一种替代qt400轻型汽车转向器的铝合金材料及其重力铸造方法
【专利摘要】本发明公开一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：钛Ti:0.08～0.25％，锰Mn:≤2％，镉Cd:0.05％～0.5％，铜Cu:4.2％～8.0％且Cu≥0.8Mn+4.05％；路易斯酸碱对总量1％×10?4～2.0％，合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。
【专利说明】
一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料及其重力铸造 方法
技术领域
[00011本发明涉及一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料及其重力铸造方法。
【背景技术】
[0002] 球墨铸铁(简称球铁)是汽车转向器产业中的主要运用的材料之一，究其原因就在 于球铁的低廉价格、稳定的力学性能及物理指标。
[0003] 球铁400的牌号规定了较为严格精确的化学成分组合、热处理规范参数、力学性能 和物理指标等。见表1。
[0004] 表1 GB/T 1348确定的球墨铸铁牌号对应的力学性能及组织
[0006] 球铁的这种机械性能指标及其分类标准，可以作为铝合金材料创新设计、提高性 能的对标基础；目前的汽车市场追求低碳、集约化、高效率(高效能）、灵活性，是汽车制造业 从传统形态向尚端形态跨越的标志。
[0007] 在"以铝代钢"的技术升级中，为了充分发挥铝合金以"轻"为代表的系列优越特 性，必须先使其在"强"的方面有长足发展，同时不能有不可接受的制造成本增量，才能大大 拓展其使用领域。这就要求必须在铝合金新材料设计上首先取得突破。
[0008] 从材料制备的方法审视，由于材料特征是由承载着该特征的功能性微观物相组合 贡献出来的，因此获得良好的功能性物相组合，例如高强度、高熔点、高塑性、高硬度、耐腐 蚀等，是各种制备方法追求的最终结果，从而，铝合金的化学成分设计与其制备技术存在着 紧密的内在统一性，这种统一性，简言之，是一种原子如何结合成所需的"物相分子"的关 系，即材料的物相可以看成是一种分子结构。配方元素的混合熔炼和铸造结晶，是熔铸法形 成材料物相分子组合结构的主要决定性环节，在熔铸过程中，固溶体晶粒和晶界的金属间 化合物分子物相决定了合金的晶态组合(亚微米级颗粒:尺度10~300μπι左右），后续热处理 或者冷作硬化则是对晶态组合框架下微细结构(微米级颗粒:尺度1~30ym左右)乃至更加 微观的精微结构(亚纳米级或次微米级质点:尺度1 〇nm~< 1 μπι)进行调整和完善，这种调整 和完善的程度和范围，在公知技术和传统观念中，认为主要由合金化学成分所处的合金相 图区域给定的物相组合决定，但是，合金相图没有给出其它微量元素的添加和排除产生的 影响，更不具备预测添加和排除其它微量元素对物相影响的指导性。借鉴合金溶液化学的 理论和方法改善熔体结构，比如保护膜的覆盖，造渣剂、精炼剂或变质剂的添加，除气除渣 净化等，是改善合金晶态组合、微细结构乃至更加微观的精微结构的重要技术手段，但这些 手段，由于是从制备合金的过程中摸索积累得来，因此常常被看作为"制备工艺"而不是"成 分设计"的一部分。
[0009] 在工程应用上，铝合金固溶体晶粒的大小和状态，以及分布在晶界的金属间化合 物的大小形态，对合金的力学性能有着决定性的影响。粗大的平面晶、树枝晶、柱状晶等不 规则晶体和分布在晶界的粗大的脆硬性金属间化合物，能够把合金好的微细结构和精微结 构对基体的强韧性贡献全部抵消掉，因为这些粗大晶粒遵从的成长规律是缘于铸造型腔的 型壁生核、自外向液体内部单向延伸的生长方式，造成了合金的成分偏析、结晶粗大单向、 宏观性能不均匀的缺陷，从而成为合金的一些常见缺陷，如针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗 大固溶体、高硬度化合物、裂纹等的根源。目前采用的常规变质手段和细化晶粒的手段，如 添加铝钛硼或铝钛碳中间合金，最好的效果只能使平均晶粒度细化到120~150微米，而枝 晶的形态往往没有根本的转变，这是合金力学性能提高的一个重要瓶颈问题。因为对铝合 金来说，获得强度和韧性同时提高的途径，只有晶粒的细化和圆整化;热处理工艺的调整， 在晶态结构已经确定的状态下，只能使强度或韧性一个方面获得优化。因此，如何进一步细 化和圆整合金的平均晶粒度，是产业界始终追求的目标。
[0010] 从材料设计角度看，211Z材料也存在一些难以克服的问题。微观分析发现，有一些 大颗粒有很高的钛Ti和稀土浓度，作为用来促使晶粒细化的物质，这种现象表明Ti和稀土 走向了需要解决问题的对立面;而在211Z合金铸件的生产过程中，也发生着与普通铝合金 一样常见的缺陷，包括针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、夹杂(渣）、 冷隔、冷豆、裂纹、变质缺陷、固溶不足和过烧等。
[0011] 这些缺陷，主要原因仍然要从合金本身的化学成分及其形成的微观物相结构入手 来研究，尤其是对物相分子组合结构的形成机理进行深入研究，才能认清本质，进而找到解 决问题、消除缺陷的有效途径。
[0012] 通过对铝铜锰系(Al-Cu-Mn)合金最高达0.08nm的极高分辨率的球差校正扫描透 射电子显微镜(STEM)精微选区分析，获得了建立在原子尺度上的各种物相结构、原子分辨 和化学元素分布。证实其中存在一系列强化相，包括众所周知的Al-Cu二元亚稳相(GP区、 θ"、θ〇、新的盘片相和平衡相0(A12Cu);其中在基体晶粒内部，新发现一种棒叉状(Τ+ΘΗ)组 合相，该组合相的主干部分T相是Al-Cu-Mn三元相，分子结构式Al2〇Cu2Mn3，分子物相特征是 直径约100nm、长度约600~lOOOnm呈棒轴状且其(010)面与铝合金基体的{010}面共格;而T 相周围附着生长了尺寸较大(厚度约20nm、长约50nm)的Al-Cu二元次生相，由于该次生相与 基体中其它Al-Cu亚稳相(GP区、θ"、θ'或者其它盘片相）比较，在结构上有很大差别，特别是 厚度比其它Al-Cu亚稳相厚得多，因此本发明称之为ΘΗ相，其分子结构式AlxCu(x可能小于 2)，是一种富Cu分子。
[0013] 根据合金强化理论，合金的强度是材料中界面或位错滑移受到质点的阻碍而产生 的，阻碍越强，材料的强度也越大。而质点阻碍行为与材料中界面或位错滑移相互作用的结 果，有两种:一种是当质点本身强硬度不够高时，位错将切过质点继续滑移，另一种是质点 强度很高，位错无法切过，则只能绕过质点而继续滑移，而在质点周围留下一圈位错环。
[0014] 两种结果对材料强度贡献的大小是显而易见的:绕过质点比切过质点对材料强度 的贡献大;切过质点能够提供材料较好的延伸率，而绕过质点由于位错环的增强作用，将提 供材料更高的屈服强度和抗拉强度。
[0015] 现有的铝合金材料转向器大多是铝硅系与铝铜系，铝硅系(Al-Si)成型性好但强 度、硬度偏低，无法达到球铁材料(QT400)的力学性能，在恶劣路面下行驶无法满足车辆的 正常转向运行；而铝铜系(Al-Cu)强度可以达到很高，但很不稳定且铸造成型性很差（不能 用金属型铸造），成品率低导致制造成本增加。
【发明内容】
[0016] 本发明要解决的技术问题是:提供一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料 及其制备方法，其中添加路易斯酸碱对，以有效催生临界晶核(得到等轴晶），使合金在凝固 之前获得最佳的分子物相组合结构（（Τ+ΘΗ)组合相），促使合金晶态优化，使铝合金基材实 现400MPa以上的强度等级，从而达到生产替代QT400轻型汽车转向器的铝合金制品。
[0017]本发明的技术方案是:一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料，主成分含量 按重量百分比计：钛1^:0.08~0.25%，锰血：彡2%，镉0(1:0.05%~0.5%，铜〇1:4.2%~ 8.0 %且Cu彡0.8Mn+4.05 % ;路易斯酸碱对总量1 % X 1 0-4~2.0 %，合金平均晶粒度< 120微 米，余量为铝A1。
[0018]所述的合金晶粒为等轴晶。
[0019]所述的合金晶粒内亚纳米(Τ+ΘΗ)组合相数量达到彡1个/平方微米。
[0020] 所述路易斯酸碱对为金属与配体结合而成的正、负离子体、复杂配体化合物、氢合 物、金属的碳化物、主族类元素、内过渡类元素中的一种，或者一种以上混合。
[0021] 所述的金属与配体结合而成的正离子体、负离子体:包括三乙二胺合镍正离子体 [Ni(en)3]2+，四羰合钴负离子体Co(C0) 4'
[0022] 所述的复杂配体化合物，包括二氯氧钛TiOCl2,钛酸钠 Na2Ti03,氢化铍BeH2。
[0023] 所述路易斯酸碱对，按元素添加量占 A1基体重量百分比，范围为:B<0.1%，C< 0.1%，Be<0.03%，Li<0.5%，0.4%<Si<2%。
[0024] 一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料的制备方法，包含以下步骤：
[0025] (1)在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据 需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量；
[0026] (2)往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在700°C以上保温；
[0027] (3)加入锰Μη、镉Cd、铜Cu、钛Ti，搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的 路易斯酸碱对组合，搅拌均匀；
[0028] (4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；
[0029] (5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规 定的偏差范围内；调温至650 °C以上，合金液出炉，在线除气、除渣;准备铸造前加入钛Ti进 行充分搅拌。
[0030] (6)铸造:采用重力铸造浇注。
[0031] 所述重力铸造浇注，步骤如下：
[0032]①过滤后可浇注铸造；
[0033] ②铸造前应将模具预热，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净；
[0034] ③采取人工浇注或自动化浇注，用浇包从炉内g取合金液倒入模具浇口通过内浇 道充满型腔；自然冷却或强冷；
[0035]④开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边；
[0036]⑤外观质量检测：毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面 的浇冒口应清理到铸件表面齐平；
[0037]⑥内部质量检测；
[0038]⑦固溶处理:将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560Γ以 下固溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷；
[0039]⑧时效强化:将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，在230°C以下 时效强化，保温后，出炉自然冷却；
[0040]⑨取样分析测试验证；
[0041 ]⑩实用性能验证。
[0042] 本发明的有益效果:把路易斯酸碱理论所指向的、能在铝合金熔体中发生分子解 体或有助于次纳米区域内（即小于1纳米的范围）物相分子结构优化的"酸碱对"物质，应用 于熔体纳米尺度范围的精细结构调整，是本发明的最主要的创造性技术手段。
[0043] 通过运用路易斯酸碱理论，使有关路易斯酸碱对承载的微量元素的添加和排除， 在铝合金熔体环境发生分子解体和转化，以提供熔体超精细微区内的充分扰动和激活效 应，达到催生临界晶核大量形成，使合金晶粒度得到进一步细化，形态更加圆整;增加 (Τ+Θ H)组合相在合金基体中的含量，是本发明解决的合金强化的机理问题。
[0044] 在合金熔体中，不同金属原子或离子的接近，它们之间也会产生能级分裂发生热 化学反应(不发生电子转移)而形成金属间化合物的模式，由于形成了不同于基体晶态的分 子结构，具有较好的热稳定性，故而也适用路易斯酸碱理论。比如在金属间化合物分子 AlxCu和Al2QCu2Mn3中，根据电负性大小，可知A1比Cu、Mn更容易失去电子，因此，A1是路易斯 碱，Cu、Mn是路易斯酸，AlxCu和Al 2QCu2Mn3都可以看成路易斯"酸碱对"。当加入熔体中的外来 路易斯酸碱对分解时，与基体存在界面能差的金属间化合物前驱体显然也受到扰动和激活 而发生结构起伏，产生更多的临界晶核，使(Τ+ΘΗ)组合相在合金中的浓度和平均分布密度， 使之达到1个/[μπι] 2以上，这就是路易斯酸碱对在纳米尺度的扰动和激活效应能够增加亚 纳米级质点(Τ+ΘΗ)组合相和纳米级质点GP区、θ"、θ'系列强化相的机理。
[0045] 另外，由于路易斯酸碱对能够提供给合金熔体更大的异类物质浓度，因此增大了 熔体结晶过程的成分过冷度，导致晶核在更强结晶动力下快速越过临界尺寸，而在过冷的 液体中自由成核和生长，形成具有各向同性和形状更接近于球形的等轴晶粒；由于等轴晶 的这种缘于液体内部自由生长的内生机制，改变了平面晶、树枝晶、柱状晶等不规则晶体缘 于铸造型腔的型壁生核、自外向液体内部单向延伸的生长方式，因此避免或减轻了合金的 成分偏析、结晶粗大单向、宏观性能不均匀的缺陷，从而有效避免或减轻了合金的一些常见 缺陷，如针孔、气孔、缩孔、缩松、偏析、粗大固溶体、高硬度化合物、裂纹等。
[0046] 由于(Τ+ΘΗ)组合相与各级Al-Cu二元弥散相Θ'、Θ〃、6ΡΙ区依次分别具有次微米级、 亚纳米级和纳米级的晶格畸变作用，只要如本发明技术方案把基体中（Τ+ΘΗ)组合相的数量 和分布密度提高，就能实现与Al-Cu二元弥散相在大小、数量和分布状态方面搭配相对均 匀、结构紧凑，则其相互之间就会产生最强晶格畸变应力场(最大点阵失配度），同时又与基 体整体完全共格或半共格，因此在整个晶粒三维空间中形成了一个立体弹塑性网阵，在整 个晶粒内部产生了类似"钢筋混凝土"对建筑物结构增强作用的层级式强化结构（以下简称 "类砼强化结构"），大大改善了合金的力学性能;这种在晶粒尺度范围内均匀分布的超弹塑 性张力结构具有能够有效调动尽可能多的质点共同参与抵抗、分摊和吸收外部冲击动量 (动静载荷)的能力，从而微观上具有强大的抗疲劳特性，在宏观上具有高强、高韧、高硬"三 高统一"的特征，这种"类砼强化结构"与钢铁材料类的球墨铸铁中只有球状石墨与铁基体 两种平行结构、且晶粒度须从15~500μπι之间变化以获得强硬度与韧性不可共同提高(一方 的提高以降低另一方为前提)的基体特性相比较，显然具有更高的工程应用价值。
[0047]根据路易斯酸碱理论，铝熔体是一个富电子高温体系，即属于强的路易斯碱，当过 量的铜锰加入以后，由于铜锰的电负性较强，吸聚了较多的电子云，使形成的合金熔体的碱 性降低，表面张力增加，不利于临界晶核的产生;加入富电子物质后，平衡了铜锰的酸性效 应，原始晶核面临的界面张力降低，因而促进了（Τ+ΘΗ)组合相的主干Τ相的原始晶核成长为 临界晶核，从而决定了（Τ+ΘΗ)组合相在合金中数量和分布密度显著提高。
[0048]四羰合钴负离子体Co(C0)f与Α1基体Μη共存时，形成Al4(C〇FeMn)，复杂的强化相 弥散于枝晶间，阻碍位错、阻止晶粒滑移，有效地提高了合金的室温和高温(400°C下）强度； 配体还可以发生次生反应生成⑶ 2,经过一系列变化后随从净化气体排出熔体，这种净化作 用能够以最稳定的气态把溶解在熔体中的Η和氧化物杂质吸收和分解，从而其净化作用比 常规的气体净化方式效果更好。因此，主成分设计为按重量百分比:钛Ti :0.08~0.25%，锰 Μη:彡2%，镉Cd:0.05%~0.5%，铜Cu:4.2%~8.0%且Cu彡0·8Μη+4·05% ;路易斯酸碱对 总量1 % Χ10-4~2.0%，合金平均晶粒度<120微米，余量为铝Α1。添加钛Ti能细化铸态晶 粒，提高合金的再结晶温度，降低过饱和固溶体的分解倾向，提高高温下合金的组织稳定 性;Ti加入铝中形成Al 3Ti，与熔体产生包晶反应而成为非自发核心，起细化作用，使(Τ+ΘΗ) 组合相在合金基体中的含量多1个/平方微米。
[0049] 由于(Τ+ΘΗ)组合相的发现，在铝合金强化设计时，就可以通过增加(Τ+ΘΗ)组合相， 使铝合金材料的基体强度获得大的提升，稳定性得到良好控制，这是本发明要解决的工程 应用问题，即替代系列球铁材料和制品。
[0050] 本文涉及的铝合金材料能很好的综合铝硅系与常规铝铜系材料的力学与铸造性 能;该错合金材料的力学性能达到QT400材料的指标，铸造性能突出，广品成品率尚（能使用 金属性铸造）。
[0051 ]本文涉及的铝合金材料汽车转向器较球铁材料的转向器具有以下几种优点：
[0052]①铝合金材料的汽车转向器具有极好的低温性能，其力学性能随温度降低而提 高，在寒冷季节和低温环境中，汽车转向的安全性得到很好的保障，而球铁材料的转向器则 随温度降低逐渐发生由韧性向脆性的转变，尤其在脆性转变温度以下，其冲击值急剧下降， 甚至发生"低温脆断"，影响汽车的行车安全。
[0053]②铝材料转向器比强度高，具有良好的断裂韧性，球铁材料转向器随屈服强度提 高而延伸率下降，对应力集中的敏感性明显增加，表现为屈服以后变形量较小即断裂，这种 "疲劳脆断"本性往往是在汽车在极限转向时无征兆突然整体崩溃式的潜在硬伤。
[0054] ④铝材料转向器较球铁材料自身重量减轻约2/3，能耗及维护成本低，尾气排放量 更少。
[0055] ⑤铝材料回收利用价值高且再生性好(工业废铝回收再加工利用的成本只有电解 铝的5%)，优于球铁。
[0056] ⑥铝材料本身的抗氧化腐蚀性远远高于球铁且更适宜于进行高技术表面防腐和 装饰一体化处理。
【具体实施方式】
[0057] 本发明【具体实施方式】包括2个部分，第一部分为提示和说明，第二部分为具体实施 例。
[0058]第一部分:提示和说明
[0059] 一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料的制备方法，包含以下步骤：
[0060] (1)在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据 需要配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量；
[0061 ] (2)往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在700 °C以上保温；
[0062] (3)加入锰Μη、镉Cd、铜Cu、钛Ti，搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的 路易斯酸碱对组合，搅拌均匀；
[0063] (4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；
[0064] (5)精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规 定的偏差范围内；调温至650 °C以上，合金液出炉，在线除气、除渣;准备铸造前加入钛Ti进 行充分搅拌。
[0065] (6)铸造:采用重力铸造浇注。
[0066] 所述重力铸造，步骤如下：
[0067] ①熔体过滤后可浇注铸造，铸造温度控制可在700~730°C ;
[0068] ②铸造前应将模具预热到450°C左右，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干 净，防止夹杂物进入合金造成废品；
[0069] ③在翻转式重力铸机上完成，采取人工浇注，合上模具并使铸机翻转到一定角度， 用浇包从炉内g取适量合金液倒入模具转接包内，使铸机缓慢翻转到水平位置，在翻转过 程中，合金液从转接包通过内浇道充满型腔；自然冷却；
[0070] ④开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边；
[0071 ]⑤外观质量检测。毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面 的浇冒口应清理到铸件表面齐平；
[0072]⑥内部质量检测。剖面着色探伤检测或者整体荧光或X光检测；
[0073]⑦固溶处理。将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560°C以 下的固溶处理，保温后立刻淬火，水冷；
[0074]⑧时效强化。将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，时效强化工 艺150~240°C，保温后，出炉自然冷却;铸件表面可进行抛丸清理。
[0075]⑨取样分析测试验证。从经过热处理以后的铸件上切取试棒，取样部位选在毛坯 本体有加工余量的适当位置、铸件本体受载荷均匀或集中的部位，每个取样部位应切取三 根试棒；
[0076]所述力学性能分析包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度，数值指标为:抗拉强度 450 ± 50Mpa、屈服强度350 ± 50Mpa、延伸率5 ± 2 %、硬度 160 ± 10HBS;
[0077]⑩实用性能验证。通过机械加工、表面处理和装配后，进行模拟使用工况的实用性 能检测试验，包括选择疲劳试验、磨损试验、逆向超载试验或超压试验。
[0078]第二部分:具体实施例 [0079] 实施例1
[0080] 一种汽车K系铝合金转向器及其重力铸造方法
[0081] 1、转向器参数：
[0082]
[0083] 2、生产流程:熔炼-除气-浇注-冷却-开模取件-清理、锯切-固溶-时效
[0084] 3、合金配方
[0085] 重量百分比（％ )
[0086]
[0087] 4、熔体浇注温度700~720Γ;
[0088] 5、模具预热温度320~40(TC;
[0089] 6、转浇注方式，充型时间8~12s;
[0090] 7、冷却时间：240~360s;
[0091] 8、固溶温度530~550°C，保温10小时，快速入水冷却< 10s，水温40~55°C ;
[0092] 9、工时效温度145-175°C，保温4小时，空冷。
[0093] 10、铸件微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度40μπι，晶粒内（Τ+ΘΗ)组合 相数量11个/[WI1]2;
[0094] 11、铸件机械性能
[0095]
D
[0096] 实施例2
[0097] 一种汽车Μ系铝合金转向器及其重力铸造方法
[0098] 1、转向器参数：
[0099]
[0100] 2、生产流程:熔炼4除气4浇注4冷却4开模取件4清理、锯切4固溶4时效
[0101] 3、合金配方重量百分比（％ )
[0102]
[0103] 4、熔体浇注温度710~740Γ;
[0104] 5、模具预热温度380~450°C;
[0105] 6、倾转浇注方式，充型时间12~15s;
[0106] 7、冷却时间：240~400s;
[0107] 8、固溶温度560~570°C，保温8小时，快速入水冷却<10s，水温40~55°C ;
[0108] 9、工时效温度120-130Γ，保温6小时，空冷。
[0109] 10、铸件微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度45μπι，晶粒内（Τ+ΘΗ)组合 相数量13个/[μπι]2;
[0110] 11、铸件机械性能
[0111]
[0112] 实施例3
[0113] 一种汽车Μ系铝合金转向器及其重力铸造方法
[0114] 1、转向器参数：
[0115]
[0116] 2、生产流程:熔炼4除气4浇注4冷却4开模取件4清理、锯切4固溶4时效
[0117] 3、合金配方
[0118] 重量百分比（％ )
[0120] 4、熔体浇注温度710~740°C;
[0121] 5、模具预热温度380~450 °C;
[0122] 6、倾转浇注方式，充型时间12~15s;
[0123] 7、冷却时间：240~400s;
[0124] 8、固溶温度560~570°C，保温8小时，快速入水冷却<10s，水温40~55°C ;
[0125] 9、工时效温度120-130°C，保温6小时，空冷。
[0126] 10、铸件微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度45μπι，晶粒内（Τ+ΘΗ)组合 相数量14个/[μπι] 2;
[0127] 11、铸件机械性能
【主权项】
1. 一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料，其特征在于:主成分含量按重量百分 比计：钛Ti:0.08~0.25%，锰Μη:彡2%，镉Cd:0.05%~0.5%，铜Cu:4.2%~8.0%且Cu彡 0.8Mn+4.05% ;路易斯酸碱对总量1 % X 10-4~2.0%，合金平均晶粒度< 120微米，余量为铝 Al〇2. 根据权利要求1所述的一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料，其特征在于： 合金晶粒为等轴晶。3. 根据权利要求1所述的一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料，其特征在于： 合金晶粒内亚纳米(Τ+ΘΗ)组合相数量达到多1个/平方微米。4. 根据权利要求1所述的一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料，其特征在于： 所述路易斯酸碱对为金属与配体结合而成的正、负离子体、复杂配体化合物、氢合物、金属 的碳化物、主族类元素、内过渡类元素中的一种，或者一种以上混合。5. 根据权利要求4所述的一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料，其特征在于： 所述的金属与配体结合而成的正离子体、负离子体:包括三乙二胺合镍正离子体[Ni(en) 3 ]2+，四羰合钴负离子体Co(C0)f。6. 根据权利要求4所述的一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料，其特征在于： 所述的复杂配体化合物，包括二氯氧钛TiOCl 2，钛酸钠 Na2Ti03，氢化铍BeH2。7. 根据权利要求1-6之一所述的一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料，其特征 在于：所述路易斯酸碱对，按元素添加量占 A1基体重量百分比，范围为：B<0.1 %，C< 0.1%，Be<0.03%，Li<0.5%，0.4%<Si<2%。8. 如权利要求7所述的一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料的制备方法，其特 征在于:包含以下步骤： (1) 在前述路易斯酸碱对、元素比例范围内，选定一组物质组合，确定重量比，根据需要 配制的合金总量，推算出所需的每种物料的重量； (2) 往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热并在700 °C以上保温； (3) 加入猛Μη、镉Cd、铜Cu、钛Ti，搅拌，加入选定的路易斯酸碱对，或者加入选定的路易 斯酸碱对组合，搅拌均匀； (4) 然后对上述合金熔体进行炉内精炼； (5) 精炼后除渣、静置、取样分析合金化学成分，根据分析结果调整化学成分至规定的 偏差范围内；调温至650°C以上，合金液出炉，在线除气、除渣;准备铸造前加入钛Ti进行充 分搅拌。 (6) 铸造:采用重力铸造浇注。9. 根据权利要求8所述的一种替代QT400轻型汽车转向器的铝合金材料的制备方法，其 特征在于:所述重力铸造浇注，步骤如下： ① 过滤后可浇注铸造； ② 铸造前应将模具预热，安装上砂芯，用压缩空气将模具型腔吹干净； ③ 采取人工浇注或自动化浇注，用浇包从炉内g取合金液倒入模具浇口通过内浇道充 满型腔；自然冷却或强冷； ④ 开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边； ⑤ 外观质量检测：毛坯铸件在进行外观质量检验之前，应清理干净平整，非加工面的浇 冒口应清理到铸件表面齐平； ⑥ 内部质量检测； ⑦ 固溶处理:将铸件完成粗加工和内外质量检测的毛坯送入固溶炉，进行560Γ以下固 溶处理，保温完成后立刻淬火，使用水冷或油冷； ⑧ 时效强化:将完成固溶处理的铸件送入时效炉进行时效强化处理，在230°C以下时效 强化，保温后，出炉自然冷却； ⑨ 取样分析测试验证； ⑩ 实用性能验证。
【文档编号】C22F1/057GK105970010SQ201610495273
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】车云, 张中可, 门三泉
【申请人】贵州华科铝材料工程技术研究有限公司