一种轮胎模具用高纯净铝镁合金材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种轮胎模具用高纯净铝镁合金材料及其制备方法,该材料的组分及质量百分含量为:Cu:0.2~0.4%;Mg:3~6%;Mn:0.3~0.6%;Ti:0.1~0.15%;Zr:0.05~0.08%;其余为铝。本发明的创新点主要有三个方面,分别是:成分的优化、炉内和浇铸过程双重除气除渣工艺及金属镁添加工艺的优化,本发明制备的轮胎模具表面具有良好的性能,粘膜率低,而且使用寿命延长。
【专利说明】一种轮胎模具用高纯净铝镁合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝合金领域,涉及铝镁合金,尤其是一种轮胎模具用高纯净铝镁合金 材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铝镁铸造合金具有延伸率高,切削性、耐腐蚀性、表面光洁度好等特点,因此成为 目前国际上轮胎模具行业比较推崇的模具用铝。普通工艺生产的铝镁合金强度低,而且含 有较多的渣、气。用其制备的轮胎模具表面容易形成渣孔、气孔,轮胎在成型过程中,胶会渗 入其中产生粘膜现象;模具强度低导致模具使用寿命短。
[0003] 目前,为解决铝合金轮胎模具的这些缺点,工业生产中都需要对铝合金表面进行 后处理,才能提高铝合金表面的性能,后处理的方法主要有两种:一是化学镀法,二是喷砂 法。化学镀虽能提高改善铝合金表面性能,但是化学镀会形成重金属污染;铝合金模具喷砂 会造成严重的粉尘污染。
[0004] 通过检索,尚未发现有关解决铝镁合金渣孔多、气孔多问题的专利文献报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处,提供一种渣孔少、气孔少、专用于轮 胎模具的高纯净铝镁合金材料,以及该材料的制备方法。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是:
[0007] -种轮胎模具用高纯净铝镁合金材料,其组分及质量百分含量为:
[0008] Cu :0.2 ?0.4%;
[0009] Mg:3 ?6%;
[0010] Mn :0.3 ?0.6%;
[0011] Ti :0· 1 ?0· 15% ;
[0012] Zr :0· 05 ?0· 08% ;
[0013] 其余为铝。
[0014] 一种轮胎模具用高纯净铝镁合金材料的制备方法,步骤如下:
[0015] ⑴按权利要求1所述的比例分别称取电解铜、金属镁、八這1110311110、4121'10、重 熔用铝锭;
[0016] ⑵按总投料的0. 1?0. 12%称取无钠精炼剂,按总投料的0. 5?0. 6%称取覆盖 剂;
[0017] ⑶将称量好的电解铜、金属镁、AlMnlO、AlTilO、AlZrlO、重熔用铝锭、精炼剂、覆盖 剂放入温度200?300°C的恒温预热干燥室中干燥2?3h ;
[0018] ⑷将占覆盖剂总量40 %的覆盖剂均匀喷入火焰式反射炉内,然后将烘干后的重熔 用铝锭投入炉内,点燃天然气升温熔化;
[0019] (5)待铝锭全部熔化后,调整铝液温度为690-7KTC时,将烘干后的电解铜、AlMnlO、 AlTilO、AIZrlO投入炉内,用搅拌工具搅拌铝液4-6min ;
[0020] (6)将镁锭装入钟罩内,叉车带动钟罩深入铝液内反复游走,镁锭快速熔化,镁锭熔 化后将钟罩取出,搅拌铝液3-5min,取样检测,补加占覆盖剂总量30%的覆盖剂;
[0021] (7)点火升温,当铝液温度为740?760°C,将烘干后的精炼剂装入铝液精炼机中, 以惰性气体氩气为载体将精炼剂均匀喷入铝液内部进行除渣,喷粉时间控制在8-12min ;
[0022] (8)使用除气耙对炉内铝液进行氩气除气,除气时间20分钟,静置10_15min,进行 成分检测,补加剩余的覆盖剂;
[0023] ⑶在炉后浇铸流槽的末端连接一过滤箱,在过滤箱内放置40ppi的陶瓷过滤板, 将过滤箱与浇铸流槽一起预热至400?500°C ;
[0024] (1Φ待各项指标检测合格后,调整铝液温度为720?730°C,开启炉后除气系统,开 始浇铸。铝液经过浇铸流槽及过滤箱,得到二次除气、除渣,流槽内铝液高度在40-50cm,氩 气泡高度2-5cm,使用熔体快速测氢仪在过滤箱内在线检测铝液含气量;
[0025] (11)经过二次除气、除渣后,铝液流经铝液分配器注入模具内,凝固成锭。
[0026] 而且,所述钟罩是由底板、两侧板、顶板及背板围成的前端开口的中空四方结构, 在开口端的一侧板上铰装钟罩门,在钟罩内部的两侧板之间坚向均布间隔固装隔板,在隔 板、两侧板、底板及背板上均均布间隔制有圆孔,在顶板的顶面两侧各固装一吊环,该吊环 为矩形框架结构,恰能使叉车臂深入到吊环的孔内将钟罩吊起。
[0027] 而且,所述圆孔的直径为2cm,所述顶板为厚度为5mm的铁板。
[0028] 本发明的优点和积极效果是:
[0029] 1、本发明的创新点主要有三个方面,分别是:成分的优化、炉内和浇铸过程双重除 气除渣工艺及金属镁添加工艺的优化,本发明制备的轮胎模具表面具有良好的性能,粘膜 率低,而且使用寿命延长。
[0030] 2、本合金材料中的Μη使针状的Fe相变为汉字状,降低了针状Fe的有害作用,大 幅提高合金的延伸率;Cu与A1形成CuA12弥散强化相,提高合金强度;Ti细化α固溶体, 提高合金力学性能;Zr细化再结晶组织,提高合金力学性能;制备的新型铝镁合金材料抗 拉强度为242-255Mpa,延伸率14. 6-17. 2%,布氏硬度68. 1-75. 3。
[0031] 3、本方法铝合金液经炉内及浇铸过程双重除气除渣,铝液的含气量 <0. 10ml/100gAl,平均每条铸锭上含渣个数不大于2个,平均每个渣的面积不大于2mm2, 合金含气含渔量明显降低。
[0032] 4、本发明的钟罩可在叉车的带动下深入铝液内部反复游走,镁锭全部浸泡在铝液 内部,加速了镁锭的熔化速度并杜绝了镁锭与空气接触,使Mg元素烧损率降为0. 8%。
[0033] 5、本发明合金制备的轮胎模具渣孔、气孔少,可以直接进行轮胎成型,不需再进行 表面处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 图1为本发明钟罩的主视图;
[0035] 图2为图1的右视图;
[0036] 图3为钟罩的内部结构示意图(去掉钟罩门);
[0037] 图4为图3的A-A向截面剖视图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述,以下实施例只是描述性 的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
[0039] 实施例1 :
[0040] 一种轮胎模具用高纯净铝镁合金材料,其组分及质量百分含量为:
[0041] Cu :0· 28%、Mg :5. 2%、Mn :0· 5%、Ti :0· 13%、Zr :0· 069%。
[0042] 一种轮胎模具用高纯净铝镁合金材料的制备方法,步骤如下:
[0043] ⑴按上述组分及含量分别称取电解铜、金属镁、AlMnlO、AlTilO、AlZrlO,总重量为 20t。
[0044] ⑵称取无钠精炼剂22kg和覆盖剂110Kg ;
[0045] ⑶将电解铜、金属镁、AlMnlO、AlTilO、AlZrlO、重熔用铝锭、精炼剂、覆盖剂放入温 度200?300°C的恒温预热干燥室中干燥2. 5h ;
[0046] (4)将占覆盖剂总量40%的覆盖剂均匀喷入火焰式反射炉内,然后将烘干后的重熔 用铝锭投入炉内,点燃天然气升温熔化;
[0047] (5)待铝锭全部熔化后,调整铝液温度为698 °C时,将烘干后的电解铜、AlMnlO、 AlTilO、AIZrlO投入炉内,用搅拌工具搅拌铝液5min ;
[0048] (6)将镁锭装入刷有涂料的铁质钟罩内,叉车带动钟罩深入铝液内反复游走,镁锭 快速熔化,镁锭熔化后将钟罩取出,搅拌铝液5min,取样检测,补加占覆盖剂总量30 %的覆 盖剂;
[0049] ⑴点火升温,当铝液温度为749°C,将烘干后的HGJ-2精炼剂装入铝液精炼机中, 以惰性气体氩气为载体将精炼剂均匀喷入铝液内部进行除渣,喷粉时间控制在8min ;
[0050] (8)使用除气耙对炉内铝液进行氩气除气,除气时间20分钟,静置12min,进行成分 检测,补加剩余的覆盖剂;
[0051] ⑶在炉后浇铸流槽的末端连接一过滤箱,在过滤箱内放置40ppi的陶瓷过滤板, 将过滤箱与浇铸流槽一起预热至488°C ;
[0052] (1Φ待各项指标检测合格后,调整铝液温度为723°C,开启炉后除气系统,开始浇铸。 铝液经过浇铸流槽及过滤箱,得到二次除气、除渣,流槽内铝液高度在45cm左右,氩气泡高 度约3cm,使用熔体快速测氢仪在过滤箱内在线检测铝液含气量;
[0053] (11)经过二次除气、除渣后,铝液流经铝液分配器注入模具内,凝固成锭。
[0054] 本次生产的新型铝镁合金材料,镁锭熔化时间为15min,烧损率为0. 8% ;合金含 气量0. 092ml/100gAl ;通过体式显微镜观察:平均每条铸锭上含渣个数为1. 7个,平均每个 渣的面积为〇. 8mm2 ;抗拉强度255Mpa,延伸率14. 6%,布氏硬度75. 3。
[0055] 实施例2 :
[0056] -种轮胎模具用高纯净铝镁合金材料,其组分及质量百分含量为:
[0057] Cu :0· 35%、Mg :4. 4%、Mn :0· 32%、Ti :0· ll%、Zr :0· 073%。
[0058] -种轮胎模具用高纯净铝镁合金材料的制备方法,步骤如下:
[0059] ⑴按上述组分及含量分别称取电解铜、金属镁、AlMnlO、AlTilO、AlZrlO,总重量为 20t。
[0060] ⑵称取无钠精炼剂20kg和覆盖剂lOOKg ;
[0061] ⑶将电解铜、金属镁、AlMnlO、AlTilO、AlZrlO、重熔用铝锭、精炼剂、覆盖剂放入温 度200?300°C的恒温预热干燥室中干燥2. 5h ;
[0062] ⑷将占覆盖剂总量40 %的覆盖剂均匀喷入火焰式反射炉内,然后将烘干后的重熔 用铝锭投入炉内,点燃天然气升温熔化;
[0063] (5)待铝锭全部熔化后,调整铝液温度为703 °C时,将烘干后的电解铜、AlMnlO、 AlTilO、AIZrlO投入炉内,用搅拌工具搅拌铝液6min ;
[0064] (6)将镁锭装入刷有涂料的铁质钟罩内,叉车带动钟罩深入铝液内反复游走,镁锭 快速熔化,镁锭熔化后将钟罩取出,搅拌铝液4min,取样检测,补加占覆盖剂总量30 %的覆 盖剂;
[0065] ⑴点火升温,当铝液温度为751°C,将烘干后的HGJ-2精炼剂装入铝液精炼机中, 以惰性气体氩气为载体将精炼剂均匀喷入铝液内部进行除渣,喷粉时间控制在12min ;
[0066] (8)使用除气耙对炉内铝液进行氩气除气,除气时间20分钟,静置13min,进行成分 检测,补加剩余的覆盖剂;
[0067] ⑶在炉后浇铸流槽的末端连接一过滤箱,在过滤箱内放置40ppi的陶瓷过滤板, 将过滤箱与浇铸流槽一起预热至462°C ;
[0068] (1Φ待各项指标检测合格后,调整铝液温度为729°C,开启炉后除气系统,开始浇铸。 铝液经过浇铸流槽及过滤箱,得到二次除气、除渣,流槽内铝液高度在50cm左右,氩气泡高 度约5cm,使用熔体快速测氢仪在过滤箱内在线检测铝液含气量;
[0069] (11)经过二次除气、除渣后,铝液流经铝液分配器注入模具内,凝固成锭。
[0070] 本次生产新型铝镁合金材料,镁锭熔化时间为14min,烧损率为0. 8% ;合金含气 量0. 089ml/100gAl ;通过体式显微镜观察:平均每条铸锭上含渣个数为1. 5个,平均每个渣 的面积为〇. 73mm2 ;抗拉强度242Mpa,延伸率17. 2%,布氏硬度68. 1。
[0071 ] 表1新型铝镁合金材料元素成分
[0072]
【权利要求】
1. 一种轮胎模具用高纯净铝镁合金材料,其组分及质量百分含量为: Cu :0· 2 ?0· 4% ; Mg :3 ?6% ; Μη :0· 3 ?0· 6% ; Ti :0. 1 ?0. 15% ; Zr :0. 05 ?0. 08% ; 其余为错。
2. 根据权利要求1所述的轮胎模具用高纯净铝镁合金材料的制备方法,步骤如下: ⑴按权利要求1所述的比例分别称取电解铜、金属镁、AlMnlO、AlTilO、AlZrlO、重熔用 错锭; ⑵按总投料的〇. 1?〇. 12%称取无钠精炼剂,按总投料的0. 5?0. 6%称取覆盖剂; ⑶将称量好的电解铜、金属镁、AlMnlO、AlTilO、AlZrlO、重熔用铝锭、精炼剂、覆盖剂放 入温度200?300 °C的恒温预热干燥室中干燥2?3h ; ⑷将占覆盖剂总量40%的覆盖剂均匀喷入火焰式反射炉内,然后将烘干后的重熔用铝 锭投入炉内,点燃天然气升温熔化; (5) 待铝锭全部熔化后,调整铝液温度为690-7KTC时,将烘干后的电解铜、AlMnlO、 AlTilO、AIZrlO投入炉内,用搅拌工具搅拌铝液4-6min ; (6) 将镁锭装入钟罩内,叉车带动钟罩深入铝液内反复游走,镁锭快速熔化,镁锭熔化后 将钟罩取出,搅拌铝液3-5min,取样检测,补加占覆盖剂总量30%的覆盖剂; ⑴点火升温,当铝液温度为740?760°C,将烘干后的精炼剂装入铝液精炼机中,以惰 性气体氩气为载体将精炼剂均匀喷入铝液内部进行除渣,喷粉时间控制在8-12min ; ⑶使用除气耙对炉内铝液进行氩气除气,除气时间20分钟,静置10-15min,进行成分 检测,补加剩余的覆盖剂; ⑶在炉后浇铸流槽的末端连接一过滤箱,在过滤箱内放置40ppi的陶瓷过滤板,将过 滤箱与浇铸流槽一起预热至400?500°C ; (10) 待各项指标检测合格后,调整错液温度为720?730 C,开启炉后除气系统,开始烧 铸。铝液经过浇铸流槽及过滤箱,得到二次除气、除渣,流槽内铝液高度在40-50cm,氩气泡 高度2-5cm,使用熔体快速测氢仪在过滤箱内在线检测铝液含气量; (11) 经过二次除气、除渣后,铝液流经铝液分配器注入模具内,凝固成锭。
3. 根据权利要求2所述的高纯净铝镁合金材料的制备方法,其特征在于:所述钟罩是 由底板、两侧板、顶板及背板围成的前端开口的中空四方结构,在开口端的一侧板上铰装钟 罩门,在钟罩内部的两侧板之间坚向均布间隔固装隔板,在隔板、两侧板、底板及背板上均 均布间隔制有圆孔,在顶板的顶面两侧各固装一吊环,该吊环为矩形框架结构,恰能使叉车 臂深入到吊环的孔内将钟罩吊起。
4. 根据权利要求3所述的高纯净铝镁合金材料的制备方法,其特征在于:所述圆孔的 直径为2cm,所述顶板为厚度为5mm的铁板。
【文档编号】C22C1/06GK104195387SQ201410449933
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】王如芬, 李志琴, 霍会娟, 赵召召, 代晓晨 申请人:天津立中合金集团有限公司