摘要：研制了一種新高硅變型鋁合金，該合金具有良好的耐熱性、耐磨性和氣密性，適合于制造形態(tài) 復(fù)雜、高載荷、氣密性好的機械零部件。
現(xiàn)已大量用于生產(chǎn)泵體材，并已申報了國家專利和國家變 形鋁合金牌號。
關(guān)鍵詞：高硅變形鋁合；成分；雜質(zhì)；合金性能；
泵體材 ２００５年某油泵廠來我公司求援，他們現(xiàn)用的７００５鋁合金擠壓泵體材制作的特種高壓油泵 殼體存在著熱變形大，耐高溫、耐磨性和氣密性差等問題，降低了油泵的性能和使用壽命，進而 影響了產(chǎn)品的銷路，希望我公司能幫助研制一種高性能的鋁合金代替７００５鋁合金擠壓泵體材 制作泵殼，以提高油泵的性能和使用壽命，重新占據(jù)市場。
對此問題叢林鋁業(yè)公司領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù) 人員根據(jù)用戶反映的情況進行了認真的分析研究，７００５鋁合金擠壓泵體材是常用的泵殼材料。 如果它還不能滿足用戶所生產(chǎn)油泵的需要，那么所選擇合金的高溫性、熱變形性、耐磨性和氣 密性等就必須比７００５鋁合金的好，同時還要考慮該合金的鑄造和擠壓性能相對也要好一些， 以便于我公司生產(chǎn)。我們首先考慮用制造內(nèi)燃機機車活塞的４０３２鋁合金擠壓泵體材，因該合 金的耐磨性、耐高溫、氣密性、加工等性能都比較好，但由于該合金中Ｗ（Ｎｉ）＝０．８％。１．Ｏ％， 且在熔煉時Ｎｉ要以中間合金形式加入，ｍ．Ｎｉ中間合金價格昂貴，僅此一項每噸擠壓泵材的成 本就會增加２ ０００元～３ ０００元，用戶表示不能承受。
我們分析４０３２鋁合金之所以具有上述一 系列優(yōu)點，是由于它是以ｓｉ為主要成分的合金，那么我們可不可以研制一種含Ｓｉ量高的鋁合 金擠壓泵體材呢？而這方面國內(nèi)外資料尚無相關(guān)報道。經(jīng)反復(fù)調(diào)整合金成分及配比，并通過 １８次試驗，最后綜合分析比較，選擇了性能相對較好的合金配方進行試生產(chǎn)，暫定牌號為ＣＬ－ ４Ａ１２。此后經(jīng)過一年多的進一步研究、試生產(chǎn)和用戶試用，并對使用該合金制作的泵殼考察， 證明了其熱變形性、耐熱性、耐磨性、耐壓性和氣密性均好于７００５鋁合金的。所制造的油泵性 能得以提高，深受用戶歡迎。該用戶從此也成為叢林公司的長期客戶。而且又為叢林公司發(fā) 展了一批新用戶，年訂貨量達到７６０ ｔ以上。
從２００５年至今已生產(chǎn)ＣＬ－４Ａ１２鋁合金擠壓泵體材 ２ ０００ ｔ，ＣＬ－４Ａ１２鋁合金擠壓泵體材的研究成功不僅解決了用戶急需，開拓出新市場，而且也顯 現(xiàn)了叢林鋁業(yè)的技術(shù)水平。 ＣＬ－４Ａ１２鋁合金屬于叢林鋁業(yè)的研制發(fā)明，它屬于ｍ．Ｓｉ系可熱處理強化鋁合金。由于含 Ｓｉ量高，熔點相對較低，熔體的流動性好，容易補縮，因而鑄造性能好。又因為該合金的耐磨 性、耐壓性、高溫性能和氣密性好，鑄態(tài)或熱處理后力學(xué)性能在ｍ．Ｓｉ系合金中也是較好的，所 以適用于熱加工方法制造形狀復(fù)雜、承受高載荷、氣密性要求高的零部件。 １ ＣＬ．４Ａ１２鋁合金中的主要合金元素及雜質(zhì)的作用 Ｓｉ是該合金的主要合金元素，Ｗ（Ｓｉ）＝８％一１０％，Ｓｉ在合金中主要以Ｑ＋Ｓｉ共晶體和８ （Ａ１５ＦｅＳｉ）的形式存在。由于Ｓｉ的含量較高，使合金熔體有很好的流動性和鑄造性能。Ｓｉ的含 量高也使合金的強度和耐磨性隨之增高。
一－ 全國第十四墾竺魚全塑三蘭查奎鎏全笙蘭苧 一＿————————————————————————一一 ：竺Ｌ ｃｕ在合金中含量彬（Ｃｕ）＝１．３％。１。８％，可以在合金中形成ＣｕＡｌ２相，提高合金的堡搴。． Ｍｇ在合金中的含量硼（Ｍｇ）：Ｏ．４％，Ｏ．６％，可以在合金中形成ＭｇｚＳｉ相，亦可以提高合金 ｎ相的誓薟囂黧 警Ｍ篁相絮改零淼七日雌啪蒯ｎ人，效Ｔｉ 的袈搿桃影凝相曼酬改冷黧卻？黧麓堡霽囂薹慧燃徽誓’挈’妻焉嘉篇蟹姜黜笑景篙赫流ｆ淼ｉｔ溢諜Ｆ …ｗ（Ｆｅ）…＜０．４％改。蠻Ｎ８囂磊蓑囂；嬲虢各薔盛竺茹３篡器）： ，它際赳固ｊ谷俸強化作用少ｒ，您眩以義節(jié)。形、囝 ）＝．％一． ｎ在合金中的含量 的強烹Ｍ在合會中的含量ｗ（Ｍｎ）＝０．１％。０．３５％，它除起固溶體強化作用外，還能改變針狀富 ０ 在合金中的含量 ｗ（Ｔｉ ）＝． ～０． １５％３５％Ｔｉ ， 能１更晶粒馴化。則以ｍ。１卜ｂ ７沙Ａ月ｕ／ｂ獄 ，芏砒八 果更凳曹該合會中的有害雜質(zhì)，在合金中可以生成ｐ－ｓｉ相（ＡｌＩ，，ＦｅｚＳｉｚ）ＦｅｚＳｉｚ，Ｎ…Ｎ…耽饅…Ｙ一－Ｎ一，呈粗大 ｎ旱該合會中的有害雜質(zhì)，在合金中可以生成ｐ—Ｓｉ相（， ， （ｅ）＝０．６７～Ｏ．８為好。此外在半連續(xù)鑄造時，由于冷卻強度大，ｐ’Ｓ１和也蕓睫乏剮’兒’圳¨１Ｈ 應(yīng)也會減Ｓ 理時龕燃囂囂黧囂麓裟端玎Ｔ人Ｏ而帶來的，在鋁液中會生成ｃ斌它能 、 隆低竺粼齲篙裟豁鬈軍囂篆茹茹 ｎ處熱品制在脯共點熔低成形 在該合金中也是有害雜質(zhì)，它們與合金中的 Ｐｂ 、 鬻霎繇囂抵它們與合金中的 一————————————————————一 Ａ１ 、彤廄１氐烙息犬畝日１傘，位利叩琳灶 Ｓｉ 降低合金的流動性，使鑄錠產(chǎn)生疏松。這種化合物饅｜Ｔ『】脆，舍金甲明彬Ｌ№，世任巾。１士仉叩加Ｍ 查！竺竺堂塑堂型竺型——葡一 苴柿摯甩 ６５０ Ｌ 蛆 ６∞ ５５０ ｐ 云５２１ 贈５００ ４５０ ４ ５ Ⅳ（Ｃｕ）／％ 在合金中同時加入Ｓｉ，Ｃｕ、Ｍｇ時可以形成ａ（ｍ）、Ｓｉ、Ｍｇｚ Ｓｉ、ＣｕＡｌ２、ｗ、從ｃｕ４‰甌？ ＡｌｓＦｅＭ９３Ｓｉ。、ＴｉＡｌ３和Ａ１ＦｅＭｎＳｉ等相。從圖１可見，在結(jié)晶過程中，首先從液體結(jié)晶出ａ（ｍ’：苧 后有Ｌ－．ａ（ＡＩ）＋Ｓｉ二元共晶反應(yīng)，再后合金中有Ｌ＋ａ（Ａ｜）＋ｓｉ＋ｗ（舢。ｃ№Ｍ＆ｓｉ４）三元晶，或者 在５２ｌ℃發(fā)生Ｌ＋Ｍ＆Ｓｉ＋ａ（趾）＋Ｓｉ＋ｗ的包晶反應(yīng)，最后在５０５ｃｃ有Ｌ＋ａ（ＡＤ＋Ｓｉ＋ＣｕＡｌ２＋ｗ 全國第十四屆輕合金Ｊｊｕ－ｒ”學(xué)術(shù)交流會論文集 四元共晶反應(yīng)直至結(jié)晶完畢。ｗ（Ｃｕ）＝Ｏ．８％的合金，平衡結(jié)晶后的組織由ｄ（Ａ１）＋Ｓｉ＋ｃｕ鴿 ＋ｗ（ｗ相只有合金在緩慢結(jié)晶時才會形成）四相組成，不平衡結(jié)晶后的組織由ａ（Ａ１）＋ｓｉ＋ Ｍ洲：＋Ｃｕｍ２四相組成。此合金在淬火加熱時Ｃ刪：、Ｍｇ：Ｓｉ完全溶解于ａ（燦）中，ｗ相可部分 溶人，所以，熱強性以Ｃ啦為最好，ｗ相熱處理強化效果最好，Ｍｇ：Ｓｉ次之。為得到好的強化 效果，對于合金中的Ｍｇ和Ｃｕ的含量要適當控制，因為Ｃｕ和Ｍｇ總量低時，強化效果不明顯。 但總量高時合金變脆，塑性下降，最佳控制總量一般不超過２％，且Ｗ（Ｃｕ）：Ｗ（Ｍｇ）一２：５為好。
２ ＣＬ－４Ａ１２鋁合金的生產(chǎn)工藝
２．１熔煉工藝 用火焰爐熔煉，熔煉溫度為７５００Ｃ一７７００Ｃ。
２．２精煉工藝 在溫度７４０。Ｃ以上，用氬氣噴人普通精煉劑，精煉熔體１０ ｍｉｎ，精煉劑用量為０．１５％（質(zhì)量 分數(shù)），精煉后扒除浮渣。
２．３熔體的變質(zhì)處理工藝 由于通過變質(zhì)處理可以使片狀的共晶硅變?yōu)槔w維狀共晶硅，從而大幅地提高合金的力學(xué) 性能，對該合金用Ｎａ進行變質(zhì)處理。 熔體精煉完扒凈表面浮渣后，在７４０。Ｃ以上條件下，均勻地撒入鈉變質(zhì)劑，使用量為０．８％ （質(zhì)量分數(shù)），然后將其攪拌入熔體中，靜置１５ ｍｉｎ；熔體表面要用普通覆蓋劑進行保護，用量為 ０．２％（質(zhì)量分數(shù)）。熔體不能停留時間過長，否則會引起變質(zhì)失效或效果衰減。
２．４鑄造工藝 采用半連續(xù)直接水冷鑄造，因為該鑄造方法的冷卻強度大，有利于鑄造組織的細化。冷卻 速度的提高也可以減輕鑄錠的疏松程度，增加其致密度。 鑄錠規(guī)格拳４６０ ｍｍ，鑄造溫度７４０℃。７５０。Ｃ，鑄造速度３０ ０．０３ ＭＰａ。０．０６ ｍｍ／ｍｉｎ一３６ ｍｍ／ｍｉｎ，冷卻水水壓 ＭＰａ，對熔體使用３０ｐｐｉ陶瓷板過濾，為防止鑄錠底部裂紋，鑄造開頭時用純鋁 鋪底。 對ＣＬ－４Ａ１２熔體用燦．Ｔｉ．Ｂ進行組織細化，減少鑄錠的針孔狀疏松，提高合金的力學(xué)性能， 減少熱裂紋的傾向。Ａ１．Ｔｉ．Ｂ絲的添加量為６０ ２．５鑄錠的組織均勻化 ｍｍ／ｍｉｎ。 為了減少和消除鑄錠的晶內(nèi)偏析，改善其化學(xué)成分和組織上的不均勻性，提高其加工性 能，對鑄錠要進行均勻化。其工藝制度為：鑄錠加熱溫度４８５℃～４９５％，保溫時間１２ ｈ，出爐后 自然冷卻。 ２．６擠壓工藝及熱處理制度 擠壓時用大噸位的８０ ＭＮ噸油壓機擠壓，鑄錠加熱溫度３６０。Ｃ。４２０’：Ｕ，擠壓筒溫度３２０。Ｃ ．３４０℃，擠壓速度１ ｍ／ｍｉｎ。２ ｍ／ｍｉｎ。 由于合金中存在著多元共晶不平衡組織，經(jīng)固溶熱處理后Ｃ啦，Ｍｇ：ｓｉ相可以完全溶入ａ （ｍ）中，ｗ相可以部分溶入。用２５ ｍ立式淬火爐淬火，加熱溫度５３０±５℃，保溫１２０ ｍｉｎ后以 最快速度浸入水中。淬火后的制品用２０ ＭＮ拉伸機上拉伸，拉伸變形量１％～３％矯直，隨后 進行人工時效。 時效工藝為溫度１７０±５℃，保溫８ ｈ。 全國第十四屆輕合金加工學(xué)術(shù)交流會論文集 ．１４９ ３鑄錠及擠壓制品的檢驗 ＣＩ．－４Ａ１２合金鑄錠實際化學(xué)成分檢驗結(jié)果見表２，鑄錠低倍組織見圖２。擠壓泵體材低倍 組織見圖３。由于擠壓時鑄錠受三向擠壓力，使初晶硅及不溶解的化合物變形后嚴重破碎為 極小的二次晶均勻分布在基體上，低倍照片上因晶粒太細?。ňЯ６葹椋埃埃埃?２岫符）。故顯示 不夠清晰。
寰２ 培扶 ２５７８ ｓ； ９ ０６ ９ ２８ ９ Ｆｅ ０ ２４ ０ ２４ ０ ２４ ０ ２４ ０ ２１ ０ ２０ Ｃｂ４Ａ１２臺金鋪錠實際化學(xué)成分檢驗結(jié)果｛質(zhì)量分散】 Ｍｎ ０ ２２ ％ Ｓｎ ０．０ｌ ０ Ｃａ ０２ № ０ ４７ ０ ４９ ０ ５３ ０ ５６ ０ ５０ ０ ５７ “ １ ５０ １ ５５ １ ５１ Ｃｒ ０ ０１ ０ ０１ ０ ０７ ０ ０ ０ 辦 １７ １３ １４ ０ ＊Ｐｂ １９ ０ Ｏｌ ０ ０ｌ ２５７９ ２５８０ ３３０６ ３３０７ ０ ２４ ０ ２４ ０ ２５ ０ ２３ ０ ２４ ０ ２０ ０ １９ ０們０ ０３ ０ Ｏｌ ００１ ０ ０１ Ｏ ０１１ ０ ０３ ０ ０ 結(jié)論 臺格 合格 １６ ０ ０ｌｌ ０ ０１ ０ ０１ Ｏ ０ｌ ９１２ ８ ９９ ９ ４８ １ ６５ 】４７ １ ６７ ０ ０６ ０ ０１ ０１６ ０ ２０ ０ ２０ ０ ２０ ０ １３ ０ ０７ 合格 ０３合格 ０３ 臺格 合格 ３３塑 ０Ｉ）６ ０叭 Ｉ 一 一鮐 ” ’ 口３ Ｃｂ４Ａ１２臺盒擠Ⅱｉ體材ｍ倍ｍ＊ 誓 Ｉ ’。 ’ Ｉ 目４ ｒＬ４Ａ１２臺盒鑄錠高倍組目
（２）擠壓泵體材高倍組織檢驗見圖５。擠壓泵體材的縱向、橫向各取試樣．經(jīng)高倍檢驗可 見ａ（Ａ１）基體發(fā)亮，橫向試樣有方向性不強的二次晶雜亂排列，但分布均勻細小?？v向試樣二 次晶亦均勻、細小，有沿擠壓方向成行排列的趨勢。 １５０． 全國第十四屆輕臺金加工學(xué)術(shù)交流會論文纂 明５擠壓幕體材膏倍蛆扳 ＣＬＭＡｌ２鋁臺金與７００５鋁合金的性能對比見表３。 襄３ 合金 ＣＬＭＡｌ２鑄錠 ＣＬ一４Ａ１２擠壓泵體材 ＣＬ－４Ａ１２鋁合盒與７００５鋁臺金的力學(xué)性能對比 Ｒ。，（Ｎ?一。） １８０ ３３５ ３３１ Ｒ“，（Ｎ－Ｍ“） １２０ ３０５ ２９０ Ａ／％ ３ ８ １０ ７∞５臺金擠壓泵體材 １墮！量量壁壁 ４分析 ！翌 ！豎 ?。海?半連續(xù)直接水冷鑄造時，鑄錠的凝固速度一般為舯ｐ“ｓ～１２０腫√ｓ，此時ｃ取任何值，均 在圖６中Ｃ區(qū)范圍內(nèi)，這時共晶硅均呈相互連接無規(guī)則的片狀，即常見凝固條件下的共晶形 貌。但加人微量的鈉變質(zhì)后，共晶硅將從片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅糠种Φ睦w維狀。而金屬模鑄造生產(chǎn) 的鑄件凝固速度一般為小于５”ｍ／ｓ，溫度梯度Ｇ均較小，在Ｏ．５ Ｋ／ｍｍ一１ Ｋ／ｒａｍ，一般此時處在 Ｂ區(qū)．共晶硅呈小晶面粗棒狀，具有＜１００＞擇優(yōu)長大方向。因而半連續(xù)直接水冷鑄造鈉變質(zhì) 的鑄錠的組織和性能比金屬模鑄造的要好，這種結(jié)果也勢必會遺傳給擠壓泵體材。使其性能 有較大幅度的提高。如表３所示。 ．＾ ， ＾． ；☆一ｏＭｔＮ■ ／ ｊ／ Ｍ 一．＼ 田６＃量＊ｎ與Ｉ鷹棒＆Ｇ與囊目逮鷹ｒ２目的＊幕 全國第十四屆輕合金加工學(xué)術(shù)交流會論文集 從圖７可知，ｍ．Ｓｉ合金當ｗ（Ｓｉ）＝８％．１０％時，部件的泄漏壁厚度最小，僅為ｌ ｒａｉｎ左右。 反過來也可以印證在此Ｓｉ含量范圍時合金的氣密性最好。這就是ＣＬ一４Ａ１２合金氣密性好的 原因。此外，在２０℃情況下ＣＬ－４Ａ１２合金的體膨脹系數(shù)為５６×１０。６矗／甜?Ｋ，而７００５為６７× ｌＯ“ｍ３／ｍ３?Ｋ，這也是裝配后的油泵ＣＬ－４Ａ１２合金泵體比７００５合金泵體氣密性好的原因所在。 Ｘ 鰱 捌 贈 魏 掣 糖 擴 茸 昌 叫Ｓｉ）／％ 圖７合金氣密性與Ｓｉ含量的關(guān)系 因為擠壓時鑄錠在擠壓變形區(qū)中處于強烈的三向應(yīng)力狀態(tài)，可以充分的發(fā)揮其塑性，獲得 大的變形量，從而改善了合金材料的組織，提高了其力學(xué)性能。特別是淬火后的縱向力學(xué)性能 將遠遠高過于其他加工方法生產(chǎn)的同類制品。所以ＣＬ－４Ａ１２合金擠壓的泵體材Ｒｍ、尺曲孫Ａ 分別比鑄態(tài)的高７０ 耐壓３０ Ｎ／舢２以上的需求。 Ｎ／耐、８５ Ｎ／一、５％，比７００５鋁合金擠壓泵體材的也高。完全可以滿足 鑄錠經(jīng)三向應(yīng)力擠壓，使初晶硅及不溶解的化合物變形后破碎為二次晶均勻地分布在基 體上；合金組織成為變形組織。其力學(xué)性能也就必然比鑄態(tài)的高。 通過細化處理，使鑄錠組織為細晶，初生相質(zhì)點也相應(yīng)細小了。擠壓成形的結(jié)果會使其更 細小、均勻的分布，合金組織的細化提高了合金的性能。 ５結(jié) 論 （１）ＣＬ－－４Ａ１２合金的優(yōu)良性能，將為需要耐高溫性、耐磨性和密封性好的鋁合金機械零部 件提供了新的材料選擇。 （２）ＣＬ４Ａ１２是叢林鋁業(yè)公司自主研發(fā)的新合金，已向國家申請專利。并向國家輕金屬標 委會申請了牌號注冊。這充分顯示了叢林鋁業(yè)的創(chuàng)新能力和技術(shù)水平。
參考文獻： 〔１〕 〔２〕 〔３〕 陸文華，高隆盛，董良余，等．鑄造合金及其熔煉〔Ｍ〕．北京：機械工藝出版社，１９９６． 張士其，任頌贊．簡明鋁合金手冊〔Ｍ〕．上海：上?？萍嘉墨I出版社，２００１． 王祝堂，田榮璋．鋁合金及其加工手冊．長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，１９８８． 北京：中國知識出版社． 〔４〕趙志遠．鋁和鋁舍金牌號與金相圖譜速用、速查及金相檢驗技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用指導(dǎo)手冊〔Ｍ〕． 〔５〕 陸樹蓀．有色鑄造合金及熔煉〔．Ｍ〕．北京：國防出版社，１９８３． 一種新的高硅變形鋁合金 作者： 作者單位： 張培良， 蘇振佳， 楊軍祖， 祝偉忠， 趙志升， 吳英杰
近日，科技部在烏魯木齊組織召開了“十一五”國家科技支撐計劃“節(jié)約型高硅變形鋁硅合金生產(chǎn)工藝開發(fā)與示范”重點項目驗收會。
現(xiàn)已大量用于生產(chǎn)泵體材，并已申報了國家專利和國家變 形鋁合金牌號。
關(guān)鍵詞：高硅變形鋁合；成分；雜質(zhì)；合金性能；
泵體材 ２００５年某油泵廠來我公司求援，他們現(xiàn)用的７００５鋁合金擠壓泵體材制作的特種高壓油泵 殼體存在著熱變形大，耐高溫、耐磨性和氣密性差等問題，降低了油泵的性能和使用壽命，進而 影響了產(chǎn)品的銷路，希望我公司能幫助研制一種高性能的鋁合金代替７００５鋁合金擠壓泵體材 制作泵殼，以提高油泵的性能和使用壽命，重新占據(jù)市場。
對此問題叢林鋁業(yè)公司領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù) 人員根據(jù)用戶反映的情況進行了認真的分析研究，７００５鋁合金擠壓泵體材是常用的泵殼材料。 如果它還不能滿足用戶所生產(chǎn)油泵的需要，那么所選擇合金的高溫性、熱變形性、耐磨性和氣 密性等就必須比７００５鋁合金的好，同時還要考慮該合金的鑄造和擠壓性能相對也要好一些， 以便于我公司生產(chǎn)。我們首先考慮用制造內(nèi)燃機機車活塞的４０３２鋁合金擠壓泵體材，因該合 金的耐磨性、耐高溫、氣密性、加工等性能都比較好，但由于該合金中Ｗ（Ｎｉ）＝０．８％。１．Ｏ％， 且在熔煉時Ｎｉ要以中間合金形式加入，ｍ．Ｎｉ中間合金價格昂貴，僅此一項每噸擠壓泵材的成 本就會增加２ ０００元～３ ０００元，用戶表示不能承受。
我們分析４０３２鋁合金之所以具有上述一 系列優(yōu)點，是由于它是以ｓｉ為主要成分的合金，那么我們可不可以研制一種含Ｓｉ量高的鋁合 金擠壓泵體材呢？而這方面國內(nèi)外資料尚無相關(guān)報道。經(jīng)反復(fù)調(diào)整合金成分及配比，并通過 １８次試驗，最后綜合分析比較，選擇了性能相對較好的合金配方進行試生產(chǎn)，暫定牌號為ＣＬ－ ４Ａ１２。此后經(jīng)過一年多的進一步研究、試生產(chǎn)和用戶試用，并對使用該合金制作的泵殼考察， 證明了其熱變形性、耐熱性、耐磨性、耐壓性和氣密性均好于７００５鋁合金的。所制造的油泵性 能得以提高，深受用戶歡迎。該用戶從此也成為叢林公司的長期客戶。而且又為叢林公司發(fā) 展了一批新用戶，年訂貨量達到７６０ ｔ以上。
從２００５年至今已生產(chǎn)ＣＬ－４Ａ１２鋁合金擠壓泵體材 ２ ０００ ｔ，ＣＬ－４Ａ１２鋁合金擠壓泵體材的研究成功不僅解決了用戶急需，開拓出新市場，而且也顯 現(xiàn)了叢林鋁業(yè)的技術(shù)水平。 ＣＬ－４Ａ１２鋁合金屬于叢林鋁業(yè)的研制發(fā)明，它屬于ｍ．Ｓｉ系可熱處理強化鋁合金。由于含 Ｓｉ量高，熔點相對較低，熔體的流動性好，容易補縮，因而鑄造性能好。又因為該合金的耐磨 性、耐壓性、高溫性能和氣密性好，鑄態(tài)或熱處理后力學(xué)性能在ｍ．Ｓｉ系合金中也是較好的，所 以適用于熱加工方法制造形狀復(fù)雜、承受高載荷、氣密性要求高的零部件。 １ ＣＬ．４Ａ１２鋁合金中的主要合金元素及雜質(zhì)的作用 Ｓｉ是該合金的主要合金元素，Ｗ（Ｓｉ）＝８％一１０％，Ｓｉ在合金中主要以Ｑ＋Ｓｉ共晶體和８ （Ａ１５ＦｅＳｉ）的形式存在。由于Ｓｉ的含量較高，使合金熔體有很好的流動性和鑄造性能。Ｓｉ的含 量高也使合金的強度和耐磨性隨之增高。
一－ 全國第十四墾竺魚全塑三蘭查奎鎏全笙蘭苧 一＿————————————————————————一一 ：竺Ｌ ｃｕ在合金中含量彬（Ｃｕ）＝１．３％。１。８％，可以在合金中形成ＣｕＡｌ２相，提高合金的堡搴。． Ｍｇ在合金中的含量硼（Ｍｇ）：Ｏ．４％，Ｏ．６％，可以在合金中形成ＭｇｚＳｉ相，亦可以提高合金 ｎ相的誓薟囂黧 警Ｍ篁相絮改零淼七日雌啪蒯ｎ人，效Ｔｉ 的袈搿桃影凝相曼酬改冷黧卻？黧麓堡霽囂薹慧燃徽誓’挈’妻焉嘉篇蟹姜黜笑景篙赫流ｆ淼ｉｔ溢諜Ｆ …ｗ（Ｆｅ）…＜０．４％改。蠻Ｎ８囂磊蓑囂；嬲虢各薔盛竺茹３篡器）： ，它際赳固ｊ谷俸強化作用少ｒ，您眩以義節(jié)。形、囝 ）＝．％一． ｎ在合金中的含量 的強烹Ｍ在合會中的含量ｗ（Ｍｎ）＝０．１％。０．３５％，它除起固溶體強化作用外，還能改變針狀富 ０ 在合金中的含量 ｗ（Ｔｉ ）＝． ～０． １５％３５％Ｔｉ ， 能１更晶粒馴化。則以ｍ。１卜ｂ ７沙Ａ月ｕ／ｂ獄 ，芏砒八 果更凳曹該合會中的有害雜質(zhì)，在合金中可以生成ｐ－ｓｉ相（ＡｌＩ，，ＦｅｚＳｉｚ）ＦｅｚＳｉｚ，Ｎ…Ｎ…耽饅…Ｙ一－Ｎ一，呈粗大 ｎ旱該合會中的有害雜質(zhì)，在合金中可以生成ｐ—Ｓｉ相（， ， （ｅ）＝０．６７～Ｏ．８為好。此外在半連續(xù)鑄造時，由于冷卻強度大，ｐ’Ｓ１和也蕓睫乏剮’兒’圳¨１Ｈ 應(yīng)也會減Ｓ 理時龕燃囂囂黧囂麓裟端玎Ｔ人Ｏ而帶來的，在鋁液中會生成ｃ斌它能 、 隆低竺粼齲篙裟豁鬈軍囂篆茹茹 ｎ處熱品制在脯共點熔低成形 在該合金中也是有害雜質(zhì)，它們與合金中的 Ｐｂ 、 鬻霎繇囂抵它們與合金中的 一————————————————————一 Ａ１ 、彤廄１氐烙息犬畝日１傘，位利叩琳灶 Ｓｉ 降低合金的流動性，使鑄錠產(chǎn)生疏松。這種化合物饅｜Ｔ『】脆，舍金甲明彬Ｌ№，世任巾。１士仉叩加Ｍ 查！竺竺堂塑堂型竺型——葡一 苴柿摯甩 ６５０ Ｌ 蛆 ６∞ ５５０ ｐ 云５２１ 贈５００ ４５０ ４ ５ Ⅳ（Ｃｕ）／％ 在合金中同時加入Ｓｉ，Ｃｕ、Ｍｇ時可以形成ａ（ｍ）、Ｓｉ、Ｍｇｚ Ｓｉ、ＣｕＡｌ２、ｗ、從ｃｕ４‰甌？ ＡｌｓＦｅＭ９３Ｓｉ。、ＴｉＡｌ３和Ａ１ＦｅＭｎＳｉ等相。從圖１可見，在結(jié)晶過程中，首先從液體結(jié)晶出ａ（ｍ’：苧 后有Ｌ－．ａ（ＡＩ）＋Ｓｉ二元共晶反應(yīng)，再后合金中有Ｌ＋ａ（Ａ｜）＋ｓｉ＋ｗ（舢。ｃ№Ｍ＆ｓｉ４）三元晶，或者 在５２ｌ℃發(fā)生Ｌ＋Ｍ＆Ｓｉ＋ａ（趾）＋Ｓｉ＋ｗ的包晶反應(yīng)，最后在５０５ｃｃ有Ｌ＋ａ（ＡＤ＋Ｓｉ＋ＣｕＡｌ２＋ｗ 全國第十四屆輕合金Ｊｊｕ－ｒ”學(xué)術(shù)交流會論文集 四元共晶反應(yīng)直至結(jié)晶完畢。ｗ（Ｃｕ）＝Ｏ．８％的合金，平衡結(jié)晶后的組織由ｄ（Ａ１）＋Ｓｉ＋ｃｕ鴿 ＋ｗ（ｗ相只有合金在緩慢結(jié)晶時才會形成）四相組成，不平衡結(jié)晶后的組織由ａ（Ａ１）＋ｓｉ＋ Ｍ洲：＋Ｃｕｍ２四相組成。此合金在淬火加熱時Ｃ刪：、Ｍｇ：Ｓｉ完全溶解于ａ（燦）中，ｗ相可部分 溶人，所以，熱強性以Ｃ啦為最好，ｗ相熱處理強化效果最好，Ｍｇ：Ｓｉ次之。為得到好的強化 效果，對于合金中的Ｍｇ和Ｃｕ的含量要適當控制，因為Ｃｕ和Ｍｇ總量低時，強化效果不明顯。 但總量高時合金變脆，塑性下降，最佳控制總量一般不超過２％，且Ｗ（Ｃｕ）：Ｗ（Ｍｇ）一２：５為好。
２ ＣＬ－４Ａ１２鋁合金的生產(chǎn)工藝
２．１熔煉工藝 用火焰爐熔煉，熔煉溫度為７５００Ｃ一７７００Ｃ。
２．２精煉工藝 在溫度７４０。Ｃ以上，用氬氣噴人普通精煉劑，精煉熔體１０ ｍｉｎ，精煉劑用量為０．１５％（質(zhì)量 分數(shù)），精煉后扒除浮渣。
２．３熔體的變質(zhì)處理工藝 由于通過變質(zhì)處理可以使片狀的共晶硅變?yōu)槔w維狀共晶硅，從而大幅地提高合金的力學(xué) 性能，對該合金用Ｎａ進行變質(zhì)處理。 熔體精煉完扒凈表面浮渣后，在７４０。Ｃ以上條件下，均勻地撒入鈉變質(zhì)劑，使用量為０．８％ （質(zhì)量分數(shù)），然后將其攪拌入熔體中，靜置１５ ｍｉｎ；熔體表面要用普通覆蓋劑進行保護，用量為 ０．２％（質(zhì)量分數(shù)）。熔體不能停留時間過長，否則會引起變質(zhì)失效或效果衰減。
２．４鑄造工藝 采用半連續(xù)直接水冷鑄造，因為該鑄造方法的冷卻強度大，有利于鑄造組織的細化。冷卻 速度的提高也可以減輕鑄錠的疏松程度，增加其致密度。 鑄錠規(guī)格拳４６０ ｍｍ，鑄造溫度７４０℃。７５０。Ｃ，鑄造速度３０ ０．０３ ＭＰａ。０．０６ ｍｍ／ｍｉｎ一３６ ｍｍ／ｍｉｎ，冷卻水水壓 ＭＰａ，對熔體使用３０ｐｐｉ陶瓷板過濾，為防止鑄錠底部裂紋，鑄造開頭時用純鋁 鋪底。 對ＣＬ－４Ａ１２熔體用燦．Ｔｉ．Ｂ進行組織細化，減少鑄錠的針孔狀疏松，提高合金的力學(xué)性能， 減少熱裂紋的傾向。Ａ１．Ｔｉ．Ｂ絲的添加量為６０ ２．５鑄錠的組織均勻化 ｍｍ／ｍｉｎ。 為了減少和消除鑄錠的晶內(nèi)偏析，改善其化學(xué)成分和組織上的不均勻性，提高其加工性 能，對鑄錠要進行均勻化。其工藝制度為：鑄錠加熱溫度４８５℃～４９５％，保溫時間１２ ｈ，出爐后 自然冷卻。 ２．６擠壓工藝及熱處理制度 擠壓時用大噸位的８０ ＭＮ噸油壓機擠壓，鑄錠加熱溫度３６０。Ｃ。４２０’：Ｕ，擠壓筒溫度３２０。Ｃ ．３４０℃，擠壓速度１ ｍ／ｍｉｎ。２ ｍ／ｍｉｎ。 由于合金中存在著多元共晶不平衡組織，經(jīng)固溶熱處理后Ｃ啦，Ｍｇ：ｓｉ相可以完全溶入ａ （ｍ）中，ｗ相可以部分溶入。用２５ ｍ立式淬火爐淬火，加熱溫度５３０±５℃，保溫１２０ ｍｉｎ后以 最快速度浸入水中。淬火后的制品用２０ ＭＮ拉伸機上拉伸，拉伸變形量１％～３％矯直，隨后 進行人工時效。 時效工藝為溫度１７０±５℃，保溫８ ｈ。 全國第十四屆輕合金加工學(xué)術(shù)交流會論文集 ．１４９ ３鑄錠及擠壓制品的檢驗 ＣＩ．－４Ａ１２合金鑄錠實際化學(xué)成分檢驗結(jié)果見表２，鑄錠低倍組織見圖２。擠壓泵體材低倍 組織見圖３。由于擠壓時鑄錠受三向擠壓力，使初晶硅及不溶解的化合物變形后嚴重破碎為 極小的二次晶均勻分布在基體上，低倍照片上因晶粒太細?。ňЯ６葹椋埃埃埃?２岫符）。故顯示 不夠清晰。
寰２ 培扶 ２５７８ ｓ； ９ ０６ ９ ２８ ９ Ｆｅ ０ ２４ ０ ２４ ０ ２４ ０ ２４ ０ ２１ ０ ２０ Ｃｂ４Ａ１２臺金鋪錠實際化學(xué)成分檢驗結(jié)果｛質(zhì)量分散】 Ｍｎ ０ ２２ ％ Ｓｎ ０．０ｌ ０ Ｃａ ０２ № ０ ４７ ０ ４９ ０ ５３ ０ ５６ ０ ５０ ０ ５７ “ １ ５０ １ ５５ １ ５１ Ｃｒ ０ ０１ ０ ０１ ０ ０７ ０ ０ ０ 辦 １７ １３ １４ ０ ＊Ｐｂ １９ ０ Ｏｌ ０ ０ｌ ２５７９ ２５８０ ３３０６ ３３０７ ０ ２４ ０ ２４ ０ ２５ ０ ２３ ０ ２４ ０ ２０ ０ １９ ０們０ ０３ ０ Ｏｌ ００１ ０ ０１ Ｏ ０１１ ０ ０３ ０ ０ 結(jié)論 臺格 合格 １６ ０ ０ｌｌ ０ ０１ ０ ０１ Ｏ ０ｌ ９１２ ８ ９９ ９ ４８ １ ６５ 】４７ １ ６７ ０ ０６ ０ ０１ ０１６ ０ ２０ ０ ２０ ０ ２０ ０ １３ ０ ０７ 合格 ０３合格 ０３ 臺格 合格 ３３塑 ０Ｉ）６ ０叭 Ｉ 一 一鮐 ” ’ 口３ Ｃｂ４Ａ１２臺盒擠Ⅱｉ體材ｍ倍ｍ＊ 誓 Ｉ ’。 ’ Ｉ 目４ ｒＬ４Ａ１２臺盒鑄錠高倍組目
（２）擠壓泵體材高倍組織檢驗見圖５。擠壓泵體材的縱向、橫向各取試樣．經(jīng)高倍檢驗可 見ａ（Ａ１）基體發(fā)亮，橫向試樣有方向性不強的二次晶雜亂排列，但分布均勻細小?？v向試樣二 次晶亦均勻、細小，有沿擠壓方向成行排列的趨勢。 １５０． 全國第十四屆輕臺金加工學(xué)術(shù)交流會論文纂 明５擠壓幕體材膏倍蛆扳 ＣＬＭＡｌ２鋁臺金與７００５鋁合金的性能對比見表３。 襄３ 合金 ＣＬＭＡｌ２鑄錠 ＣＬ一４Ａ１２擠壓泵體材 ＣＬ－４Ａ１２鋁合盒與７００５鋁臺金的力學(xué)性能對比 Ｒ。，（Ｎ?一。） １８０ ３３５ ３３１ Ｒ“，（Ｎ－Ｍ“） １２０ ３０５ ２９０ Ａ／％ ３ ８ １０ ７∞５臺金擠壓泵體材 １墮！量量壁壁 ４分析 ！翌 ！豎 ?。海?半連續(xù)直接水冷鑄造時，鑄錠的凝固速度一般為舯ｐ“ｓ～１２０腫√ｓ，此時ｃ取任何值，均 在圖６中Ｃ區(qū)范圍內(nèi)，這時共晶硅均呈相互連接無規(guī)則的片狀，即常見凝固條件下的共晶形 貌。但加人微量的鈉變質(zhì)后，共晶硅將從片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅糠种Φ睦w維狀。而金屬模鑄造生產(chǎn) 的鑄件凝固速度一般為小于５”ｍ／ｓ，溫度梯度Ｇ均較小，在Ｏ．５ Ｋ／ｍｍ一１ Ｋ／ｒａｍ，一般此時處在 Ｂ區(qū)．共晶硅呈小晶面粗棒狀，具有＜１００＞擇優(yōu)長大方向。因而半連續(xù)直接水冷鑄造鈉變質(zhì) 的鑄錠的組織和性能比金屬模鑄造的要好，這種結(jié)果也勢必會遺傳給擠壓泵體材。使其性能 有較大幅度的提高。如表３所示。 ．＾ ， ＾． ；☆一ｏＭｔＮ■ ／ ｊ／ Ｍ 一．＼ 田６＃量＊ｎ與Ｉ鷹棒＆Ｇ與囊目逮鷹ｒ２目的＊幕 全國第十四屆輕合金加工學(xué)術(shù)交流會論文集 從圖７可知，ｍ．Ｓｉ合金當ｗ（Ｓｉ）＝８％．１０％時，部件的泄漏壁厚度最小，僅為ｌ ｒａｉｎ左右。 反過來也可以印證在此Ｓｉ含量范圍時合金的氣密性最好。這就是ＣＬ一４Ａ１２合金氣密性好的 原因。此外，在２０℃情況下ＣＬ－４Ａ１２合金的體膨脹系數(shù)為５６×１０。６矗／甜?Ｋ，而７００５為６７× ｌＯ“ｍ３／ｍ３?Ｋ，這也是裝配后的油泵ＣＬ－４Ａ１２合金泵體比７００５合金泵體氣密性好的原因所在。 Ｘ 鰱 捌 贈 魏 掣 糖 擴 茸 昌 叫Ｓｉ）／％ 圖７合金氣密性與Ｓｉ含量的關(guān)系 因為擠壓時鑄錠在擠壓變形區(qū)中處于強烈的三向應(yīng)力狀態(tài)，可以充分的發(fā)揮其塑性，獲得 大的變形量，從而改善了合金材料的組織，提高了其力學(xué)性能。特別是淬火后的縱向力學(xué)性能 將遠遠高過于其他加工方法生產(chǎn)的同類制品。所以ＣＬ－４Ａ１２合金擠壓的泵體材Ｒｍ、尺曲孫Ａ 分別比鑄態(tài)的高７０ 耐壓３０ Ｎ／舢２以上的需求。 Ｎ／耐、８５ Ｎ／一、５％，比７００５鋁合金擠壓泵體材的也高。完全可以滿足 鑄錠經(jīng)三向應(yīng)力擠壓，使初晶硅及不溶解的化合物變形后破碎為二次晶均勻地分布在基 體上；合金組織成為變形組織。其力學(xué)性能也就必然比鑄態(tài)的高。 通過細化處理，使鑄錠組織為細晶，初生相質(zhì)點也相應(yīng)細小了。擠壓成形的結(jié)果會使其更 細小、均勻的分布，合金組織的細化提高了合金的性能。 ５結(jié) 論 （１）ＣＬ－－４Ａ１２合金的優(yōu)良性能，將為需要耐高溫性、耐磨性和密封性好的鋁合金機械零部 件提供了新的材料選擇。 （２）ＣＬ４Ａ１２是叢林鋁業(yè)公司自主研發(fā)的新合金，已向國家申請專利。并向國家輕金屬標 委會申請了牌號注冊。這充分顯示了叢林鋁業(yè)的創(chuàng)新能力和技術(shù)水平。
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近日，科技部在烏魯木齊組織召開了“十一五”國家科技支撐計劃“節(jié)約型高硅變形鋁硅合金生產(chǎn)工藝開發(fā)與示范”重點項目驗收會。
項目由新疆自治區(qū)科技廳負責(zé)組織實施，完成了含鎂高硅鋁合金擠壓型材產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵共性技術(shù)開發(fā)與技術(shù)體系建立、產(chǎn)業(yè)化示范線建設(shè)；突破了含鎂高硅鋁合金的大凝固界面溫度梯度半連續(xù)鑄造、復(fù)雜斷面薄壁型材擠壓與熱處理等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的兩種含鎂高硅變形鋁合金及焊接材料；
針對廢鋁生態(tài)再生工藝開發(fā)，實現(xiàn)再生利用量大于30%，有效解決分離變形鋁合金和鑄造鋁合金廢料的難題。項目建成了10萬噸/年半連鑄生產(chǎn)線和1萬噸/年的擠壓生產(chǎn)線，在建筑和工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用.
針對廢鋁生態(tài)再生工藝開發(fā)，實現(xiàn)再生利用量大于30%，有效解決分離變形鋁合金和鑄造鋁合金廢料的難題。項目建成了10萬噸/年半連鑄生產(chǎn)線和1萬噸/年的擠壓生產(chǎn)線，在建筑和工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用.
