CN102796925A

CN102796925A - 一种压力铸造用的高强韧压铸铝合金

Info

Publication number: CN102796925A
Application number: CN2011101430200A
Authority: CN
Inventors: 刘后尧; 万里; 赖沛基; 吴树森; 吴湛方; 张寓朝; 冯佳雄; 康颂标; 杨广盛
Original assignee: GUANGDONG HONGTAI TECHNOLOGY CO LTD; Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: GUANGDONG HONGTAI TECHNOLOGY CO LTD; Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: CN102796925B

Abstract

本发明涉及合金材料领域，公开了一种压力铸造用的高强韧压铸铝合金。所述铝合金为Al-Mg-Si-Mn系，含有：镁：4.5％-6.3质量％、硅：1.4％-2.8质量％、锰：0.4％-1.0质量％、铁：≤0.22质量％、钛：≤0.20质量％、铜：≤0.05质量％、铍：≤0.0045质量％，不可避免的杂质≤0.30质量％，余量为铝。本发明提供的压铸铝合金具有优异的铸造性能及良好的力学性能，抗拉强度、屈服强度大幅提升，伸长率大，硬度也高，而且具有良好的耐腐蚀性，无需固溶热处理，可以用于轿车上的保安零件，满足轿车轻量化发展的需求。

Description

一种压力铸造用的高强韧压铸铝合金

技术领域

本发明涉及合金材料领域，具体涉及一种压力铸造用的压铸铝合金。

背景技术

压力铸造简称压铸，是一种高速高效的先进成形工艺，是复杂薄壁铝、镁合金等铸件的主要成形方法之一，在汽车/摩托车用铝、镁合金零部件的生产中占有相当大的比例。但是压铸生产的铝、镁合金铸件内部气孔多，无法进行固溶热处理或焊接成形，也不能进行过多的机加工。因此压铸件在轿车/摩托车的重要保安零件如底盘悬架上的副车架、车门立柱等结构受力件上的应用受到严重限制。如何充分发挥压铸的技术优势，特别是利用压铸方法来生产高强度、高韧性的铝、镁压铸件以满足轿车轻量化的发展需求是人们长期以来研发的前沿技术之一。

当前在工业中应用最多的压铸铝合金材料为Al-Si-Cu系合金，如国内YL112、YL113，日本ADC12、ADC10以及美国A380等，因为上述合金具有优异的铸造性能和良好的力学性能。其次应用比较多的是具有良好抗冲击性能和抗疲劳强度的Al-Si-Mg系合金，如YL104、ADC3、A360等。第三应用比较多的是Al-Mg系合金如，YL301等，该类合金拥有良好的耐腐蚀性、较高的强度及韧性。

由于压铸时铝液在高速高压下以喷射状态流入型腔，为了防止铝液粘模腐蚀损坏模具，压铸铝合金中的Fe含量一般都在1％以上。但是Fe与合金中的Al和Si会生成针状的FeAl₃、Al-Fe-Si的中间化合物，此类中间化合物的存在严重削弱了压铸件的力学性能，尤其是断裂韧性。而对于Al-Si-Cu系合金而言，加入Cu虽然可以提高压铸件的强度，但却降低了铸件的韧性，而且Cu的加入会降低铸件的耐腐蚀性能。另外，Al-Si-Mg系合金需通过固溶强化和时效处理才能提高其力学性能，但如前所述，压铸件一般不能进行固溶热处理，同时对于薄壁复杂零件而言，固溶处理将导致严重的变形。因此，以现有的Al-Si-Cu系、Al-Si-Mg系以及Al-Mg系压铸铝合金均不属于高强度、高韧性的压铸铝合金材料，无法满足复杂薄壁、高强度、高韧性、抗冲击、耐腐蚀等汽车结构受力件的要求，不能应用于轿车上的保安零件，无法满足轿车轻量化的发展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种高强度、高韧性、耐腐蚀的非热处理型的压铸铝合金材料，该材料采用真空压铸方法，可用于轿车底盘副车架、车门立柱等关键零部件的制造，以取代钢制的车架或车门立柱等结构件。

本发明是这样实现的：

一种压力铸造用的压铸铝合金材料，所述铝合金为Al-Mg-Si-Mn系，其特征在于：含有：镁：4.5％-6.3质量％、硅：1.4％-2.8质量％、锰：0.4％-1.0质量％、铁：≤0.22质量％、钛：≤0.20质量％、铜：≤0.05质量％、铍：≤0.0045质量％，不可避免的杂质≤0.30质量％，余量为铝。

所述不可避免的杂质含有：锌、硼、铬、镍、铅、锡、钙、锶、钒。

所述铝合金材料可以为：镁的含量为4.5质量％，硅的含量为1.63质量％，锰的含量为0.4质量％，铜的含量为0.052质量％，钛的含量为0.175质量％，铍的含量为0.0044质量％，铁的含量为0.213质量％，不可避免的杂质≤0.30质量％，余量为铝。

所述铝合金材料可以为：镁的含量为5.3质量％，硅的含量为1.4质量％，锰的含量为0.713质量％，铜的含量为0.0115质量％，钛的含量为0.167质量％，铍的含量为0.0044质量％，铁的含量为0.204质量％，不可避免的杂质≤0.30质量％，余量为铝。

所述铝合金材料可以为：镁的含量为6.3质量％，硅的含量为2.8质量％，锰的含量为1.0质量％，铜的含量为0.0025质量％，钛的含量为0.163质量％，铍的含量为0.0045质量％，铁的含量为0.021质量％，不可避免的杂质≤0.30质量％，余量为铝。

本发明的另外一个目的是提供一种压铸铝合金材料的制作工艺，所述步骤包括：将所述配比的金属铝、硅、锰、钛、铍加入到高Al₂O₃、低SiO₂的石墨坩埚炉中于973K～1023K温度下熔化，待铝液熔清后加入Al-Be中间合金，然后采用旋转吹氩气的方式精炼10～15min，然后加入金属镁，升温至973K～1013K后扒渣、浇注，采用真空压铸的方法成形，压射压力为60～70MPa，压射速度为3.5～5.0m/s。

本发明提供的压铸铝合金具有优异的铸造性能及良好的力学性能，强度高、韧性大，其抗拉强度、屈服强度都有大幅提升，硬度高，伸长率也大，而且具有良好的耐腐蚀性，无需固溶热处理，可以用于轿车上的保安零件，满足轿车轻量化发展的需求。

采用本发明提供的压铸铝合金材料制作工艺制作的铝合金材料力学性能优异，制成的材料无气孔缺陷，而且操作方便。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

合金中的成分变化对材料的力学性能有着重要的影响：

当合金中镁的含量增加时，材料的抗拉强度、屈服强度升高，而伸长率下降；当合金中镁的含量低于4.5％时，其韧性高，但屈服强度低于145MPa(作为板材所需要的必要屈服点)；而当镁的含量高于6.3％时，材料的抗拉强度和屈服强度高，而伸长率低于6％，因此Mg的最佳含量为4.5％～6.3％；

合金中加入适量的Si可提高材料的铸造性能，如流动性提高、热裂倾向降低等，并进而影响到材料的力学性能，当Si的含量低于1.4％时，合金的强度偏低，而伸长率增加；当高于2.8％时，材料的强度提高而伸长率降低，因而最佳的Si含量控制在1.4％～2.8％；

Fe可以降低压铸过程中的铝液粘模倾向，但在凝固过程中Fe会与合金中的Al和Si生成针状的FeAl₃、Al-Fe-Si的中间化合物，割裂基体组织，恶化材料的力学性能，所以合金中的Fe控制在0.22％以下；

因Fe的含量降低导致了压铸过程中粘模倾向增加，为减少粘模腐蚀的风险，本实施例中加入适量的Mn，Mn的含量低于0.4％时，对减少粘模的作用有限，而高于1.0％时，材料的力学性能会降低，所以Mn的合适加入量为0.4％～1.0％；

Cu的加入可以提高材料的强度，减小伸长率，在此合金中Cu与Fe一样作为杂质元素需加以严格控制，当Cu含量高于0.05％时，伸长率会显著降低；

在合金中加入Ti，Ti是晶粒微细化元素，但是虽然能够起到细化晶粒的作用，但由于压铸过程中金属铝液的冷却速度较快，Ti的细化作用并不明显，而过多的Ti易导致金属元素的偏析，因而Ti的含量控制在0.20％以下；

该合金在熔炼过程中易被氧化烧损，夹杂物增多，加入适量的Be可降低氧化烧损，Be的加入量控制在0.0045％以下有良好效果，高于此值时，材料的力学性能降低；

其它杂质元素如锌，硼，铬，镍，铅，锡，钙，锶，钒等均为杂质，应严格控制其含量，否则会严重降低合金的力学性能，特别是伸长率，上述杂质元素的总含量控制在0.30％以下，尤其锌的含量应控制在0.10％以下。

实施例：

按照表1中所述的配方制造所示的1～5组Al-Mg-Si-Mn系压铸铝合金材料。表1中还包括了各压铸铝合金材料的力学性能。

上述铝合金材料的制备方法是：

将所述配比的金属铝、硅、锰、钛、铍加入到高Al₂O₃、低SiO₂的石墨坩埚炉中于973K～1023K温度下熔化，待铝液熔清后加入Al-Be中间合金，然后采用旋转吹氩气的方式精炼10～15min，然后加入金属镁，升温至973K～1013K后扒渣、浇注，采用真空压铸的方法成形，压射压力为60～70MPa，压射速度为3.5～5.0m/s。按照上述熔炼工艺及压铸工艺参数，对于壁厚4mm的平板试样，测得5组不同成分的材料的力学性能(抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度)如表1所示。

另外，针对常用的Al-Si-Cu系压铸铝合金ADC12、A380；Al-Si-Mg系AlSi10MgFe以及Al-Mg系压铸合金YL301进行了对比试验，结果如表2所示。结果表明本发明提供的铝合金材料屈服强度和伸长率均高于传统产品，其抗拉强度与硬度与传统产品接近。对其进行盐雾试验，结果显示ADC12、A380；Al-Si-Mg系AlSi10MgFe的耐蚀性较差，而新型合金与YL301具有良好的耐腐蚀性能。

另外在实验中，也对各主要成分不同含量所制造的铝合金材料的力学性能进行了测试。

首先为Mg元素，按照上述熔炼工艺及压铸工艺参数，对于壁厚4mm的平板试样，测得的不同镁含量的材料的力学性能，如表3所示。结果显示，当合金中镁的含量增加时，材料的抗拉强度、屈服强度升高，而伸长率下降；当合金中镁的含量低于4.5％时，其韧性高，但屈服强度低于145MPa(作为板材所需要的必要屈服点)；而当镁的含量高于6.3％时，材料的抗拉强度和屈服强度高，而伸长率低于6％，因此Mg的最佳含量为4.5％～6.3％。而且对其进行盐雾试验，结果显示该材料具有优异的耐腐蚀性能。

其次为Si元素，按照上述熔炼工艺及压铸工艺参数，对于壁厚4mm的平板试样，测得的不同硅含量的材料的力学性能，如表4所示。结果显示当Si的含量低于1.4％时，合金的强度偏低，而伸长率增加；当高于2.8％时，材料的强度提高而伸长率降低，因而最佳的Si含量控制在1.4％～2.8％。对其进行盐雾试验，结果显示该材料具有优异的耐腐蚀性能。

再其次为Cu元素，按照上述熔炼工艺及压铸工艺参数，对于壁厚4mm的平板试样，测得的不同Cu含量的材料的力学性能，如表5所示。当Cu含量增大时，抗拉强度、屈服强度和硬度变化不是很大，但是伸长率在降低，含量≥0.05％时，伸长率会显著降低。

最后为Ti元素，按照上述熔炼工艺及压铸工艺参数，对于壁厚4mm的平板试样，测得的不同Ti含量的材料的力学性能，如表6所示。结果表明过多的Ti易导致金属元素的偏析，因而Ti的含量控制在0.20％以下。

表1：不同配比制备的压铸铝合金材料的力学性能

表2：本发明压铸合金与普通压铸合金的力学性能对比

表3：不同镁含量的压铸铝合金的材料成分及力学性能

表4：不同硅含量的压铸铝合金的材料成分及力学性能

表5：不同铜含量的压铸铝合金的材料成分及力学性能

表6：不同钛含量的压铸铝合金的材料成分及力学性能

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种压力铸造用的压铸铝合金材料，所述铝合金为Al-Mg-Si-Mn系，其特征在于：含有：镁：4.5％-6.3质量％、硅：1.4％-2.8质量％、锰：0.4％-1.0质量％、铁：≤0.22质量％、钛：≤0.20质量％、铜：≤0.05质量％、铍：≤0.0045质量％，不可避免的杂质≤0.30质量％，余量为铝。

2.如权利要求1所述的压力铸造用的压铸铝合金材料，其特征在于：所述不可避免的杂质含有：锌、硼、铬、镍、铅、锡、钙、锶、钒。

3.如权利要求2所述的压力铸造用的压铸铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料中镁的含量为4.5质量％，硅的含量为1.63质量％，锰的含量为0.4质量％，铜的含量为0.052质量％，钛的含量为0.175质量％，铍的含量为0.0044质量％，铁的含量为0.213质量％，不可避免的杂质≤0.30质量％，余量为铝。

4.如权利要求2所述的压力铸造用的压铸铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料中镁的含量为5.3质量％，硅的含量为1.4质量％，锰的含量为0.713质量％，铜的含量为0.0115质量％，钛的含量为0.167质量％，铍的含量为0.0044质量％，铁的含量为0.204质量％，不可避免的杂质≤0.30质量％，余量为铝。

5.如权利要求2所述的压力铸造用的压铸铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料中镁的含量为6.3质量％，硅的含量为2.8质量％，锰的含量为1.0质量％，铜的含量为0.0025质量％，钛的含量为0.163质量％，铍的含量为0.0045质量％，铁的含量为0.021质量％，不可避免的杂质≤0.30质量％，余量为铝。

6.如权利要求1～5之一所述的压力铸造用的压铸铝合金材料，其特征在于：所述压铸铝合金材料的制作工艺是：

将所述配比的金属铝、硅、锰、钛、铍加入到高Al₂O₃、低SiO₂的石墨坩埚炉中于973K～1023K温度下熔化，待铝液熔清后加入Al-Be中间合金，然后采用旋转吹氩气的方式精炼10～15min，然后加入金属镁，升温至973K～1013K后扒渣、浇注，采用真空压铸的方法成形，压射压力为60～70MPa，压射速度为3.5～5.0m/s。