一种替代qt400二片式球阀的铝合金材料及其消失模铸造方法
【专利摘要】本发明公开一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：钨W：0.04％，锰Mn:≤2％，镉Cd:0.05％～0.5％，铜Cu:4.2％～8.0％且Cu≥0.8Mn+4.05％或铜0.5％≤Cu≤3％且Cu≥1.5Mn；路易斯酸碱对总量1％×10?4～2.0％或7.0％～9.0％，使合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。
【专利说明】
一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料及其消失模铸造 方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 球墨铸铁(简称球铁)是钢铁产业中的主要基础材料之一，被广泛而大量地用于制 造受力复杂，强度、韧性、耐磨性等要求较高的零件，如通用机械、起重、农业、汽车、铸造、纺 织、机床、电力、石化、船舶零件等，主要形态和类型为液压壳体、栗体、管道、阀体、缸体、轮 毂、轴件、球连接、传动件、悬挂件、钩扣件、导流件、转向件等;在汽车工业中，钢铁材料的用 量占汽车用材总量的60~70%，其中的三分之二以上又是球铁类铁合金。
[0003] 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，同时可以作为"以铝代钢"的比较通道，即：如果铝合金可以替代某牌号球 铁，则进一步替代与此牌号性能接近的钢材，就足以在产业界引领一种潮流或时尚。
[0004]追求低碳、集约化、高效率(高效能）、灵活性和个性化，是制造业从传统形态向高 端形态跨越的标志，以铝代钢、以轻强结构普遍替代钢铁重强结构，是实现这种跨越的主要 手段。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 但是，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。
[0009] 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。
[0010]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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 现有铝合金二片球阀由于强度过低，耐高温性能较差，往往不能得以广泛使用，而 市场上大部分的二片球阀采用铸铁材料制造，所以耐腐蚀性能较差，自身重量也比较大，不 利于在高空及狭窄工况处安装使用。
【发明内容】
[0014]本发明要解决的技术问题是:提供一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料及其 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及更高的强度等级，从而达到生产替代QT400二片式球阀的铝合金制品。
[0015]本发明的技术方案是:一种替代QT400二片式球阀的错合金材料，主成分含量按重 量百分比计：钨W:〇.〇4%，锰Μη:彡2%，镉Cd:0.05%~0.5%，铜Cu:4.2%~8.0%且Cu彡 0.8111+4.05%或铜0.5%彡〇1彡3%且(：11彡1.5111;路易斯酸碱对总量1%\10-4~2.0%或 7.0 %~9.0 %，使合金平均晶粒度< 120微米，余量为铝A1。
[0016]所述的合金晶粒为等轴晶。
[0017]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。
[0018] 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、金属 氰合物、过渡元素金属羰基配合物、主族类元素中的一种，或者一种以上混合。
[0019] 所述的金属与配体结合而成的正离子体、负离子体:包括异硫氰合铁正离子体[Fe (NCS)]2%三乙二胺合镍正离子体[Ni(en)3]2+，六氯合铬负离子体[CrCl 6]'二氨合三氯合 铂负离子体[PtCl3(NH3)2]_，六硫氰合锰负离子体[Mn(SCN) 6]4_。
[0020] 所述的复杂配体化合物或超大杂多化合物包含A112W。
[0021] 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：CuFeS2彡 0.10%、TiC<0.15%、ZrC<0.05%、NaBH4<0.05%、H 3[P(M030io)4]<0.05%。
[0022] 一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料的制备方法，包含以下步骤：
[0023] (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；
[0024] (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；
[0025] (3)加入锰Μη、镉Cd、铜Cu、钨W，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；
[0026] (4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；
[0027] (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；
[0028] (6)铸造:采用重力铸造浇注。
[0029]所述消失模铸造，步骤如下：
[0030] (1)熔体过滤后可浇注铸造，铸造温度控制可在700~730°C ;
[0031 ] (2)铸造前应将所有浇冒口与铸件模具连接并完全烘干;泡塑气化模具表面刷、喷 耐火涂料后再次烘干将特制砂箱置于三维振实台上;填入低砂振实、刮平;将烘干的泡塑气 化模具放于底砂上，
[0032] (3)按工艺要求分成填砂，自动振实一定时间后刮平箱口；用塑料薄膜覆盖砂箱 口，放上浇口杯，接负压系统，紧实后进行钢液浇铸，泡塑气化模具消失，金属液取代其位 置;铸件冷凝后释放真空并翻箱，取出铸件，进行下一个循环；
[0033] (4)开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边；
[0034] (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；
[0035] (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；
[0036] (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 以下的固溶处理，保温后立刻淬火，水冷或油冷；
[0037] (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；
[0038] (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；
[0039] (10)实用性能验证。
[0040] 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。
[0041]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（〇 . lnm~10nm尺度范 围）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；同时优化微细区域(微米级：尺度1~30μπι左右)和精微区域(亚纳米级或次 微米级质点：尺度l〇nm~<1μπι)的物相分子组合结构，增加(Τ+ΘΗ)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。
[0042] 综上，本发明所述路易斯酸碱对，可以表现为多种形态，包括金属与配体结合而成 的正负离子体、复杂配体化合物、超大杂多化合物、金属氰合物、金属硫氰基复合配体、金属 卤合物、金属齒氨合物、氢合物、过渡元素金属羰基配合物、金属的硼化物、金属的碳化物、 金属的氮化物或者金属的硼碳氮的复合化合物、主族类元素、内过渡类元素中的一种，或者 一种以上混合。
[0043] 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。
[0044] 由于(Τ+ΘΗ)组合相的主干Τ相中铜锰元素的质量比约为0.8,而合金中在保证(Τ+Θ Η)生成的同时也应该保证各级(GP区、θ"、θ'或者其它盘片相)Al-Cu二元弥散相的浓度和分 布密度不降低，因此，把铜含量设计在超过其饱和溶解度以上的一个范围，同时保证必须有 锰存在。在一般条件下，（Τ+ΘΗ)组合相的数量不足1个/[μπι] 2,所以很难被发现，本发明通过 路易斯酸碱对的优化，可保证(Τ+ΘΗ)组合相的数量在1个/[μπι]2以上，深度优化效果可达到 3个/[Mi] 2以上，。
[0045]根据材料强化理论一一位错对质点的绕过和切过理论，材料的破坏过程首先是其 中大颗粒质点的集中受力，然后是次一级的较小颗粒质点集中受力，然后是更小颗粒的质 点受力，以次类推；当发生破坏时，综合抗力最弱的质点先破坏，综合抗力最强的质点最后 破坏，只有当所有的颗粒都抵抗不住时，材料才发生宏观的破坏。
[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] 作为熔化的逆过程，凝固结晶时的凝固点等于熔点，由此可知，当合金由液态向固 态转变过程中（铸造过程），Τ作为Al-Cu-Mn三元相的结晶温度比二元Al-Cu各相结晶温度高 出很多，而等到Al-Cu各相开始结晶时，T相早已析出并长成相当大的质点颗粒了。
[0048]所以，（Τ+ΘΗ)组合相的主干T相大大提高了合金的耐热性和热强度;而(Τ+ΘΗ)组合 相数量和分布密度的提高，则同时提升了合金的强度、硬度和延伸率。
[0049] 根据金属凝固理论，从宏观角度看，临界晶核的大量形成需要给熔体中处于游离 态的原子向晶格点阵有序态的"跳跃"降低势能门槛，而这种低门槛来自于两个条件:一是 降低液态金属的表面张力使原始晶核容易扩散和容易吸收周围游离态的原子，一种形式就 是创造尽可能多的稳态异质结晶核心。
[0050] 在铝合金中，碱金属元素、碱土金属元素或低熔点金属元素有降低表面张力的效 果，而过渡元素或者其高温碳化物、氮化物、硼化物的细小分子能够形成稳态异质结晶核 心。
[0051] 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T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。
[0052]铝合金体系的一个显著特点，是基体元素对异类元素较强的排斥本性，当溶解度 小而又对铝不发生显著热化学反应的元素加入时，这些异类元素往往被挤往界面能高的位 置而聚集，而聚集在一起的异类元素容易发生热化学反应形成化合物特别是容易形成金属 间化合物，这些新物质在铝熔体中生成，产生了低表面能的新界面，降低了周围游离态原子 跳向新界面的势能门槛，因此对临界晶核的形成有显著促进作用，但是，由于多数聚集在晶 界，对合金的力学性能作用不大甚至产生坏的影响。而锰是铝中少数有显著溶解度又能留 在晶粒内部的元素之一，不但能与Al、Cu发生强烈的热聚合效应生成T相，而且对于其它元 素也有很强的吸纳效应，从被吸纳元素的角度看，它们对T相临界晶核的生成起到了催生作 用，而Τ相的成长过程到形成(Τ+ΘΗ)组合相，与异类原子或离子的催化作用密切相关。
[0053] 金属配合物在室温状态下能够稳定存在，而在高温富电子环境中能分解产生原子 态的异类金属元素，由于扩散能力强而对(Τ+ΘΗ)组合相催生和催化的作用强于中间合金和 工业纯金属的添加作用；而配合物分解出来的另一部分一一非金属配体，以气态形式排出 熔体（比如⑶），或者经过系列复杂反应后排出熔体（比如生成0) 2、014、犯、順3或秘)或进入 熔渣（比如 NaCl、KCl、Al(HO)3SAl2〇3)。
[0054] 比如，金属羰基化合物在常温下空气环境中能稳定存在。在金属羰基化合物的几 何结构中，C0以C原子与金属原子配位，单核配合物采取配体间排斥力最小的结构，双核配 合物包含一个金属键，有些还会有桥羰基，具有金属间成键作用的多核分子叫簇化合物，键 合方式有端羰基、桥羰基和面羰基配位体;其成键作用有：（1)形成σ键一一C0和金属原子的 作用分别相当于路易斯碱和路易斯酸；（2)形成cbi-ρπ键一一金属有机化合物相当于由低 氧化态过渡元素与η酸配位体形成的配合物;金属羰基化合物的特殊稳定性有赖于这种协 同成键作用。
[0055] 超大杂多化合物由于多种聚合作用而能在常温下空气环境中稳定存在。比如夹心 配合物二茂铁即环戊二烯铁(C5H 5)2Fe为橙色晶体，470Γ稳定，室温不与空气和潮湿气体反 应，在沸腾的盐酸和10 % NaOH中都不分解;具有通式(C5H5) 2M的金属夹心配合物因有核心多 连键而稳定。
[0056] 碳原子、氮原子、硼原子由于原子半径和体积小，一方面，它们作为游离态原子本 身具有纳米空间内很高的活性，容易诱发(Τ+ΘΗ)组合相临界晶核的产生;另一方面，它们能 进入金属晶格的空隙中，形成熔点高、硬度大、稳定性好的间充固溶体，比如碳化物中，碳原 子半径为77pm，能与11、2^^\￥、他3 &、1〇、1形成具有很高的高温稳定性的间充型碳化物， IVB、VB、VIB族金属碳化物的熔点都在3000°C以上，其中碳化铪、碳化钽分别为4160K和 4150K，是当前所知道的物质中熔点最高的；而在本发明中，当有纳米级颗粒度的间充型碳、 氮、硼的金属化合物粉末以分散流态化方式加入熔体时，则每个纳米颗粒都以异型结晶核 心吸附与之接近的Mn、Cu原子，发生能级分裂、分子重构而对(Τ+ΘΗ)组合相发挥催生和催化 的作用。具有对(Τ+ΘΗ)组合相催生和催化作用的金属硼化物、碳化物、氮化物或者硼碳氮的 复合化合物，有碳化钛TiC，碳化锆ZrC，氮化钨WN 2，硼化钼MoB(或MoB2)，碳化硼B4C，铝钛氮 AlTiN或铝铬氮AlCrN。
[0057] 利用金属硫化物高温分解强烈吸Η的特点，可以除去熔体中多余的H，使熔体得到 净化，从而为其它路易斯酸碱对发挥作用提供助力，这类物质包括硫化铝A1 2S3,硫化亚铜 Cu2S或二硫铜铁CuFeS2。
[0058] 对于要求达到高强性能的合金，路易斯酸碱对添加量并非越多越好，据经验，作为 元素占 A1基体重量百分比，可供选择的优化范围为:B<0.1%，C<0.1%，Be<0.03%，Li< 0.5%，镁Mg<0.5%，0.4%<Si<2%〇
[0059] 本发明配方设计作为主要技术手段之一，是使合金的晶态组合实现平均晶粒度< 120微米的等轴晶前提下，还可实现合金晶粒内部（Τ+ΘΗ)组合相数量在1个/[μπι]2以上。因 此，主成分含量按重量百分比计：钨W:0.04%，锰Μη:彡2%，镉Cd:0.05%~0.5%，铜Cu: 4.2%~8.0%且〇1彡0.8111+4.05%或铜0.5%彡〇1彡3%且(：11彡1.5111 ;路易斯酸碱对总量 1% X 10-4~2.0%或7.0%~9.0%，使合金平均晶粒度<120微米，余量为铝A1。钨(W)作为 复杂合金化的微量添加元素，在合金中形成Ali2W、Al6W、Al4W等3种弥散性高温强化相，提高 合金的高温强度。
【具体实施方式】
[0060]第一部分:提示和说明
[0061 ] 一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料的制备方法，包含以下步骤：
[0062] (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；
[0063] (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；
[0064] (3)加入锰Μη、镉Cd、铜Cu、钨W，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；
[0065] (4)然后对上述合金熔体进行炉内精炼；
[0066] (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；
[0067] (6)铸造:采用消失模铸造。
[0068] 一一所述消失模铸造，步骤如下：
[0069] ①熔体过滤后可浇注铸造，铸造温度控制可在700~730°C ;
[0070]②铸造前应将所有浇冒口与铸件模具连接并完全烘干;泡塑气化模具表面刷、喷 耐火涂料后再次烘干将特制砂箱置于三维振实台上;填入低砂(干砂)振实、刮平;将烘干的 泡塑气化模具放于底砂上，
[0071 ]③按工艺要求分成填砂，自动振实一定时间后刮平箱口；用塑料薄膜覆盖砂箱口， 放上浇口杯，接负压系统。紧实后进行钢液浇铸，泡塑气化模具消失，金属液取代其位置;铸 件冷凝后释放真空并翻箱，取出铸件，进行下一个循环。
[0072]④开模取出产品，自然冷却，清理砂芯、锯切冒口、打磨飞边；
[0073]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；
[0074]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；
[0075]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，水冷或油冷；
[0076]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。
[0077]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；
[0078]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。
[0079]第二部分:具体实施例
[0080] 实施例1
[0081 ] 一种替代QT400的铝合金二片式球阀及其消失模铸造方法 [0082] 1、制品参数：
[0084] 2、生产流程:制模-组合浇注系统-砂充型-抽负压-熔炼-浇注-打箱-清理 -固溶-时效；
[0085] 3、一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料，其特征在于:主成分含量按重量百分 比计：Cu:5.5%，Mn:0.95%，Cd:0.25%，W:0.04%，CuFeS2:0.04%，TiC:0.10%，ZrC: 0.02%，NaBH4:0.01%，Ali2W:0.02%，H 3[P(M030io)4] :0.03%，余量Al;
[0086] 4、模料材料:聚苯乙烯；
[0087] 5、涂料材料:耐火骨料为石英粉，粘结剂为糊精、硅溶胶，悬浮剂为聚异丙二醇、正 丁醇；
[0088] 6、制作消失模:制模在制模机上进行，将熟化后的聚苯乙烯珠粒用压缩空气发送 到模具内，通入蒸汽使其软化膨胀，珠粒间受热融合，黏结成型，模具冷却后开模；
[0089] 7、浇注温度：彡70(TC;
[0090] 8、打箱：手工清理；
[0091] 9、热处理:T6(固溶加完全人工时效）；
[0092] 10、制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度70~100μπι，晶粒内（Τ+ΘΗ) 组合相数量6个/[μπι]2;
[0093] 12、机械性能
[0094] 实施例2
[0095] 一种替代QT400的铝合金二片式球阀及其金属模重力铸造方法 [0096] 1、制品参数：
[0097]
[0098] 2、生产流程:熔炼-除气-浇注-冷却-开模取件-清理、锯切-热处理；
[0099] 3、一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料，其特征在于:主成分含量按重量百分 比计：Cu:5.5%，Mn:0.95%，Cd:0.25%，W:0.04%，CuFeS2:〇.〇4%，TiC:0.10%，ZrC: 0.02%，NaBH4:0.01%，H3[P(M030iq)4] :0.03%，[Fe(NCS)]2+:0.01%余量Al;
[0100] 4、熔体浇注温度彡700°C;
[0101] 5、模具预热温度彡250 °C;
[0102] 6、倾转转浇注方式，充型时间< 20s;
[0103] 7、冷却时间：彡110s;
[0104] 8、热处理:T6(固溶加完全人工时效）；
[0105] 9、制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度60~90μπι，晶粒内（Τ+ΘΗ)组 合相数量4个/[μπι]2;
[0106] 10、机械性能
[0107]
[0108] 实施例3
[0109] 一种替代QT400的铝合金二片式球阀及其消失模铸造方法
[0110] 1、制品参数：
[0111]
[0112] 2、生产流程:制模4组合浇注系统4砂充型4抽负压4熔炼4浇注4打箱4清理 -固溶-时效；
[0113] 3、一种替代QT400二片式球阀的错合金材料，其特征在于:主成分含量按重量百分 比计：Cu:6.5%，Μη:0.95%，Cd:0.25%，W:0.04%，Ali2W:7.12%，余量Α1;
[0114] 4、模料材料:聚苯乙烯；
[0115] 5、涂料材料:耐火骨料为石英粉，粘结剂为糊精、硅溶胶，悬浮剂为聚异丙二醇、正 丁醇；
[0116] 6、制作消失模:制模在制模机上进行，将熟化后的聚苯乙烯珠粒用压缩空气发送 到模具内，通入蒸汽使其软化膨胀，珠粒间受热融合，黏结成型，模具冷却后开模；
[0117] 7、浇注温度：彡700 °C;
[0118] 8、打箱:手工清理；
[0119] 9、热处理:T6(固溶加完全人工时效）；
[0120] 10、制品微观结构指标:金相组织为等轴晶，平均晶粒度70~100μπι，晶粒内（Τ+ΘΗ) 组合相数量6个/[μπι]2;
[0121] 12、机械性能
[0122]
【主权项】
1. 一种替代QT400二片式球阀的错合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比 计：钨W :0.04%，锰Μη:彡2%，镉Cd:0.05% ~0.5%，铜Cu:4.2% ~8.0%且Cu彡0·8Μη+ 4.05%或铜0.5%彡Cu彡3%且Cu彡1·5Μη;路易斯酸碱对总量1 % X 10-4~2.0%或7.0%~ 9.0 %，使合金平均晶粒度< 120微米，余量为铝Α1。2. 根据权利要求1所述的一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料，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QT400二片式球阀的铝合金材料，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QT450汽车涡轮增压器壳体的铝合金材料，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、金属氰合 物、过渡元素金属羰基配合物、主族类元素中的一种，或者一种以上混合。5. 根据权利要求4所述的一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料，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:包括异硫氰合铁正离子体[Fe(NCS)] 2+，三乙 二胺合镍正离子体[Ni(en)3]2+，六氯合铬负离子体[CrCl 6]3'二氨合三氯合铂负离子体 [PtCl3(NH3) 2r，六硫氰合锰负离子体[Mn(SCN)6]4 一。6. 根据权利要求4所述的一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料，其特征在于:所述 的复杂配体化合物或超大杂多化合物包含A1 12W。7. 根据权利要求1-6之一所述的一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料，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:CuFeS2彡0.10%、TiC 彡 0.15%、ZrC 彡 0.05%、NaBH4 彡 0·05%、Η3[Ρ(Μ〇3〇ιο)4]彡 0.05%〇8. 如权利要求7所述的一种替代QT400二片式球阀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) 加入锰Μη、镉Cd、铜Cu、钨W，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； (6) 铸造:采用消失模铸造浇注。9. 根据权利要求8所述的一种替代QT400二片式球阀的铝合金材料的制备方法，其特征 在于:所述消失模铸造，步骤如下： (1) 熔体过滤后可浇注铸造，铸造温度控制可在700~730°C ; (2) 铸造前应将所有浇冒口与铸件模具连接并完全烘干;泡塑气化模具表面刷、喷耐火 涂料后再次烘干将特制砂箱置于三维振实台上;填入低砂振实、刮平;将烘干的泡塑气化模 具放于底砂上， (3) 按工艺要求分成填砂，自动振实一定时间后刮平箱口；用塑料薄膜覆盖砂箱口，放 上浇口杯，接负压系统，紧实后进行钢液浇铸，泡塑气化模具消失，金属液取代其位置;铸件 冷凝后释放真空并翻箱，取出铸件，进行下一个循环； (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:剖面着色探伤检测或者整体荧光或X光检测； (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560°C以下 的固溶处理，保温后立刻淬火，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，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； (9) 取样分析测试验证； (10) 实用性能验证。
【文档编号】C22C21/12GK105970044SQ201610493338
【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