专利名称：：环保易切削铝合金的制备工艺的制作方法
技术领域：
：本发明涉及--类环保易切削铝合金的制备工艺。
背景技术：
：易切削铝合金由于其削加工性能好，而使工件加工效率得到大幅提高，再则其产品表面光洁度好、精度高，被广泛地应用于各种精密部件。随着世界各国对环保要求的提高，有毒元素铅被欧盟及其它国家禁止生产与使用，而我国是易切削铝合金出口大国，新型无铅易切削铝合金的研发势在必行。开发新型无铅易切削铝合金旨在用绿色环保的组元替代有毒金属铅，形成无铅易切削铝合金新体系。如今我们用绿色环保元素代替一般易切削铝合金中的铅，并保证其切削性能不减弱。传统的含铅易切削铝合金切削机制(Sircar，Subhasish.USPat，6416598.2002207209)是工件在高速切削过程中机械能转变成热能，工件温度升高，当摩擦生热使得在切削刀具和材料的接触点附近的温度升高达到或接近低熔点组元的熔点时，在接触点的这种化合物发生了软化和熔化，在切削力的作用下低熔点物质的这个点上就容易断裂使合金在加工过程中切屑不易发生粘刀、缠刀、排屑方便。而新添加的环保易切削元素在合金基体中的存在形式与含铅的合金不一样,扩散方式及分布状况也相应的有所变化。经过一定量的形变处理，合理的热处理使新添加的易切削元素形成的新相能充分均匀地分布到基体之中去。
发明内容发明的目的是通过对合金的变形、热处理，使无铅易切削铝合金中添加的绿色环保易切削元素，分布更加均匀，使合金得到较佳切削性能及力学性能。本发明的目的是通过下述方式实现的本发明的方法是采用2xxx系或6xxx系铝合金，用元素Sn、Bi中的一种或两种替换铝合金中的铅元素；在选用Sn、Bi两种中的一种的情况下，Sn或Bi占铝合金总含量的().1%-2%;同时选用Sn、Bi两种中的情况下，Sn、Bi两者的含量占铝合金总含量的0.2-4%;按照....匕述设定的合金元素成分进行原料准备配料；通过合金化处理熔炼，铸锭；将铸锭在420-43(TC下热挤压；在52CTC-58(TC下固溶，保温1.5-2.5小时；在恒温箱中15(rC-l-90。C保温7.5-8小时时效。在520°C_5801;下固溶,保温1.5_2.5小时后，还可通过冷拉变形处理，变形量为6_8%，再放入到恒温箱中。本发明最优选的方案之一为按照上述设定的合金元素成分进行原料准备配料；通过合金化处理熔炼，搅拌铸造，铸成直径9()mm的铸锭；对铸锭420-43(rC热挤压；570°C_575°C固溶，保温1.5-2小时；在恒温箱中170。C保温8小时时效。本发明最优选的方案之二为按照....匕述设定的合金元素成分进行原料准备配料；通过合金化处理熔炼，搅拌铸造，铸成直径90mm的铸锭；对铸锭420-43(TC热挤压；3570°C-575。C固溶，保温1.5-2小时；冷拉变形，变形量为7%;在恒温箱中170。C保温8小时时效。本发明具体的工艺方法如下铸造根据设计的成分，准备所用的材料，采用搅拌铸造的方法，浇铸出①94mmX420mm的铸锭，经过52(TC保温6小时的均匀化处理，之后水冷；热挤压铝锭均匀化处理之后的，进行车削，将铸锭表面去除，然后放入炉中(炉温46(TC)加热，加热至试样温度为42(TC，之后就用挤压机开始热挤压，挤压筒的温度为38(rC，挤压速度1()m/s，挤压成(D12ram的圆棒;固溶将热挤压之后的试样进行固溶热处理，固溶温度57CTC-575°C,保温1.5_2小时；冷拉变形对于制作T8态的成品则是在固溶的基础上，进行冷拉变形(变形量为7-8%)时效固溶之后进行时效处理17(TC保温8小时。本发明在用元素Sn、Bi两种中的一种或两种替换铝合金中的铅元素时，配料可优选采用以下方式本发明在同时选用Sn、Bi两种中的情况下，Sn含量优选占铝合金总含量0.1%-2%;Bi含量优选占铝合金总含量().1%-2%。同时选用Sn、Bi两种中的情况下，Sn含量最优选占铝合金总含量0.1%-1.5%;Bi含量最优选占铝合金总含量O.1%-1.5%。本发明还可添加有稀土元素作添加剂。优选La、Ce、Er或y中一种或几种。稀土元素的含量不高于铝合金总含量2%为佳。含Mg元素的2xxx系或6xxx系铝合金中，同时选用Sn、Bi两种中的情况下，Mg:Sn的含量比i:5;Mg:Bi含量比i:6为最佳。图1为实例1固溶温度对合金强度的影响；图2为实例1固溶时间对合金强度的影响；图3为实例1时效温度与合金强度的影响；图4为实例1时效时间对合金强度的影响；图5为实例2固溶温度对合金强度的影响；图6为实例2固溶时间对合金强度的影响；图7为实例2时效温度与合金强度的影响；图9为实例2时效时间对合金强度的影响；图9a)实施例1得到的合金SEM照片；图9b)实施例2得到的合金SEM照片。具体实施例方式以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。本发明可以按
发明内容所述的任一方式实施。实施例1)成分本发明的成分组成的实例如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2)制备工艺铸造根据设计的成分，准备所用的材料，采用搅拌铸造的方法，浇铸出①94mmX420mm的铸锭，经过52(TC保温6小时的均匀化处理，之后水冷；热挤压铝锭均匀化处理之后的，进行车削，将铸锭表面去除，然后放入炉中(炉温46()。C)加热，加热至试样温度为420。C，之后就用挤压机开始热挤压，挤压筒的温度为38(TC,挤压速度10m/s，挤压成①12mm的圆棒；固溶将热挤压之后的试样进行固溶热处理，实例1、2的固溶温度分别为57CTC与575"C，保温都是2小时;时效固溶之后进行时效处理170°C保温8小时。3)性能本发明以上实施例的最佳的固溶时效处理的工艺参数是经过以下一系列实验得出的:分别在0.5h、lh、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h的时间下以S20。C、S30。C、S40。C、550。C、560°C、565°C、570°C、575°C、580°C等温度下实验得出最佳固溶工艺制度；时效处理处理的工艺参数是经过以下一系列实验得出的分别在lh到18h，间隔一个小时的时间下以i4(rc、i5(rc、ie(rc、i7(rc、is(rc、19(rc等温度下得出最佳的实效处理制度。本发明通过对合金在不同固溶温度、时间下的力学性能测试来确定最终该合金的固溶制度。观察实验结果图1、2、5、6，发现540。C、550。C、560。C、565。C、570°C、575。C固溶温度下保温两个小时，合金的力学性能是逐渐上升再下降的。实例1、2的峰值分别是57(TC与575°C。合金强度与固溶时间的关系也是先上升再下降，实例1、2的峰值达到峰值的时间分别为2小时、1.5小时。从图3、4、7、8中可以发现，合金在不同时效温度下，强度变化的趋势是先上升在下降，在17(TC的时候到达最大值。合金硬度随着时间增加而增加，8小时时合金达到最大值，时间继续增加，合金硬度略有所下降，幅度不大，基本上保持不变。得出实例1、2两种合金最佳的时效制度为17(TC保温8小时。且添加Sn、Bi对合金的强度影响不大。本发明的最主要的目的是为了使添加的Sn、Bi及其化合物能在合金中均匀分布，且其粒子大小控制在1-20微米之间，因为大小卜20微米的粒子最有利于提高合金的切削性能。利用本发明的制备工艺，Sn、Bi在合金中的分布很均匀，且大小也在规定的范围之内(如图9a、图恥所示)。因此，以上实验也证明在本发明工艺下制备的无铅易切削铝合金性能最佳。权利要求环保易切削铝合金的制备工艺，其特征是，采用2xxx系或6xxx系铝合金元素，用元素Sn、Bi中的一种或两种替换铝合金中的铅元素；在选用Sn、Bi两种中的一种的情况下，Sn或Bi占铝合金总含量的0.1％-2％；同时选用Sn、Bi两种中的情况下，Sn、Bi两者的含量占铝合金总含量的0.2-4％；按照上述设定的合金元素成分进行原料准备配料；通过合金化处理熔炼，铸锭；将铸锭在420-430℃下热挤压；在520℃-580℃下固溶，保温1.5-2.5小时；在恒温箱中150℃-190℃保温7.5-8小时时效。2.根据权利要求1所述的环保易切削铝合金的制备工艺,其特征是，在520°C-58(TC下固溶，保温1.5-2.5小时后，还通过冷拉变形处理，变形量为6-8%,再放入到恒温箱中。3.根据权利要求1所述的环保易切削铝合金的制备工艺，其特征是，通过合金化处理熔炼，搅拌铸造，铸成直径90mm的铸锭；对铸锭420-43(TC热挤压；57(TC-575°〇固溶，保温1.5-2小时；在恒温箱中170。C保温8小时时效。4.根据权利要求1所述的环保易切削铝合金的制备工艺，其特征是，通过合金化处理熔炼，搅拌铸造,铸成直径90mm的铸锭；对铸锭420-430。C热挤压；57(TC_5751^固溶，保温1.5-2小时；冷拉变形，变形量为7%;在恒温箱中17(TC保温8小时时效。5.根据权利要求卜4任一项所述的环保易切削铝合金的制备工艺，其特征是，在同时选用Sn、Bi两种中的情况下，Sn含量占铝合金总含量().1%-2%;Bi含量占铝合金总含量0.1%-2%。6.根据权利要求l-4任一项所述的环保易切削铝合金的制备工艺，其特征是，同时选用Sn、Bi两种中的情况下，Sn含量占铝合金总含量0.1%-1.5%;Bi含量占铝合金总含量()1%-1.5%。7.根据权利要求1-4任-一项所述的环保易切削铝合金的制备工艺，其特征是，本发明还添加有稀土元素作添加剂。8.根据权利要求7任一项所述的环保易切削铝合金的制备工艺,其特征是,稀土元素为La、Ce、Er或y中一种或几种，稀土元素的含量不高于铝合金总含量2%。9.根据权利要求卜4任--项所述的环保易切削铝合金的制备工艺，其特征是，含Mg元素的2xxx系或6xxx系铝合金中，同时选用Sn、Bi两种中的情况下，Mg:Sn的含量比l:5;Mg:Bi含量比1:6。全文摘要环保易切削铝合金的制备工艺，采用2xxx系或6xxx系铝合金元素，用元素Sn、Bi中的一种或两种替换铝合金中的铅元素；在选用Sn、Bi两种中的一种的情况下，Sn或Bi占铝合金总含量的0.1％-2％；同时选用Sn、Bi两种中的情况下，Sn、Bi两者的含量占铝合金总含量的0.2-4％；按照上述设定的合金元素成分进行原料准备配料；通过合金化处理熔炼，铸锭；将铸锭在420-430℃下热挤压；在520℃-580℃下固溶，保温1.5-2.5小时；在恒温箱中150℃-190℃保温7.5-8小时时效。本发明是通过对合金的变形、热处理，使无铅易切削铝合金中添加的绿色环保易切削元素，分布更加均匀，使合金得到较佳切削性能及力学性能。文档编号B23P17/00GK101745790SQ20081010753公开日2010年6月23日申请日期2008年12月22日优先权日2008年12月22日发明者姜锋,尹志民,王炜申请人:中南大学