環境發生分子解體和轉化，以提供熔體超精細微區內（〇 . lnm~10nm尺度范 圍）的充分擾動和激活效應，達到催生臨界晶核大量形成，使合金晶粒度得到進一步細化， 形態更加圓整；同時優化微細區域(微米級：尺度1~30μπι左右)和精微區域(亞納米級或次 微米級質點：尺度l〇nm~<1μπι)的物相分子組合結構，增加(Τ+ΘΗ)組合相在合金基體中的 含量，是本發明解決的合金強化的機理問題。
[0040] 本發明前述金屬與配體結合而成的正離子體、復雜配體化合物、超大雜多化合物、 金屬氰合物、金屬硫氰基復合物、金屬齒合物、金屬齒氨合物、氫合物、過渡元素金屬羰基配 合物，由于其離子或分子結構中的金屬原子或離子是電子受體，為路易斯酸，而其配體非金 屬原子或原子團是電子給予體，為路易斯堿，整個離子或分子則組成了路易斯"酸堿對"。
[0041] 比如，正離子體Mn(CO)6+，[Fe(NCS)]2+，[Ni( en)3]2+是路易斯"酸堿對"，這些物質 中的能接受電子對的此 3+^2+、附2+、0)2+、(>3+^ 2+^+和1112+都是路易斯酸，相應的提供電 子對的配體-CO、-NCS、-en都是路易斯堿。
[0042] 這種發生在鋁合金熔體中的解體和重構，與普通的物質溶解不同，因為:①高溫下 分解釋放的氣態物質形成的初始氣泡只有一個分子大小(小于lnm，即次納米級），比表面積 最大，具有極強的活性和納米范圍的擾動能力，正處于結晶臨界晶核形成的尺寸范圍，由此 而造成的熔體超精微區內原子的能量起伏、結構起伏和濃度起伏等狀態起伏都帶有極強的 突變特征，促使鄰近的更多原子跨越結晶勢皇，故而特別有利于臨界晶核的大量形成，對金 屬間化合物生成反應的催化和合金組織晶粒細化都產生了優于普通變質劑如鋁鈦硼的好 作用；同時正、負離子體這種在次納米范圍的超精微區內擾動和激活效應，是常規外加凈化 氣體形成的氣泡(直徑大于〇.5mm)無法實現的；②分解釋放的金屬原子或正離子具有比配 體更小的體積和更大的比表面積，其對周圍原子的擾動和激活效應更強，造成的超精微區 狀態起伏更加顯著，對金屬間化合物生成反應催化和合金基體組織晶粒細化作用也更強； ③酸堿對在高溫熔體中的分裂和重構增強了質點在微區的分散和擴散速度，不會象普通金 屬或添加劑那樣造成團簇化，而有效地抑制了因添加劑造成的合金成分偏析以及大顆粒質 點的聚集和長大，這能有效解決常規晶粒細化劑在結晶過程中粗大化的傾向，例如可防止 鈦Ti和稀土相的粗化;④配體氣泡還可以發生次生反應，經過一系列變化后隨從凈化氣體 排出熔體(比如生成〇) 2、〇14、他、順3或!123)或進入熔渣（比如六120 3^1(!10)3或六14(：3)，這種凈 化作用，能夠以最穩定的固態或氣態物質，把溶解在熔體中的Η和氧化物雜質吸收和分解， 從而其凈化作用比常規的氣體凈化方式效果更好。這就是正、負離子體作為路易斯酸堿對 的添加和排除，在鋁合金熔體環境發生分子解體、酸堿轉化和超精微區內原子重構，以提供 熔體超精微區內的充分擾動和激活效應，達到催生臨界晶核大量生成和抑制晶粒長大作 用，并實現更好凈化效果的機理。通過這種機理，使基體結晶狀態普遍成為等軸晶，晶粒度 平均小于120μπι，進一步的優化效果可達到晶粒度平均在50~100μπι，。這種效果，是單純使 用鋁鈦硼和鋁鈦碳等常規晶粒細化劑以及常規的氣體凈化技術所無法實現的。
[0043] 復雜配體化合物如Ti0Cl2，Na2Ti03，Na2[PtCl 6]，Na3[AlF6]，K2[SiF6]，A1 2S3， CuFeS2，Mn(⑶)4(腸）^6((：5!15)2，超大雜多化合物如!1 3[?(10301())4]，金屬氰合物如1(4[卩6 (CN) 6]、金屬硫氰基復合配體如Tc(NCS)2、金屬鹵合物如CrCl3、金屬鹵氨合物如[Co(NH 3)6] CI3、氫合物如LiH、NaBH4,過渡元素金屬羰基配合物如V(C0)5,這些物質分子中提供電子或 電子對的-(：12、-03、-(：1 6、46、沖6、-厶12、-(：1^6、-(〇))4(勵）、-(]\1〇 301())4、-(：5!15、-?、-(〇~) 6、-(NCS)2、_Cl3、_[ (NH3)6]Cl3、_Li、-H4 和 _(C0)5屬于路易斯喊，而-Ti0、-Ti、-Pt、~A1、 -Si 33、-52、-]?11、46、-(]\1〇3〇 1())4、46、-1'(3、-〇、-(：〇、-!1、-8和，，是接受電子或電子對的受體，屬 于路易斯酸;這些分子是路易斯酸堿對。
[0044] 綜上，本發明所述路易斯酸堿對，可以表現為多種形態，包括金屬與配體結合而成 的正離子體、復雜配體化合物、超大雜多化合物、金屬氰合物、金屬硫氰基復合配體、金屬鹵 合物、金屬齒氨合物、氫合物、過渡元素金屬羰基配合物、金屬的硼化物、金屬的碳化物、金 屬的氮化物或者金屬的硼碳氮的復合化合物、主族類元素、過渡族類元素、內過渡類元素中 的一種，或者一種以上混合。
[0045] 另外，由于路易斯酸堿對能夠提供給合金熔體更大的異類物質濃度，因此增大了 熔體結晶過程的成分過冷度，導致晶核在更強結晶動力下快速越過臨界尺寸，而在過冷的 液體中自由成核和生長，形成具有各向同性和形狀更接近于球形的等軸晶粒；由于等軸晶 的這種緣于液體內部自由生長的內生機制，改變了平面晶、樹枝晶、柱狀晶等不規則晶體緣 于鑄造型腔的型壁生核、自外向液體內部單向延伸的生長方式，因此避免或減輕了合金的 成分偏析、結晶粗大單向、宏觀性能不均勻的缺陷，從而有效避免或減輕了合金的一些常見 缺陷，如針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、裂紋等。
[0046] 本發明基于對合金微觀結構極高分辨率的襯度圖像和精微選區結構分析，發現了 晶內存在著次微米級的(Τ+ΘΗ)棒叉狀組合相的超精細結構。與Al-Cu各二元相比較，（Τ+ΘΗ) 組合相有許多優點，包括:質點粒度大，抗位錯滑移面大;主干部分T是高硬高穩定化合物聚 合而成的棒狀孿晶，能夠以位錯繞過方式為合金提供強度支撐;其次生ΘΗ附著相在主干上 斜向或垂直于T棒軸方向而向周圍基體生長同時又與基體共格，增強了主干對周圍晶格點 陣的收緊能力，或者換句話說，T棒軸通過附著其上向周圍生長的ΘΗ次生相，把收緊作用向 周圍的基體空間傳遞和擴散，這種作用，在次微米區域內對基體產生了類似建筑結構中鋼 筋網格在混凝土中的強化作用（可稱為"類砼強化結構"，），使基體強度大大提高。這種作 用，如果從單體比較，是基體中薄片狀Al-Cu亞穩相(GP區、θ"、θ'或者其它盤片相)或者其組 合都遠不能相比的；但是，在常見的鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金中，由于各二元Al-Cu亞穩相 在基體內部的分布密度遠遠高于(Τ+ΘΗ)組合相的分布密度，致使(Τ+ΘΗ)組合相的作用被掩 蓋而一直沒有被發現。
[0047] (Τ+ΘΗ)組合相中的ΘΗ卻以不同位向和大得多的厚度(約20nm)，對合金基體產生了 優于以游離態存在的GP區、θ"、θ'或者其它盤片狀的二元Al-Cu亞穩相的強化貢獻：ΘΗ除了 把主干T相的收緊作用向周圍的基體空間傳遞和擴散外，由于抗基體滑移面更大，故對基體 增強作用更大；由于方向更多，故對基體的強化作用顯出各向同性的均勻性；由于不屬于高 硬性質點，所以仍可以位錯切過方式提供給基體較好的塑韌性;總之，（Τ+ΘΗ)組合相優化了 鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金的物相分子組合結構，為基體提供了高硬質點T相的繞過強化效 應和高于游離態Al-Cu亞穩相組合的切過強化效應兩種作用;所以，研究發揮這種優異的綜 合效應，必須把材料設計關注的重點從傳統單純對Al-Cu亞穩相組合轉移出來，而集中在對 (Τ+ΘΗ)組合相的催生效果上。
[0048] 本發明配方設計作為主要技術手段之一，是使合金的晶態組合實現平均晶粒度< 120微米的等軸晶前提下，還可實現合金晶粒內部（Τ+ΘΗ)組合相數量在1個/[μπι]2以上。因 此，主成分含量按重量百分比計：四羰合鈷負離子體Co(C0)f: 0.03%，錳Μη:彡2 %，鎘Cd: 0.05%~0.5%，銅〇1:4.2%~8.0%且〇1彡0.8111+4.05%或銅0.5%彡〇1彡3%且〇1彡 1.5Mn;路易斯酸堿對總量1 % X 10-4~2.0%或7.0%~9.0 %，使合金平均晶粒度< 120微 米，余量為鋁A1。
[0049] 四羰合鈷負離子體Co(C0)r，其中鈷(Co)作為復雜合金化的微量添加元素，在合 金中形成AlC〇、Al 9C〇2等8種彌散性高溫強化相，Co是復雜合金化的高強度鑄造鋁合金的微 量添加元素，它與Μη共存時，形成Al 4(C〇FeMn)等很復雜的強化相于枝晶間，阻礙位錯、阻止 晶粒滑移，有效地提高了合金的室溫和高溫(400°C下）強度；（CO)rC與A1反應生成的A1 4C3 是一種復雜結構的離子晶體，熔點達2100°C;在實際結構中金屬原子可以是4、5、6配位， Al-C鍵長在1.90-2.22A之間，最短的C-C鍵為3.16A;X射線研究則顯示結構中有單個碳原 子以離散的碳負離子C 4^形式存在;碳化鋁顆粒能降低材料蠕變的趨勢，提高基體材料硬度； 具有強烈吸Η作用，可以有效除去熔體中的存在的原子H，反應如下。
[0050] A14C3+12[H]^4A1+3CH4
[0051] 由反應可見，一個碳化鋁分子可以除掉12個Η原子，是一種高效的除氣材料。
[0052]同時，Al2〇3-C-N體系在熔體環境下也能發生合成反應，生成Α1Ν和Al4C 3。
[0053] 2Al2〇3+6C-Al4C3+3C〇2 丁
[0054] A12〇3+5N^2A1N+3N〇T〇
【具體實施方式】
[0055] 下面通過具體實施例對本發明作進一步闡述，不能因實施例限定本發明的保護范 圍。
[0056]第一部分:提示和說明 [0057] 所述砂型鑄造，步驟如下：
[0058] 1、造型，利用型砂及木模制作模具，并預熱。
[0059] 2、預熱，大于100°C預熱，在緩冷至室溫。
[0060] 3、熔煉，往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱并在700°C以上保溫；
[0061 ] 4、合金化，加入錳Μη、鎘Cd、銅Cu，攪拌，加入選定的路易斯酸堿對，或者加入選定 的路易斯酸堿對組合，攪拌均勻；
[0062] 5、然后對上述合金熔體進行爐內用精煉劑精煉；
[0063] 6、精煉后除渣、靜置、取樣分析合金化學成分，根據分析結果調整化學成分至規定 的偏差范圍內；調溫至650 °C以上，合金液出爐，在線除氣、除渣；
[0064] 7、過濾后可澆注;采取人工澆注或自動化澆注，用澆包從爐內g取合金液倒入模 具澆口通過內澆道充滿型腔；自然冷卻或強冷；
[0065] 8、開模取出產品，自然冷卻，清理表面型砂、鋸切冒口、打磨飛邊；
[0066] 9、外觀質量檢測：毛坯鑄件在進行外觀質量檢驗之前，應清理干凈平整，非加工面 的澆冒口應清理到鑄件表面齊平；
[0067] 10、內部質量檢測；
[0068] 11、固溶處理:將鑄件完成粗加工和內外質量檢測的毛坯送入固溶爐，進行560Γ 以下固溶處理，保溫完成后立刻淬火，使用水冷或油冷；
[0069] 12、時效強化:將完成固溶處理的鑄件送入時效爐進行時效強化處理，在230°C以 下時效強化，保溫后，出爐自然冷卻；
[0070] 第二部分:具體實施例
[0071] 實施例1
[0072] 一種替代球鐵QT450的鋁合金真空單銷卡箍及其砂型鑄造方法
[0073] 1、制品參數：
[0075] 2、生產流程:填充砂造型-覆膜負壓-取模-合箱-熔煉-澆注-冷卻-撤負壓 開箱取件-清理、鋸切-熱處理；
[0076] 3、合金配方重量百分比（％ )
[0077]
[0078] 4、制型：加工余量彡0.5mm，起模斜度：彡1°，鑄造圓角彡R2;
[0079] 5、覆膜負壓真空度為彡22.66KPa;
[0080] 6、澆注溫度：彡690 Γ，充型時間：彡60s;
[0081] 7、冷卻時間：彡lOmin;
[0082] 8、熱處理:T6(固溶加完全人工時效）；
[0083] 9、制品微觀結構指標:金相組織為等軸晶，平均晶粒度80~90μπι，晶粒內（Τ+ΘΗ)組 合相數量5~7個/[μπι]2;
[0084] 10、機械性能
[0085]
[0086] 實施例2
[0087] 一種替代球鐵QT450的鋁合金真空單銷卡箍及其金屬模鑄造方法 [0088] 1、制品參數：
[0090] 2、生產流程:熔煉4除氣4澆注4冷卻4開模取件4清理、鋸切4熱處理；
[0091] 3、合金配方重量百分比（％ )
[0092]
[0093] 4、熔體澆注溫度彡70(TC;
[0094] 5、模具預熱溫度彡250Γ;
[0095] 6、傾轉轉澆注方式，充型時間< 20s;
[0096] 7、冷卻時間：彡110s;
[0097] 8、熱處理:T6(固溶加完全人工時效）；
[0098] 9、制品微觀結構指標:金相組織為等軸晶，平均晶粒度90~115μπι，晶粒內（Τ+ΘΗ) 組合相數量4個/[μπι]2;
[0099] 10、機械性能
[0100]
[0101] 實施例3
[0102] 一種替代球鐵QT450的鋁合金真空單銷卡箍及其砂型鑄造方法
[0103] 1、制品參數：
[0105] 2、生產流程:填充砂造型-覆膜負壓-取模-合箱-熔煉-澆注-冷卻-撤負壓 開箱取件-清理、鋸切-熱處理；
[0106] 3、合金配方重量百分比（％ )
[0107]
[0108] 4、制型:加工余量》0.5臟，起模斜度：》1°，鑄造圓角彡1?2;
[0109] 5、覆膜負壓真空度為彡22.66KPa;
[0110] 6、澆注溫度：多690°C，充型時間：<60s;
[0111] 7、冷卻時間：彡lOmin;
[0112] 8、熱處理:T6(固溶加完全人工時效）；
[0113] 9、制品微觀結構指標:金相組織為等軸晶，平均晶粒度80~90μπι，晶粒內（Τ+ΘΗ)組 合相數量4-5個/[μπι]2;
[0114] 10、機械性能
【主權項】
1. 一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料，其特征在于:主成分含量按重量百 分比計：四羰合鈷負離子體Co(C0)4 一:0.03%，錳Μη:彡2%，鎘Cd:0.05%~0.5%，銅Cu: 4.2%~8.0%且〇1彡0.8111+4.05%或銅0.5%彡〇1彡3%且(：11彡1.5111 ;路易斯酸堿對總量 1 % X 10-4~2.0%或7.0%~9.0%，使合金平均晶粒度< 120微米，余量為鋁A1。2. 根據權利要求1所述的一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料，其特征在 于:合金晶粒為等軸晶。3. 根據權利要求1所述的一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料，其特征在 于:合金晶粒內亞納米(Τ+ΘΗ)組合相數量達到多1個/平方微米。4. 根據權利要求1所述的一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料，其特征在 于:所述路易斯酸堿對為金屬與配體結合而成的正離子體、復雜配體化合物、金屬硫氰基復 合物、氫合物、金屬的碳化物、主族類元素、過渡族類元素中的一種，或一種以上混合。5. 根據權利要求1所述的一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料，其特征在 于:所述的金屬與配體結合而成的正離子體:包括六羰合錳正離子體Mn(CO) 6+。6. 根據權利要求1-6之一所述的一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料，其特 征在于:所述路易斯酸堿對，按元素添加量占 A1基體重量百分比，范圍為:Al2S3<0.3%，LiH <0.3%，Cr<0.1%，Na2[PtCl6]<0.05%，K2[SiF6]<0.05%〇7. 如權利要求7所述的一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料的制備方法，其 特征在于:包含以下步驟： (1) 在前述路易斯酸堿對、元素比例范圍內，選定一組物質組合，確定重量比，根據需要 配制的合金總量，推算出所需的每種物料的重量； (2) 往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱并在700 °C以上保溫； (3) 加入錳Mn、鎘Cd、銅Cu、四羰合鈷負離子體Co(CO)f，攪拌，加入選定的路易斯酸堿 對，或者加入選定的路易斯酸堿對組合，攪拌均勻； (4) 然后對上述合金熔體進行爐內精煉； (5) 精煉后除渣、靜置、取樣分析合金化學成分，根據分析結果調整化學成分至規定的 偏差范圍內；調溫至650 °C以上，合金液出爐，在線除氣、除渣； (6) 鑄造:采用砂型鑄造。8. 根據權利要求7所述的一種替代球鐵QT450真空單銷卡箍的鋁合金材料的制備方法， 其特征在于:所述砂型鑄造，步驟如下： ① 過濾后可澆注鑄造； ② 鑄造前應將砂模預熱，安裝上砂芯，用壓縮空氣將型腔吹干凈； ③ 采取人工澆注，用澆包從爐內g取合金液倒入砂型模具澆口通過內澆道充滿型腔； 自然冷卻及部分位置強冷； ④ 敲碎砂模取出產品，自然冷卻，清理、鋸切冒口、打磨飛邊； ⑤ 外觀質量檢測：毛坯鑄件在進行外觀質量檢驗之前，應清理干凈平整，非加工面的澆 冒口應清理到鑄件表面齊平； ⑥ 內部質量檢測； ⑦ 固溶處理:將鑄件完成粗加工和內外質量檢測的毛坯送入固溶爐，進行560°C以下固 溶處理，保溫完成后立刻淬火，使用水冷； ⑧ 時效強化:將完成固溶處理的鑄件送入時效爐進行時效強化處理，在230°C以下時效 強化，保溫后，出爐自然冷卻； ⑨ 取樣分析測試驗證； ⑩ 實用性能驗證。
【文檔編號】C22F1/057GK105970054SQ201610493337
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月29日
【發明人】黃亮, 李祥, 胥光酉, 毛春榮, 曹躍清
【申請人】貴州華科鋁材料工程技術研究有限公司