专利名称：：环保易切削铝合金的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一类无铅易切削的铝合金。
背景技术：
：易切削铝合金由于其切削加工性能好、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。易切削铝合金一般通过添加铅_锡、铅_铋、铟_铋和锡等易切削元素来提高合金的切削性能。在切削过程中，由于摩擦生热，这些低的熔点物相熔化或者变软，切屑容易断裂，合金在加工过程中切屑不易发生粘刀、缠刀、排屑方便。目前易切削铝合金的一般的切削机制可以分为两类—类是向基体添加低熔点软化相(黄志其，尹志民等材料导报，2006年12月第20巻第12期)，其中的软化相可以是铅_锡，铅_铋，铟_铋等。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。另外一类就是向基体添加高熔点硬化相(Sircar，Subhasish.USPat，6416598.2002207209)，硬化相可以是元素或者化合物，元素包括硼、碳、石墨以及各种耐火元素或者类似元素；化合物包括氧化物、氮化物、硼化物、碳化物、硅化物、铝化物等或者它们之间的结合体。其切削机制是在接点位置，由于铝和高熔点成份之间的不同的流动特性，形成了不连续的空间。这空间的形成引起断裂和后来的薄片形成。目前市面上生产和应用的易切削铝合金基本上是根据第一类切削机制来实现的，添加含铅的低熔点相来实现合金的易切削性能，如6012、6262、6033、6026等；而根据第二类切削机制制备易切削铝合金，在添加高熔点相上存在技术难题，因而成本也比较高。传统2xxx系、6xxx系含铅的易切削铝合金牌号如下表1所示。含铅的易切削铝合金主要起断屑作用的粒子性质比较清楚，其断屑机制比较明确。因而将铅与锡或铋元素进行组合添加技术较为成熟，添加的方式，添加的量容易确定，但若是不添加具有污染环境的铅元素，改为由其它元素替代添加，如何添加，添加多少都是研究中所要解决的技术难题。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>
发明内容本发明的目的是为了提供一种不含铅的具有优良切削性能、良好的力学性能并可代替含铅铝合金且不会造成环境污染和有利于人类健康的环保易切削铝合金。本发明无铅易切削铝合金主要是向2xxx系、6xxx系合金中添加不含铅的环保易切削元素来提高合金的切削性能。本发明的目的是通过下述方式实现的本发明的环保易切削铝合金是采用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O.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O.2-4%。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O.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O.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。本发明的制备工艺流程方法如下取2xxx系或6xxx系合金元素原料以及Sn、Bi两种中的一种或两种元素原料准备及配料——合金化处理熔炼——铸锭——铸锭加热——热挤压——固熔——冷变形——时效处理(T8成品)——切削性能测试本发明无铅易切削铝合金与含铅的易切削铝合金的切削性能相当。并且避免了原有的铝合金中铅对环境的不良影响。图la)易切削6262铝合金高速铣削得到的切屑图lb)实施例1的铝合金高速铣削得到的切屑；图lc)实施例2的铝合金高速铣削得到的切屑；图Id)实施例3的铝合金高速铣削得到的切屑；图le)实施例4的铝合金高速铣削得到的切屑；图2a)易切削6262铝合金高速钻削得到的切屑图2b)实施例1的铝合金高速钻削得到的切屑；图2c)实施例2的铝合金高速钻削得到的切屑；图2d)实施例3的铝合金高速钻削得到的切屑；图2e)实施例4的铝合金高速钻削得到的切屑。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。原料准备完毕后，就开始按照设定的合金成分进行配料；在石墨坩埚中搅拌铸造，铸成直径90mm的铸锭；对铸锭420-43(TC热挤压；54(TC固溶，保温2小时；冷拉变形(变形量为7%左右)；在恒温箱中17(TC保温4小时时效。合金高速切削实验在MVP-8S立式加工中心上进行，切削速度为7000r/min。切削选用硬质合金刀具，铣刀与钻头的直径分别为4>10mm、4>6mm。本发明的成分组成的实施例如下表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例1制备工艺过程铸造根据表1实施例1所需的成分，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520。C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(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，固溶温度575°C，保温2小时；冷拉变形制作T8态的成品则是在固熔的基础上，现进行冷拉变形(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。实施例2制备工艺过程铸造根据表1实施例2所需的成分，准备所用的材料，其它步骤同实施例1。实施例3制备工艺过程铸造根据表1实施例3所需的成分，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520。C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(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，固溶温度550°C，保温2小时；冷拉变形制作T8态的成品则是在固熔的基础上，现进行冷拉变形(变形量为7-8%)时效固溶之后进行时效处理17(TC保温6小时。实施例4根据表1实施例4所需的成分，准备所用的材料。其它步骤同实施例3。本发明实施例1-4的性能测试及测试结果及切削性能评价如下切削试验采用的是合金的峰时效棒材产品。低速切削性能测试是在托普集团自贡长征机床有限责任公司生产的X5032A立式升降台铣床进行的，采用干切削。进刀量为100mm/min，转速为950转/min，刀具材料为YG8硬质合金材料。收集其切屑，并对合金表面进行测定评价。高速切削性能测试是在MVP-8S上进行的，采用干切削。进刀量为100mm/min，转速为7000转/min，刀具材料为YG8硬质合金材料。收集其切屑，并对合金表面进行测定评价。观察图1的b)、c)、D)、e)发现本发明的用Sn、Bi代替Pb在高速铣削情况下，其切削性能与图la)含Pb的6262合金相当，发明实例3与4的切屑甚至比6262合金还细小；观察图2的b)、c)、D)、e)发现本发明在高速钻削条件下，其钻削性能与图2a)6262合金类似，且在实际试验中，本发明的3、4实例比6262更易排屑，钻屑更细。综上所述，通过本发明的配比得到的铝合金的可在替换铅后的切削性能、力学性能得到最佳。权利要求环保易切削铝合金，其特征是采用2xxx系或6xxx系铝合金元素，用元素Sn、Bi两种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％。2.根据权利要求1所述的环保易切削铝合金，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O.1%-2%;Bi含量占铝合金总含量O.1%-2%。3.根据权利要求2所述的环保易切削铝合金，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O.1%-1.5%;Bi含量占铝合金总含量O.1%-1.5%。4.根据权利要求1所述的环保易切削铝合金，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。5.根据权利要求l-4任一项所述的环保易切削铝合金，其特征是，本发明添加有稀土元素作添加剂。6.根据权利要求5所述的环保易切削铝合金，其特征是，所述的稀土元素为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%。全文摘要环保易切削铝合金，采用2xxx系或6xxx系铝合金元素，用元素Sn、Bi两种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％。本发明无铅易切削铝合金与含铅的易切削铝合金的切削性能相当。并且避免了原有的铝合金中铅对环境的不良影响。文档编号C22C21/00GK101748315SQ20081010753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