[发明专利]环保易切削铝合金

说明书

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：

一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卷第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.US Pat，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

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％。

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0.1％-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0.1％-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1∶5；Mg∶Bi含量比1∶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。

附图说明

图1a)易切削6262铝合金高速铣削得到的切屑；

图1b)实施例1的铝合金高速铣削得到的切屑；

图1c)实施例2的铝合金高速铣削得到的切屑；

图1d)实施例3的铝合金高速铣削得到的切屑；

图1e)实施例4的铝合金高速铣削得到的切屑；