ADC12再生铝合金制备与复杂构件成形技术研究

（百色学院，广西 百色 533000）

ADC12又称Cu-Si-Al系铸造铝合金，其化学成分主要有铜、锌、锰、铁、铝、碳等，由于ADC12铝合金具有流动性好、韧性强、硬度高、可塑性强、耐腐蚀性强等优点，已经被广泛应用在航天、汽车、医疗器械等领域中，利用其生产出铸件。但是随着工业的快速发展，ADC12再生铝制备成本较高，并且对其金属性能的要求也越来越高，为了避免资源浪费，许多生产企业利用废旧的ADC12铝合金材料制备出ADC12再生铝合金，ADC12再生铝合金的金属性能更优于ADC12铝合金，再生后的铝合金不仅强度、韧性、耐腐蚀性能有所提高，而且还具有良好的焊接性，ADC12再生铝合金被应用到生产压铸件与铸件，并且为制造汽车配件提供了良好的铸件材料[1]。但是目前国内ADC12再生铝合金制备与复杂构件成形技术仍然比较落后，制备出来的ADC12再生铝合金含有多种有害化学元素，比如硫、铅化学元素等，制备工艺比较复杂，对制备人员自身技术要求较高，而且在复杂构件成形方面不能精准控制构件形状，ADC12再生铝合金制备与复杂构件成形技术无法满足工业生产需求，为此提出ADC12再生铝合金制备与复杂构件成形技术研究。

1 ADC12再生铝合金制备研究

此次考虑到制备后的ADC12再生铝合金金属性能，提出了一套完整的制备工艺，整个制备流程包括制备材料的选取、制备材料热处理、合金冷却凝固，下图为ADC12再生铝合金制备工艺流程图。

图1 ADC12再生铝合金制备工艺流程图

1.1 ADC12再生铝合金制备材料选取

ADC12再生铝合金制备过程中主要涉及到的材料有碳、废旧铝合金、铜、锌、硫、锰、铁、镁以及镍等。其中废旧铝合金作为ADC12再生铝合金制备的主要金属材料，决定了所制备的合金性质；碳的作用是提高ADC12再生铝合金强度，但是该材料也能对ADC12再生铝合金的韧性和焊接性起到反作用，所以在ADC12再生铝合金制备过程中要对碳元素含量按照标准的中下限进行严格控制，以此保证ADC12再生铝合金的综合性能；锰的作用是增加ADC12再生铝合金的强度和焊接性，并且在ADC12再生铝合金制备过程中还能起到固溶强化的作用，在一定含量范围内，ADC12再生铝合金的焊接性和强度会随着锰元素含量的增加而提高，并且该原材料成本较低；而锌和硫材料的添加是为了增加ADC12再生铝合金的塑性和韧性，但是添加过量或过少也会ADC12再生铝合金的韧脆转变温度，所以在ADC12再生铝合金制备过程中要严格控制硫、锌等有害元素含量；由于降低ADC12再生铝合金碳含量会造成合金强度缺失，所以通过铁和镁材料的细晶强化和析出强化弥补，同时在制备过程中添加镍金属材料来改善ADC12再生铝合金强度和韧性的匹配，从而制备出高质量的ADC12再生铝合金。

根据GB/T1684-2000要求，ADC12再生铝合金的强度要求比原本废旧铝合金更高，但是还要保证DC12再生铝合金的韧性、焊接性与普通铝合金相当，所以在原本废旧的铝合金金属材料基础上，ADC12再生铝合金成分设计中除了添加0.001的碳含量以外，ADC12再生铝合金制备材料选取了废旧铝合金、铜、锌、硫、锰、铁、镁、镍等复合金属材料，以此保证ADC12再生铝合金强度提高的同时韧性和焊接性不受损害[2]。根据以上分析，设计了ADC12再生铝合金制备材料成分，如表1所示。

表1 ADC12再生铝合金制备材料成分要求（%）

1.2 ADC12再生铝合金的熔炼

ADC12再生铝合金的制备，首先需要对废旧铝合金进行加热溶解，将废旧铝合金放入到中频感应熔炼炉中，熔炼过程中要保持炉内为真空状态，在溶解之前需要对炉内进行预热，预热时间为15min,预热后将中频感应熔炼炉的熔炼温度设定为750℃，熔炼时间设定为5min，5min后会得到废旧铝合金金属溶液，然后将其他制备材料添加到金属溶液中继续加热[3]。

对于ADC12再生铝合金来说，除废旧铝合金以外剩余的制备材料成分比较特殊，其中含有难于溶解的硅元素、锰元素、镍元素、锌元素等，所以对加热温度要求较高，如果加热温度过高或者过低会影响ADC12再生铝合金的综合性能，考虑到该问题，将中频感应熔炼炉内温度控制在1220℃～1250℃之间，并且在炉时间不得小于10min，加热过程中除了要对加热时间和加热温度进行严格控制以外，还要结合制备需求，对中频感应熔炼其他技术参数进行设定，为防止锌元素挥发，金属材料热处理过程中残余压力提高到300Pa～400Pa，处理周期设定为30min～38min，最大提升气体流量设定为240m³，干式真空泵系统抽气能力设定为100。将加热后得到的合金溶液进行处理，要求处理后的合金溶液中硫含量≤0.0030%，合金渣厚≤15mm，为后续冷却和轧制提供高质量合金溶液。

1.3 冷却凝固

高温状态下可以让制备材料有效融合在一起，但是在高温状态下合金的化学性质是不稳定的，长时间处于高温容易与空气中的养分发生化学反应，所以当金属溶液注入铸模之后需要立即将其放入到冷水中进行冷却凝固。为了保证制备后的ADC12再生铝合金具有良好的韧性、焊接性、强度等金属性能，首先将金属溶液放入到温度为100℃的温水中，冷却时间为30min，目的是消除合金金属溶液内部温度梯度；然后再将其放入到20℃的水中，冷却时间为20min，让ADC12再生铝合金初步凝结；最后在将其取出放入到-30℃的冷水中，让合金进行完全凝固，此时就会得到ADC12再生铝合金，以此完成ADC12再生铝合金制备。

2 ADC12再生铝合金复杂构件成形技术

为了保证生产后的ADC12再生铝合金复杂构件形状符合生产需求，采用模具成形法对其复杂构件成形。首先利用45号钢材制作一个与复杂构件大小1：1的金属模具，然后将ADC12再生铝合金材料放入RH炉中进行加热溶解，加热温度控制在850℃，溶解时间为15min，待合金材料完全溶解之后，将其倒入事先制作的金属模具中，在倒入过程中要控制好速度，速度过快会容易出现气泡，速度过慢会使未倒入模具中的溶液已经再次凝固，当合金融合将金属模具完全填满之后利用金属盖将模具口封住，防止合金溶液溢出模具体外。然后将模具迅速放入温度为-50℃的冷水中，让模具中的ADC12再生铝合金凝固定形，冷却时间为15min。冷却后将模具拆开就会得到构件，此时构件四周可能会有多余的ADC12再生铝合金，需要利用打磨机对构件四周进行打磨处理，处理之后即可得到一个完整的复杂构件，以此完成ADC12再生铝合金复杂构件成形，进而实现了对ADC12再生铝合金制备与复杂构件成形技术研究。

3 结束语

此次结合相关文献资料，对ADC12再生铝合金制备与复杂构件成形技术进行了研究，对提高ADC12再生铝合金制备技术与复杂构件成形技术水平具有重要现实意义，有利于促进ADC12再生铝合金的应用与推广，以及实现可持续发展战略目标，降低铝合金企业生产成本，对研究ADC12再生铝合金制备与复杂构件成形技术具有一定的借鉴意义。由于此次研究时间有限，虽然在该方面取得了一定的研究成果，但在研究内容上还存在一些不足之处，今后仍会对ADC12再生铝合金制备与复杂构件成形技术进行进一步研究。