一种易切削的铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种易切削的铝合金，其由以下重量百分比的原料制成：Si 3～3.9％，Mg 0.7～0.9％，Fe≤0.15％，Cu 0.2～0.3％，Cr 0.25～0.35％，Ti 0.15～0.25％，余量为铝；所述易切削的铝合金切削后，碎屑长度≤10mm。本发明专利技术通过提高铝合金中硅的含量，使合金产生大量的过剩Si粒子。铝工件在切削加工时，铝基体率先发生塑性变形，而Si粒子不发生塑性变形，Si粒子由此产生应力集中，随着Si粒子内部能量的逐渐积累，最终Si粒子发生脆性开裂(破坏)，断裂沿着Si粒子传递，最终导致铝屑发生折断。

A kind of easy cutting aluminum alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种易切削的铝合金及其制备方法
本专利技术涉及铝合金
，尤其涉及一种易切削的铝合金及其制备方法。
技术介绍
易切削铝合金由于其削加工性能好，而使工件加工效率得到大幅提高，再者其产品表面光洁度好、精度高，被广泛地应用于各种精密部件。现有的易切削铝合金，一般是在合金中添加低熔点的铅(Pb)，当材料切削加工时，低熔点Pb金属化合物在较低温度下发热，率先熔融并使铝屑变脆，生成细小的铝屑，从而解决铝屑对刀具的交缠问题。然而随着世界各国对环保要求的提高，含有有毒元素铅的铝合金逐渐被禁止生产。新型的无铅易切削铝合金一般是在铝合金中添加锡(Sn)和铋(Bi)，但是，铋具有毒性，Sn为重金属，价格昂贵。且添加锡铋后，铝合金脆性较高；为了改善此问题，中国专利CN201310498437.8在配方之中添加了锌(Zn)，有效降低了铝合金的脆性，但是加入Zn一定程度上会降低合金的抗腐蚀性。另一种较为常见的思路是通过控制合金中的硅元素，来实现提高切削性能的目的。如专利CN100371485C即公开了一种铝合金挤压材，其含有Si：3.0-6.0质量％、Mg：0.1-0.4(0.4除外)质量％、Cu：0.01-0.5质量％、Mn：0.01-0.5质量％，Fe控制在0.40-0.90质量％的范围，余量由Al和不可避免的杂质组成，具有良好的切削性能、填缝性和耐磨损性。但是这种合金的切削性依然较差，且其延伸率较低，加工性能较差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种易切削的铝合金，其切削性能良好、机械性能优良、延伸率高。本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种上述易切削的铝合金的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种易切削的铝合金，其由以下重量百分比的原料制成：Si3～3.9％，Mg0.7～0.9％，Fe≤0.15％，Cu0.2～0.3％，Cr0.25～0.35％，Ti0.15～0.25％，余量为铝；所述易切削的铝合金切削后，碎屑长度≤10mm。作为上述技术方案的改进，其由以下重量百分比的原料制成：Si3.5～3.9％，Mg0.85～0.9％，Fe0.1～0.15％，Cu0.28～0.3％，Cr0.25～0.35％，Ti0.15～0.25％，余量为铝。作为上述技术方案的改进，其由以下重量百分比的原料制成：Si3.1～3.5％，Mg0.7～0.8％，Fe0.05～0.1％，Cu0.25～0.3％，Cr0.3～0.35％，Ti0.2～0.25％，余量为铝。作为上述技术方案的改进，所述易切削的铝合金的抗拉强度≥330MPa，屈服强度≥290MPa，延伸率≥13％；所述易切削的铝合金切削后，碎屑长度为3～6mm。相应的，本专利技术还公开了一种上述的易切削的铝合金的制备方法，其包括：(一)按照比例准备原料备用；其中，以重量百分比计的原材料配方如下：Si3～3.9％，Mg0.7～0.9％，Fe≤0.15％，Cu0.2～0.3％，Cr0.25～0.35％，Ti0.15～0.25％，余量为铝；(二)将各种原材料在720～760℃下熔炼得到高温铝液；(三)将所述高温铝液在720～760℃下精炼20～30分钟；(四)将所述高温铝液静置15～30分钟，得到铸造液；(五)将所述铸造液进行铸造，得到铸棒坯体；(六)将所述铸棒进行均质处理，得到铸棒；(七)将所述铸棒进行挤压，得到挤压坯体；(八)将所述挤压坯体进行时效处理，得到易切削的铝合金成品。作为上述技术方案的改进，步骤(六)包括：(6.1)将所述铸棒坯体在540～550℃下均质处理6～8h；(6.2)采用喷水+强风混合冷却至室温，得到铸棒。作为上述技术方案的改进，步骤(六)包括：(6.1)将所述铸棒坯体在480～510℃下均质1～3h；(6.2)将所述铸棒坯体在520～560℃下均质5～12h；(6.3)将所述铸棒坯体在70～90℃的热水中冷却，然后空冷至室温，得到铸棒。作为上述技术方案的改进，步骤(七)中，挤压温度为480～520℃，挤压速度为1～10m/min。作为上述技术方案的改进，步骤(八)中，时效处理的温度为160～180℃，时间为8～12h。实施本专利技术，具有如下有益效果：1.本专利技术利用Si粒子自身有脆性破坏的特点，在配方中提高铝合金中硅的含量，使合金产生大量的过剩Si粒子。铝工件在切削加工时，铝基体率先发生塑性变形，而Si粒子不发生塑性变形，Si粒子由此产生应力集中，随着Si粒子内部能量的逐渐积累，最终Si粒子发生脆性开裂(破坏)，断裂沿着Si粒子传递，最终导致铝屑发生折断。2.本专利技术通过对于铝合金中各元素的联合控制，获得了良好的力学性能，本专利技术中的铝合金抗拉强度≥330MPa，屈服强度≥290MPa，延伸率≥13％。3.本专利技术通过对于Cu含量以及均质工艺的联合控制，有效提升了铝合金的弹性模量，减小了铝合金在切削过程中产生的振动幅度；提升了铝合金的切削性能。附图说明图1是本专利技术一种易切削的铝合金的制备方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。仅此声明，本专利技术在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本专利技术的附图为基准，其并不是对本专利技术的具体限定。传统的易切削铝合金中多含有Pb、Bi、Sn等金属，随着环保形势日益严峻，上述金属被限制使用。为此，本专利技术提供一种不含有上述金属的易切削的铝合金。具体的，本专利技术中的易切削铝合金由以下重量百分比的原料制成：Si3～3.9％，Mg0.7～0.9％，Fe≤0.15％，Cu0.2～0.3％，Cr0.25～0.35％，Ti0.15～0.25％，余量为铝。其中，Si元素主要有两方面的作用，一方面是与Mg相结合，形成Mg2Si相，以提升铝合金的力学性能(抗拉强度、屈服强度等)。另一方面是过剩硅，其主要以Si粒子的形式存在于铝合金之中，Si粒子自身有脆性破坏的特点，使得铝工件在切削加工时，铝基体率先发生塑性变形，而Si粒子不发生塑性变形，Si粒子由此产生应力集中，随着Si粒子内部能量的逐渐积累，最终Si粒子发生脆性开裂(破坏)，断裂沿着Si粒子传递，最终导致铝屑发生折断。在同时考虑力学性能与切削性能的基础上，控制Si为3～3.9％，Mg为0.7～0.9％。优选的，控制Si为3.5～3.9％，Mg为0.85～0.9％或控制Si为3.1～3.5％，Mg为0.7～0.8％；通过上述范围的Si和Mg，可有效控制Mg2Si相和过剩硅粒子的含量，获得较优的力学性能和切削性能。另外，Mg2Si虽然能够强化力学性能，但是也会对铝合金的延伸率造成不良的影响，进而影响铝合金的加工性能。为此，在确保力学性能的基础上，尽量降低Mg的含量，故在本专利技术中，控制Mg的最低含量为0.7％；但为了提升铝合金力学性能，应将Mg控制在0.9％以下。为了进一步优化铝合金的延伸率，本专利技术的配方之中添加了Ti和Cr，其能起到细化晶粒的作用，有效提升铝合金的延伸率。其中，Ti的添加量为0.15～0.25％，当Ti含量超过0.25％时，其会缩短切削刀具的使用寿命；优选的Ti含量为0.2～0.25％。其中，Cr的添加量控制为0.25～0.35％，优选的，Cr的添加量控制为0.3～0.35％。经试验，Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种易切削的铝合金，其特征在于，其由以下重量百分比的原料制成：Si 3～3.9％，Mg 0.7～0.9％，Fe≤0.15％，Cu 0.2～0.3％，Cr 0.25～0.35％，Ti 0.15～0.25％，余量为铝；所述易切削的铝合金切削后，碎屑长度≤10mm。

【技术特征摘要】
1.一种易切削的铝合金，其特征在于，其由以下重量百分比的原料制成：Si3～3.9％，Mg0.7～0.9％，Fe≤0.15％，Cu0.2～0.3％，Cr0.25～0.35％，Ti0.15～0.25％，余量为铝；所述易切削的铝合金切削后，碎屑长度≤10mm。2.如权利要求1所述的易切削的铝合金，其特征在于，其由以下重量百分比的原料制成：Si3.5～3.9％，Mg0.85～0.9％，Fe0.1～0.15％，Cu0.28～0.3％，Cr0.25～0.35％，Ti0.15～0.25％，余量为铝。3.如权利要求1所述的易切削的铝合金，其特征在于，其由以下重量百分比的原料制成：Si3.1～3.5％，Mg0.7～0.8％，Fe0.05～0.1％，Cu0.25～0.3％，Cr0.3～0.35％，Ti0.2～0.25％，余量为铝。4.如权利要求2或3所述的易切削的铝合金，其特征在于，所述易切削的铝合金的抗拉强度≥330MPa，屈服强度≥290MPa，延伸率≥13％；所述易切削的铝合金切削后，碎屑长度为3～6mm。5.一种如权利要求1-4任一项所述的易切削的铝合金的制备方法，其特征在于，包括：(一)按照比例准备原料备用；其中，以重量百分比计的原材料配方如下：Si3～3.9％，Mg0.7～0.9％，Fe≤0.15％，Cu0.2～0.3％...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈力，李永超，邹尚锋，严兰芳，
申请(专利权)人：广东坚美铝型材厂集团有限公司，佛山坚美铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44