一种替代QT500铝合金差速器材料及其重力铸造成型方法技术

本发明专利技术公开一种替代QT500的铝合金差速器壳材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：锰Mn:≤2%，镉Cd:0.05%～0.5%，铜Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%，硅Si：7.0%～9%；路易斯酸碱对总量1%×10‑4～2.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种替代QT500铝合金差速器材料及其制备方法。
技术介绍
球墨铸铁（简称球铁）被广泛用于制造传动箱体、泵壳、缸体、活塞、轮毂、传动件、转向件等强度高耐磨性好的零件；球铁之所以用途广泛，还在于它有着细分的标准牌号，每种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，从而对应着细分应用品类。见表1。表1 GB/T 1348确定的球墨铸铁牌号对应的力学性能及组织球铁的机械性能指标及其分类，可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。实现以轻强结构替代重强结构。从自然特性和经验积累的角度来看，铝合金较球铁具有多种优点：①铝材料具有极好的低温性能，在低温环境作为结构材料具有独特优势，而球铁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，其耐冲击急剧下降，甚至发生“低温脆断”。②铝合金比强度高，具有良好的断裂韧性（衡量金属材料对裂纹突然扩张的抗力），而球铁对应力集中敏感性强，会造成突然断裂。③由于铝及铝合金是非磁性材料故抗电磁干扰性能好，而球铁在生物生存的温度范围内都是良好的磁性材料，容易受电磁干扰。④铝合金本身的抗腐蚀性远远高于钢铁且更适宜于进行高技术表面防腐和装饰一体化处理。⑤铝合金对水的润湿性远远低于钢铁，因而低温雨雪天气铝表面不会象钢铁表面那样容易发生冻雨冰附增重现象。⑥铝材料合金化和热处理工艺较球铁和钢材简单，铝的合金化温度一般低于750℃，热处理温度在150～600℃之间，而球铁合金化温度超过1400℃，热处理温度则在500～1000℃，消耗和排放是铝材料几倍乃至十多倍。⑦从加工工艺来比较，铝材料可以很容易地获得复杂形状或断面的零件，而用球铁加工这种复杂的零件需要更多的工序和装备会消耗比铝材料更高的功率。⑧铝合金比球铁惯性小，在启停频繁的装备上更具优势。前述这些钢材欠缺而铝材料独具的优异品质，为“以铝代钢”的显著进步性提供了人类社会文明进步追求的现实基础。在“以铝代钢”的技术升级中，为了充分发挥铝合金以“轻”为代表的优越特性，必须使其在“强”的方面有长足发展，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。从材料制备的方法审视，材料特性由功能性微观物相组合得到，需要获得良好的功能性物相组合，例如高强度、高塑性、高硬度、耐腐蚀等，是各种制备方法追求的最终结果，因此铝合金的化学成分设计与其制备技术存在紧密的内在统一性，是一种原子如何结合成所需的“物相分子”的关系。铝合金各配方元素通过熔炼混合是形成材料物相分子组合结构的主要决定性环节，凝固过程后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10～300μm左右)，后续热处理对晶态组合框架下微细结构(微米级颗粒:尺度1～30μm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10nm～＜1μm)进行调整和完善。在工程应用上，铝合金晶粒大小和形状及晶界上金属化合物的大小形状，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，目前常规变质手段和细化晶粒的手段，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，这是合金力学性能进一步提高的重要瓶颈问题。为使铝合金获得强度和韧性同时提高，只有进行晶粒的细化和圆整化，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。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＇)、新的盘片相和平衡相θ(Al2Cu)；其中在基体晶粒内部，新发现一种棒叉状(T+θH)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Al20Cu2Mn3，分子物相特征是直径约100nm、长度约600～1000nm呈棒轴状且其(010)面与铝合金基体的{010本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种替代QT500的铝合金差速器壳材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：锰Mn:≤2%，镉Cd:0.05%～0.5%，铜Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%，硅Si：7.0%～9%；路易斯酸碱对总量1%×10‑4～2.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。

【技术特征摘要】
1.一种替代QT500的铝合金差速器壳材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比计：锰Mn:≤2%，镉Cd:0.05%～0.5%，铜Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%，硅Si：7.0%～9%；路易斯酸碱对总量1%×10-4～2.0%，使合金平均晶粒度＜120微米，余量为铝Al。2.根据权利要求1所述的一种替代QT500铝合金差速器壳材料，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QT500铝合金差速器材料，其特征在于：合金晶粒内亚纳米(T+θH)组合相数量达到≥1个/平方微米。4.根据权利要求1所述的一种替代QT500铝合金差速器材料，其特征在于：所述路易斯酸碱对为金属的碳化物、氢合物、过渡族类元素中的一种，或一种以上混合。5.根据权利要求4所述的一种替代QT500铝合金差速器材料，其特征在于：所述的金属碳化物：包括碳化钛TiC。6.根据权利要求4所述的一种替代QT500铝合金差速器材料，其特征在于：所述的氢合物，包括氢化锂LiH。7.根据权利要求1-6之一所述的一种替代QT500铝合金差速器材料，其特征在于：所述路易斯酸碱对，按元素添加量占Al基体重量百分比，范围为：Mg＜1.2%，Sc＜0.5%，TiC0.5%， LiH＜0.5%。8.如权利要求7所述的一种替代QT500铝合金差速器材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：(1)在前述路易斯酸碱对、元素比...

【专利技术属性】
技术研发人员：门三泉，车云，张中可，
申请(专利权)人：贵州华科铝材料工程技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52