ADC12再生鋁合金制備與復雜構件成形技術研究

（百色學院，廣西 百色 533000）

ADC12又稱Cu-Si-Al系鑄造鋁合金，其化學成分主要有銅、鋅、錳、鐵、鋁、碳等，由于ADC12鋁合金具有流動性好、韌性強、硬度高、可塑性強、耐腐蝕性強等優點，已經被廣泛應用在航天、汽車、醫療器械等領域中，利用其生產出鑄件。但是隨著工業的快速發展，ADC12再生鋁制備成本較高，并且對其金屬性能的要求也越來越高，為了避免資源浪費，許多生產企業利用廢舊的ADC12鋁合金材料制備出ADC12再生鋁合金，ADC12再生鋁合金的金屬性能更優于ADC12鋁合金，再生后的鋁合金不僅強度、韌性、耐腐蝕性能有所提高，而且還具有良好的焊接性，ADC12再生鋁合金被應用到生產壓鑄件與鑄件，并且為制造汽車配件提供了良好的鑄件材料[1]。但是目前國內ADC12再生鋁合金制備與復雜構件成形技術仍然比較落后，制備出來的ADC12再生鋁合金含有多種有害化學元素，比如硫、鉛化學元素等，制備工藝比較復雜，對制備人員自身技術要求較高，而且在復雜構件成形方面不能精準控制構件形狀，ADC12再生鋁合金制備與復雜構件成形技術無法滿足工業生產需求，為此提出ADC12再生鋁合金制備與復雜構件成形技術研究。

1 ADC12再生鋁合金制備研究

此次考慮到制備后的ADC12再生鋁合金金屬性能，提出了一套完整的制備工藝，整個制備流程包括制備材料的選取、制備材料熱處理、合金冷卻凝固，下圖為ADC12再生鋁合金制備工藝流程圖。

圖1 ADC12再生鋁合金制備工藝流程圖

1.1 ADC12再生鋁合金制備材料選取

ADC12再生鋁合金制備過程中主要涉及到的材料有碳、廢舊鋁合金、銅、鋅、硫、錳、鐵、鎂以及鎳等。其中廢舊鋁合金作為ADC12再生鋁合金制備的主要金屬材料，決定了所制備的合金性質；碳的作用是提高ADC12再生鋁合金強度，但是該材料也能對ADC12再生鋁合金的韌性和焊接性起到反作用，所以在ADC12再生鋁合金制備過程中要對碳元素含量按照標準的中下限進行嚴格控制，以此保證ADC12再生鋁合金的綜合性能；錳的作用是增加ADC12再生鋁合金的強度和焊接性，并且在ADC12再生鋁合金制備過程中還能起到固溶強化的作用，在一定含量范圍內，ADC12再生鋁合金的焊接性和強度會隨著錳元素含量的增加而提高，并且該原材料成本較低；而鋅和硫材料的添加是為了增加ADC12再生鋁合金的塑性和韌性，但是添加過量或過少也會ADC12再生鋁合金的韌脆轉變溫度，所以在ADC12再生鋁合金制備過程中要嚴格控制硫、鋅等有害元素含量；由于降低ADC12再生鋁合金碳含量會造成合金強度缺失，所以通過鐵和鎂材料的細晶強化和析出強化彌補，同時在制備過程中添加鎳金屬材料來改善ADC12再生鋁合金強度和韌性的匹配，從而制備出高質量的ADC12再生鋁合金。

根據GB/T1684-2000要求，ADC12再生鋁合金的強度要求比原本廢舊鋁合金更高，但是還要保證DC12再生鋁合金的韌性、焊接性與普通鋁合金相當，所以在原本廢舊的鋁合金金屬材料基礎上，ADC12再生鋁合金成分設計中除了添加0.001的碳含量以外，ADC12再生鋁合金制備材料選取了廢舊鋁合金、銅、鋅、硫、錳、鐵、鎂、鎳等復合金屬材料，以此保證ADC12再生鋁合金強度提高的同時韌性和焊接性不受損害[2]。根據以上分析，設計了ADC12再生鋁合金制備材料成分，如表1所示。

表1 ADC12再生鋁合金制備材料成分要求（%）

1.2 ADC12再生鋁合金的熔煉

ADC12再生鋁合金的制備，首先需要對廢舊鋁合金進行加熱溶解，將廢舊鋁合金放入到中頻感應熔煉爐中，熔煉過程中要保持爐內為真空狀態，在溶解之前需要對爐內進行預熱，預熱時間為15min,預熱后將中頻感應熔煉爐的熔煉溫度設定為750℃，熔煉時間設定為5min，5min后會得到廢舊鋁合金金屬溶液，然后將其他制備材料添加到金屬溶液中繼續加熱[3]。

對于ADC12再生鋁合金來說，除廢舊鋁合金以外剩余的制備材料成分比較特殊，其中含有難于溶解的硅元素、錳元素、鎳元素、鋅元素等，所以對加熱溫度要求較高，如果加熱溫度過高或者過低會影響ADC12再生鋁合金的綜合性能，考慮到該問題，將中頻感應熔煉爐內溫度控制在1220℃～1250℃之間，并且在爐時間不得小于10min，加熱過程中除了要對加熱時間和加熱溫度進行嚴格控制以外，還要結合制備需求，對中頻感應熔煉其他技術參數進行設定，為防止鋅元素揮發，金屬材料熱處理過程中殘余壓力提高到300Pa～400Pa，處理周期設定為30min～38min，最大提升氣體流量設定為240m3，干式真空泵系統抽氣能力設定為100。將加熱后得到的合金溶液進行處理，要求處理后的合金溶液中硫含量≤0.0030%，合金渣厚≤15mm，為后續冷卻和軋制提供高質量合金溶液。

1.3 冷卻凝固

高溫狀態下可以讓制備材料有效融合在一起，但是在高溫狀態下合金的化學性質是不穩定的，長時間處于高溫容易與空氣中的養分發生化學反應，所以當金屬溶液注入鑄模之后需要立即將其放入到冷水中進行冷卻凝固。為了保證制備后的ADC12再生鋁合金具有良好的韌性、焊接性、強度等金屬性能，首先將金屬溶液放入到溫度為100℃的溫水中，冷卻時間為30min，目的是消除合金金屬溶液內部溫度梯度；然后再將其放入到20℃的水中，冷卻時間為20min，讓ADC12再生鋁合金初步凝結；最后在將其取出放入到-30℃的冷水中，讓合金進行完全凝固，此時就會得到ADC12再生鋁合金，以此完成ADC12再生鋁合金制備。

2 ADC12再生鋁合金復雜構件成形技術

為了保證生產后的ADC12再生鋁合金復雜構件形狀符合生產需求，采用模具成形法對其復雜構件成形。首先利用45號鋼材制作一個與復雜構件大小1：1的金屬模具，然后將ADC12再生鋁合金材料放入RH爐中進行加熱溶解，加熱溫度控制在850℃，溶解時間為15min，待合金材料完全溶解之后，將其倒入事先制作的金屬模具中，在倒入過程中要控制好速度，速度過快會容易出現氣泡，速度過慢會使未倒入模具中的溶液已經再次凝固，當合金融合將金屬模具完全填滿之后利用金屬蓋將模具口封住，防止合金溶液溢出模具體外。然后將模具迅速放入溫度為-50℃的冷水中，讓模具中的ADC12再生鋁合金凝固定形，冷卻時間為15min。冷卻后將模具拆開就會得到構件，此時構件四周可能會有多余的ADC12再生鋁合金，需要利用打磨機對構件四周進行打磨處理，處理之后即可得到一個完整的復雜構件，以此完成ADC12再生鋁合金復雜構件成形，進而實現了對ADC12再生鋁合金制備與復雜構件成形技術研究。

3 結束語

此次結合相關文獻資料，對ADC12再生鋁合金制備與復雜構件成形技術進行了研究，對提高ADC12再生鋁合金制備技術與復雜構件成形技術水平具有重要現實意義，有利于促進ADC12再生鋁合金的應用與推廣，以及實現可持續發展戰略目標，降低鋁合金企業生產成本，對研究ADC12再生鋁合金制備與復雜構件成形技術具有一定的借鑒意義。由于此次研究時間有限，雖然在該方面取得了一定的研究成果，但在研究內容上還存在一些不足之處，今后仍會對ADC12再生鋁合金制備與復雜構件成形技術進行進一步研究。