具有良好可切割性的铝合金以及制备锻造制品的方法和锻造制品技术

一种具有良好可切割性的铝合金，包含３～６％质量的Ｃｕ，０．２～１．２％质量的Ｓｎ，０．３～１．５％质量的Ｂｉ，及０．５～１．０％质量的Ｚｎ，余量为铝和不可避免的杂质。一种制备锻造制品的方法，所述锻造制品中采用了所述的铝合金。通过该方法得到的锻造制品。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有良好可切割性(切削加工性)的铝合金或铝合金材料。本专利技术也涉及采用上述铝合金或铝合金材料制备锻造制品的方法。本专利技术还涉及根据上述方法得到的锻造制品。
技术介绍
通常，经过加入Pb制备的铝基合金，如JIS 2011合金和JIS 6262合金，被用作具 有良好可切割性的铝合金。但是，近年来由于环境的问题，需要不加入Pb的却具有良好切割性能的铝合金。尽管已经提出用加Sn和Bi的铝基合金代替JIS 2011合金(通过加入Pb和Bi 而制备的)，但是它们的碎片分裂性(chip splittability)通常比通过添加Pb和Bi而制 备的合金差。另外，与通常制备的合金相比，当材料的旋转速度降低或刀片的进料速度变慢 以满足降低制品表面粗糙度的要求时，碎片分裂性不充分。此外，当通过添加Sn制备的合金材料经受热锻压时，于锻造后进行的溶液热处理 之后的一些水淬火中，发生通过添加Pb和Bi而制备的常规合金中未发现的裂缝。
技术实现思路
本专利技术涉及一种具有良好可切割性的铝合金，其包含3 6%质量的Cu，0. 2 1. 2%质量的Sn，0. 3 1. 5%质量的Bi，及0. 5 1. 0%质量的Zn，余量为铝和不可避免的 杂质。此外，本专利技术涉及一种制备锻造制品的方法，包括在要锻造的材料的锻造温度下 锻造上述铝合金的步骤，所述锻造温度为320 450°C。再者，本专利技术涉及通过上述制备方法得到的锻造制品。通过下列的说明，本专利技术的其它特征和优点将会更加显而易见。具体实施例方式本专利技术提供下列内容(1) 一种具有良好可切割性的铝合金，其包含3 6%质量的Cu，0.2 1.2%质量 的Sn，0.3 1.5%质量的Bi，及0.5 1.0%质量的Zn，余量为铝和不可避免的杂质；(2) 一种制备锻造制品的方法，包括在要锻造的材料的锻造温度下锻造上述项 (1)的铝合金的步骤，所述锻造温度为320 450°C ；及(3) 一种锻造制品，其是根据上述项(2)的方法得到的。本文所使用的短语“未添加(未补加)Pb”的意思是在锭料中未加Pb，更具体地， 是指在所得铝合金中Pb的含量为0. 05%质量或更小。下面将详细说明本专利技术。Cu的作用是通过形成CuAl2等化合物而提高本专利技术的铝合金的机械强度。当Cu 含量低于下限时，这种作用很小；当Cu的含量高于上限时，锭料的表面质量下降。优选的Cu 含量范围为4. 5 5. 5%质量。低熔点元素，如Sn和Bi，提高碎片分裂性。由于Sn和Bi几乎不与铝形成固溶 体，所以它们是以化合物的形式存在的。假设碎片分裂性提高的原因是化合物因工作热而 在切割或钻孔刀片顶端熔化，进而在碎片上产生缺口。当Sn和Bi含量低于下限时，这种 作用不充分；当高于上限时，则耐腐蚀性降低，这是因为发生了晶界腐蚀。由于Sn-Bi化合 物的熔点降低至139°C，而纯Sn的熔点为232°C，纯Bi的熔点为271°C，所以化合物的熔化 效果是明显的。因此，优选添加Sn和Bi，并且优选它们的含量为Sn对Bi的质量比等于约 43 57，这可以产生共晶组合物。优选Sn的含量为0.2 0.8%质量。优选Bi的含量为 0. 3 1. 0%质量。迄今为止，通过添加Sn和Bi而制备的铝基合金材料的碎片分裂性均比在某些情 况下通过添加Pb和Bi而制备的材料差。作为创造性研究的结果，本专利技术人发现了如下理 由。由于Sn-Bi化合物的尺寸比Pb-Bi化合物小，所以在某些特殊的切割条件下，不能形成 尺寸足以使碎片分裂的缺口。因此，本专利技术人发现需要添加Zn，而所添加的Bi的含量为0. 3%质量或更高，以增 加化合物的尺寸。也就是说，已经发现可以通过在Sn-Bi化合物中引入Zn来提高Sn-Bi化 合物的尺寸。例如，在下文所述的实施例中，本专利技术试样2的Sn-Bi化合物的平均粒径变成 8 μ m大，而对比例试样9的Sn-Bi化合物的平均粒径为5 μ m。这表明，根据本专利技术的试样的 Sn-Bi化合物的尺寸几乎与作为常规实例的JIS 2011合金的Pb-Bi化合物相等。因而，形 成了尺寸足够的缺口，提高了碎片分裂性。优选Sn-Bi化合物的平均粒径为8 μ m或更大， 更优选为10 μ m或更大。当Zn含量低于下限时，上述作用不充分，当Zn含量高于上限时， 耐腐蚀性恶化。优选Zn的含量为0. 5 0. 8%质量。在本专利技术的合金中，对其它元素没有特殊的限制。在不妨碍本专利技术合金的各种性 能如机械强度、可切割性和耐腐蚀性的范围内，可以包含Si、Fe、Mn、Mg、Ti、Ni、Cr、&和In等元素。对本专利技术合金的制造条件和回火(tempering)没有特殊的限制。可以根据通常 的生产条件选择适合使用的淬火。例如，合金可以是通过热处理精加工而进行Tl回火 (temper)；通过施加溶液热处理和人工老化而进行T6回火；或者通过施加溶液热处理、冷 加工和人工老化而进行T8回火。此外，还优选合金在溶液热处理之后经受冷加工或人工老 化的T3、T8、T6和T9等回火，因为当机械强度更大时，碎片分裂性将变得更好。在本专利技术中，材料的锻造温度优选为320 450°C，更优选为350 420°C，当合金 材料进行锻造加工时。当通过添加Sn而制备的合金材料经受热锻压时，在锻造后进行的溶液热处理之后的某些水淬火情况下，发生了通过添加Pb和Bi而制备的常规合金中未发现的裂缝。本 专利技术人通过深入研究发现如下原因。当合金在超过450°C的高温下锻压时，形成巨大的再结晶晶粒，而且通过溶液热处理之后的水淬火在再结晶晶粒边界施加巨大的应力。材料中具 有巨大再结晶晶粒的晶界的总面积如此之小，以至于施加在单位面积晶界上的应力增加， 因而容易造成裂缝。尽管当更大的结晶晶粒形成时，通过添加Pb和Bi而制备的常规铝合 金材料中也出现裂缝，但是，裂缝的发生率没有通过添加Sn而制备的铝合金材料如本专利技术 的铝合金材料中的大。 另一方面，当锻压期间材料的温度降低时，材料的抗变形性增加。可以推测，通过 增加抗变形性，锻压载荷可以超过压机的容量。然而，由于与常规的通过添加Pb和Bi而制 备的铝合金材料相比，本专利技术的合金的抗变形性小，所以低温锻造是可能的。当温度低于 320°C时，锻造载荷可以增加，这取决于欲通过锻造而得到的制品的形状。就能耗而言，降低 锻造时材料的温度是有利的。本专利技术的铝合金可以用于例如经受机加工(如切割和钻孔)的构件或部件。本专利技术的铝合金具有良好的可切割性，其相当或优于通过在Al-Cu系列合金中添 加Pb而制备的合金，通过添加预定量的Sn和Bi、即使不添加Pb但添加Zn而制备的合金。根据本专利技术的制备锻造制品的方法，锻造可以在较低的温度下以较小的载荷进 行，使得锻造节能，同时防止锻造过程中产生裂缝(例如，在锻造后的溶液热处理之后的水 淬火中)ο现将根据下面给出的实施例更详细地说明本专利技术，但是这并不意味着本专利技术受限 于这些实施例。实施例实施例1将组成如表1所示的合金熔化，由各个熔化的合金得到直径为220mm的锭料。将 这些锭料加热以便在480°C均质化6小时。通过在400°C挤出这些锭料，得到直径为12mm 的挤出棒。然后，在500°C下溶液热处理2小时，之后，立即用水使挤出棒淬火。通过外切割对这些棒进行切本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有良好可切割性的铝合金，包含３～６％质量的Ｃｕ，０．２～１．２％质量的Ｓｎ，０．３～１．５％质量的Ｂｉ，及０．５～１．０％质量的Ｚｎ，余量为铝和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：平野洋二，东海林了，
申请(专利权)人：古河SKY株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]