[发明专利]一种Al-Cu-Mg-Mn系铝合金铸件制备方法

说明书

本发明公开了一种Al‑Cu‑Mg‑Mn铝合金铸件制备方法，涉及铝合金领域，包括以下成分：Si:≤0.5％、Fe:≤0.5％、Cu:2.0‑6.5％、Mg:0.2‑2.0％、Mn:0.2‑1.5％，余量为铝及不可除杂质。针对目前铝合金砂模铸造组织粗大、容易夹砂以及金属模铸造操作困难的问题，本发明提出采用金属模具作为内模、环绕冷却管，砂型模具作为外模的特殊组合模具，对所配原料进行熔炼、精炼除杂除气、浇注，制备得到高质量、高性能铸件。由于金属内模的导热性能好、冷却速度快，显著降低铝合金成型件的晶粒尺寸，通过冷却水、砂型外模调控熔体凝固速率，所制备的铝合金铸件组织致密、晶粒尺寸小、成分均匀，扩大中心等轴晶区，性能优于砂型模具、金属模具制备的铸件，方法简单，成本低，在铝合金制备领域具有重要的价值。

技术领域

本发明提供了一种Al-Cu-Mg-Mn铝合金铸件制备方法，属于铝合金领域。

背景技术

Al-Cu-Mg-Mn铝合金具有密度低，强度高，塑性优异的特点，同时具备优良导电和导热性能，在工业领域有着广泛的应用，尤其在航天航空领域，是航空飞行器重要的结构材料，飞机机身接头、框架、轮毂等支撑结构零部件均采用了铝合金。

Al-Cu-Mg-Mn铝合金通常采用铸造结合变形加工方式成型。其中，高质量铸件是影响铝合金变形加工件组织、性能的关键因素之一。目前，铝合金的铸造多采用砂型模具或者金属型模具。砂型模具因冷却速度慢，熔体直接与型砂接触，导致铸锭容易产生夹砂，组织粗大等缺陷；金属型模具冷却速度快，但铸件表层与中心部位之间组织均匀性差，为了提高组织均匀性需要加大模具尺寸，导致金属模具成本高、加工难度大。

本发明提供一种Al-Cu-Mg-Mn系铝合金铸件制备方法，采用钢模具配合水冷装置以及砂型模具构成组合铸造装置，通过控制冷却水的温度、流量和流速，结合铸造工艺控制，实现Al-Cu-Mg-Mn铝合金铸造组织控制，得到高质量的铸件。

发明内容

本发明针对现有Al-Cu-Mg-Mn铝合金铸造存在的铸件质量控制难题，提供一种铸件制备方法，采用钢模具配合水冷装置以及砂型模具构成的组合铸造装置，结合铸造工艺控制，实现Al-Cu-Mg-Mn铝合金铸造组织控制，得到高质量的铸件。

本发明提供一种Al-Cu-Mg-Mn铝合金铸件制备方法，采用钢模具作为内模，环绕水冷却管，再采用砂型模具作为外模构成组合铸造装置；利用金属模具的优势，避免铸锭产生夹砂、组织粗大等缺点，同时利用砂型外模固定水冷却管，通过冷却水的温度、流量和流速控制，与砂型外模协同调节熔体凝固速率，避免采用大型金属模具导致的金属模具加工、使用操作困难等问题。结合铸造工艺控制，实现细化铸件晶粒、调控组织的目的。所制备的铝合金铸件组织致密、晶粒尺寸较小、成分均匀，扩大中心等轴晶区，性能优于砂型模具、金属模具制备的铸件。

本发明提供一种Al-Cu-Mg-Mn铝合金铸件制备方法，包括以下步骤：

A、配料：将原料按照如下重量百分含量配料，其中Si含量≤0.5％、Fe含量≤0.5％、Cu含量2.0-6.5％、Mg含量0.2-2.0％、Mn含量0.2-1.5％，余量为铝及不可除杂质；

B、熔炼：铝和镁原料以纯金属方式加入，其余以中间合金方式加入；将纯铝(99.99％)加入电阻炉，加热温度800-850℃，熔融为铝熔液；再依次加入铝锰中间合金、铝铜中间合金，加热温度为750-800℃，最后将纯镁锭用加料器加入电阻炉并进行搅拌熔融，加热温度为750±10℃；

C、模具：依据铝合金铸锭尺寸设计并制备一定尺寸的钢模具(壁厚大于30mm)充当内模；从钢模外壁底部向上环绕冷却管，管内通入冷却水，冷却水温度可进行控制，冷却水流量通过压力和冷却管直径控制；采用砂型模具作为外模；其中钢模具与砂型模具厚度比为1：(2-5)，浇注系统采用钢模具浇注系统；