[发明专利]一种无铅易切削铝合金材料及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金棒材及其制造技术领域，尤其是指一种2xxx无铅易切削铝合金材料及其制造工艺。

背景技术

随着社会经济水平的提高和人类环保健康意识的增强，铅、镉等有害元素对生存环境的污染和人类健康的伤害，已备受全社会的高度重视。据医学专家介绍，铅是一种有害元素，被人体摄入后不易被排泄，可对人体造成各种危害，破坏造血系统，从而增高血压阻碍血红素的合成，导致贫血，影响消化系统功能，抑制免疫系统功能，影响肝、肾等器官，干扰肾功能和生殖功能，并不可逆转的损坏大脑，损伤大脑中枢及周围神经系统；各慢性中毒的临床表现为：肺气肿、骨质改变、贫血，还可使人瘫痪。尤其是儿童，由于消化道吸收率较成年人高5倍而成为铅中毒高危人群。据资料披露，我国30％-40％的城市儿童血铅水平超标。

另一方面，国际上对含铅、镉等有害物质的产品设置严格的技术壁垒：2003年2月13日，欧盟第L37期《官方公报》公布了欧洲议会和欧盟部长理事会共同批准的《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》(ROHS2002/95/EC)。该指令是欧盟在环境保护领域中有一重大新举措，要求自2006年7月1日起在欧盟市场禁止销售含有镉、铅、汞、六价铬、聚溴二本醚和聚溴联苯6种有害物质的电子电气设备，指令的产品适用范围包括家电、通信等十大类电子电气产品。环境管控物质建议限值：镉：100PPm，铅、汞、六价铬、聚溴二本醚和聚溴联苯各1000PPm。欧盟ROHS被业界称之为牵动“全球制造业神经”的“无铅指令”，将对制造业，尤其是中小机电企业产生巨大影响，据悉，欧盟是我国机电产品出口第二大市场，去年出口值高达904.8亿美元，占我国机电产品出口总值的21％。欧盟ROHS指令的实施将对我国约六成机电产品出口欧盟造成重大影响，同时，上游产业链条也将面临冲击，像电子元器件、机械部件、辅料等原材料和零部件，都要满足ROHS指令的要求，否则产品就不能进入欧盟市场，这些产品的许多零部件铝合金过去采用2011及6262等易切削铝合金精加工而成，而这些2011和6262等易切削铝合金都含有欧盟环境管控物质铅，重新抢占欧洲市场，打破欧盟的技术壁垒，开发符合欧盟ROHS指令技术要求的新型无铅易切削铝合金产品成为当前十分紧迫的研究课题。

发明内容：

本发明的目的就是为了针对现有技术的不足，而提供一种力学性能高、切削性能好的无铅易切削铝合金材料。

本发明的另一目的还在于提供一种上述无铅易切削铝合金材料制造技术方法。

本发明为了达到上述目的而采用的解决方案如下：

该无铅易切削铝合金材料是在2xxx合金的基础上，去除有害元素铅(Pb)，添加元素锡(Sn)，并对锡(Sn)的含量进行优化，从而配制成新的环保型无铅易切削铝合金，其化学成份如下(重量百分比)：Si：＜0.4％，Zn＜0.2％，Fe：＜0.7％，Cu：4.5～5.5％，Sn：0.15～0.45％，Bi：0.3～0.8％，余量不可避免杂质和Al。

上述化学成份重量百分比的优选方案为：Si：＜0.4％，Zn＜0.2％，Fe：＜0.7％，Cu：5.0～5.5％，Sn：0.20～0.30％，Bi：0.45～0.7％，余量为不可避免杂质和Al。

本发明是采用如下工艺步骤生产上述无铅易切削铝合金材料的：熔铸-均匀化处理-挤压-固溶-淬火-必要时进行拉拔-时效-必要时进行冷拉；其中：

熔铸工序中选用熔铸池表面积小的工业炉，并采用重油反射炉熔炼。且熔炼前必须对空炉进行彻底清理，必要时用纯铝锭洗炉。在加料顺序上先加铝锭，采用快速装料，高温快速熔化，熔炼温度740-760℃，熔化速率4-5t/h。当固体物料化平，熔体温度上升740-750℃时，扒去炉内浮渣撒一层覆盖剂，其用量为3Kg/m³。Sn锭在锯床上锯成厚度约20mm的小块。在熔剂覆盖条件下，Sn块和Bi均匀加入炉内。有两点必须予以重视，第一点是合金成分的均匀性，最好在装有电磁搅拌器的熔炼炉内生产，若无电磁搅拌装置，则必须用大耙充分搅拌。第二点是铝合金熔体的精炼净化，除气必须彻底。其具体措施是适合当提高熔体温度，降低熔体粘度，加大喷粉和高纯氮气的用量，精炼完毕后，熔体在炉内静置20分钟后进行铸造。铸造时，熔体采用两级过滤，前级为多层玻璃丝布，二级为40PPI氧化铝泡沫陶瓷过滤板。

在生产过程中，采用同水平热顶装置进行半连续铸造，半连续铸造时采用高温-缓冷-慢速-多加丝的铸造工艺。

在均匀化处理工序中，采用480～495℃×8h～16h的工艺参数。其中最佳参数为490℃×12h。