CN103146962B - 汽车车身用高性能压铸铝合金及其制备方法 - Google Patents

汽车车身用高性能压铸铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种压铸铝合金及其制备方法，该压铸铝合金的重量百分比组成为：Si9.5%～11.5%，Mn0.3%～0.6%，Mg0.1%～0.6%，Ti0.1%～0.2%，Sr0.01%～0.02%，B0.02%～0.04%，Fe<0.25%，其余为Al。原料在电阻坩埚炉中配制，熔炼时分别以Al-5Ti-B、Al-10Sr中间合金的形式向铝合金熔体中添加Ti、B和Sr，防止Ti、B和Sr的烧损。浇注温度680℃、4.0m/s快压射工艺条件下，制备的压铸铝合金铸态抗拉强度大于225MPa，伸长率大于6%。本发明的压铸铝合金材料，不仅流动性好，适合大型薄壁件的充型，而且处于铸态的压铸件具有很高的延展性和抗拉强度，满足汽车车身结构件的要求。

Description

汽车车身用高性能压铸铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金材料，特别是涉及一种适合大型薄壁件成型的、高性能铝合金及其制备方法。
背景技术
能源短缺及环境污染问题已成为制约汽车产业可持续发展的突出问题，无论是从社会效益还是从经济效益来考虑，低油耗、低排放的汽车都是节约型社会发展的需要。汽车轻量化技术是汽车节油的重要手段，试验表明：汽车质量每下降10%，油耗约下降3%～5%。铝及铝合金的密度大致在2.17g/cm3，约为钢的1/3。铝合金具有重量轻、加工性能良好、抗腐蚀性好、吸振性强等优点，应用于汽车制造对汽车轻量化有十分显著的效果。因此铝作为汽车轻量化的首选材料，受到了广泛的重视。由于压铸工艺的高质量和高效率，在车身结构用铝成型方面越来越受到重视。
由于车身结构件都属于大型薄壁件，采用压铸成型对合金提出了更高的要求，不仅需要良好的流动性，适合于薄壁件的充型，而且所成型的产品要具有优良的机械性能。因为车身结构相关部件要求具有很大的延展性和高屈服强度。
发明内容
本发明的目的是开发一种流动性好，适用于大型薄壁件压铸成型的铝合金，且具有很大的延展性和高屈服强度，取代钢铁和热处理铝铝合金结构件在汽车结构件的应用，从而实现汽车轻量化。本发明开发的铝合金具有良好的流动性，制备的压铸铝合金铸态抗拉强度大于225MPa，伸长率大于6%。本发明的制备方法通过改变Si的含量来提高铝合金的流动性能，又通过加入一定比例的Sr、Ti和B来细化晶粒，最终来提高材料的抗拉强度和塑性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明的技术方案之一，一种汽车车身用压铸铝合金，由以下重量百分含量的组分组成：
Si9.5%～11.5%，
Mn0.3%～0.6%，
Mg0.1%～0.6%，
Ti0.1%～0.2%，
Sr0.01%～0.02%，
B0.02%～0.04%，
Fe<0.25%,
Al余量。
其中，所述Fe是由原料中带入的不可去除的杂质，或者由制备器皿中带入的杂质，应尽量控制Fe的含量越少越好。
本发明的技术方案之二，
一种汽车车身用压铸铝合金的制备方法，在大气环境中直接熔炼，具体步骤为：
a.先将各组分原材料和浇注工具预热至100℃～120℃除去水汽，将坩埚加热至400℃～500℃；
b.在坩埚中装入预热好的铝块，待铝块完全融化成铝液后保温8min-12min；
c.将铝液升温至745℃～755℃，加入Si保温至Si全部融化，然后加入Mn，保温至Mn全部融化；
d.将铝液降温至695℃～705℃，将Mg加入铝液液面以下；
e.将铝液升温至725℃～735℃，加入C2Cl6（六氯乙烷）至铝液液面以下精炼除气，在725℃～735℃静置15min-20min后，扒渣；
f.将铝液升温735℃～745℃，加入Al-5Ti-B中间合金保温15mim-20min进行细化处理；
g.将铝液降温至705℃～715℃，加入Al-10Sr中间合金保温15min-20min进行变质处理。
优选的具体步骤为：
a.先将各组分原材料和浇注工具预热至100℃除去水汽，将坩埚加热至400℃～500℃；
b.在坩埚中装入预热好的铝块，待铝块完全融化成铝液后保温8min-12min；
c.将铝液升温至750℃，加入Si保温至Si全部融化，然后加入Mn，保温至Mn全部融化；
d.将铝液降温至700℃，将Mg加入铝液液面以下；
e.将铝液升温至730℃，加入C2Cl6（六氯乙烷）至铝液液面以下精炼除气，在730℃静置15min-20min后，扒渣；
f.将铝液升温740℃，加入Al-5Ti-B中间合金保温15mim-20min进行细化处理；
g.将铝液降温至710℃，加入Al-10Sr中间合金保温15min-20min进行变质处理。
步骤a所述坩埚优选为石墨坩埚或铁坩埚，铁坩埚使用前涂覆氧化锌涂层，涂层厚度为1mm~2mm。
步骤d和步骤e中优选采用纯铝箔包覆的方法将Mg和C2Cl6加入到铝液液面以下。
本发明的原理是：
本发明的制备方法通过改变Si的含量来提高铝合金的流动性能，Si的含量太低，流动性不好，Si的含量太高，则抗拉强度和塑性不好。为了两者兼备，本发明通过加入一定比例的Sr、Ti和B来细化晶粒，最终来提高材料的抗拉强度和塑性，且在熔炼时分别以Al-5Ti-B、Al-10Sr中间合金的形式向铝合金熔体中添加Ti、B和Sr，防止Ti、B和Sr的烧损，精确控制各组分的含量。同时为了严格控制Fe的带入，可以在铁制器皿表层涂覆材料（氧化锌涂层，涂层厚度为1mm~2mm），防止铁杂质的带入，影响产品的延展性。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
（1）本发明制备的铝合金具有良好的流动性，尤其适合大型薄壁件的压铸成型。
（2）本发明制备的铝合金在铁制器皿表层氧化锌涂层，严格控制Fe的加入，使得成型的部件具有良好的延展性。
（3）本发明制备的铝合金压铸性能好，压铸铝合金铸态抗拉强度大于225MPa，伸长率大于6%。
附图说明
图1是汽车车身用压铸铝合金在浇注温度680℃、4.0m/s快压射工艺条件的低倍金相图；
图2是汽车车身用压铸铝合金在浇注温度680℃、4.0m/s快压射工艺条件的高倍金相图；
图3是汽车车身用压铸铝合金在浇注温度680℃、4.0m/s快压射工艺条件的拉伸断口SEM图；
图4是汽车车身用压铸铝合金不同浇注温度、4.0m/s快压射工艺条件的力学性能图。
具体实施方式
下面结合具体附图和具体实施例对本发明做进一步的补充和说明。
实施例1：
一种汽车车身用压铸铝合金的制备方法，在大气环境中直接熔炼，具体步骤为：
a.先将各组分原材料和浇注工具预热至100℃除去水汽，将坩埚加热至400℃～500℃；
b.在坩埚中装入预热好的铝块，待铝块完全融化成铝液后保温8min-12min；
c.将铝液升温至750℃，加入Si保温至Si全部融化，然后加入Mn，保温至Mn全部融化；
d.将铝液降温至700℃，将Mg加入铝液液面以下；
e.将铝液升温至730℃，加入C2Cl6（六氯乙烷）至铝液液面以下精炼除气，在730℃静置15min-20min后，扒渣；
f.将铝液升温740℃，加入Al-5Ti-B中间合金保温15mim-20min细化处理；
g.将铝液降温至710℃，加入Al-10Sr中间合金保温15min-20min变质处理。
按照上述制备方法，精确控制各组分的加入量，得到一种汽车车身用压铸铝合金，各组分的重量百分含量为：
Si9.5%～11.5%，
Mn0.3%～0.6%，
Mg0.1%～0.6%，
Ti0.1%～0.2%，
Sr0.01%～0.02%，
B0.02%～0.04%，
Fe<0.25%,
Al余量。
应用：
将上述汽车车身用压铸铝合金在浇注温度680℃、4.0m/s快压射工艺条件的金相图如图1和图2所示。拉伸断口SEM图如图3所述，断口有明显韧窝，表现出很好的延展性。
将上述汽车车身用压铸铝合金在不同浇注温度、4.0m/s快压射工艺条件的力学性能图，如图4所示，制备的压铸铝合金铸态抗拉强度大于225MPa，伸长率大于6%。

Claims (3)

1.一种汽车车身用压铸铝合金，其特征是，由以下重量百分含量的组分组成：
Si9.5%～11.5%，
Mn0.3%～0.6%，
Mg0.1%～0.6%，
Ti0.1%～0.2%，
Sr0.01%～0.02%，
B0.02%～0.04%，
Fe<0.25%,
Al余量；
所述汽车车身用压铸铝合金的制备方法包括：在大气环境中直接熔炼，具体步骤为：
a.先将各组分原材料和浇注工具预热至100℃～120℃除去水汽，将坩埚加热至400℃～500℃；所述坩埚为石墨坩埚或铁坩埚，铁坩埚使用前涂覆氧化锌涂层，涂层厚度为1mm~2mm；
b.在坩埚中装入预热好的铝块，待铝块完全融化成铝液后保温8min-12min；
c.将铝液升温至745℃～755℃，加入Si保温至Si全部融化，然后加入Mn，保温至Mn全部融化；
d.将铝液降温至695℃～705℃，将Mg加入铝液液面以下；
e.将铝液升温至725℃～735℃，加入C2Cl6至铝液液面以下精炼除气，在725℃～735℃静置15min-20min后，扒渣；
f.将铝液升温735℃～745℃，加入Al-5Ti-B中间合金保温15mim-20min进行细化处理；
g.将铝液降温至705℃～715℃，加入Al-10Sr中间合金保温15min-20min进行变质处理。
2.根据权利要求1所述汽车车身用压铸铝合金，其特征是，具体步骤为：
a.先将各组分原材料和浇注工具预热至100℃除去水汽，将坩埚加热至400℃～500℃；
b.在坩埚中装入预热好的铝块，待铝块完全融化成铝液后保温8min-12min；
c.将铝液升温至750℃，加入Si保温至Si全部融化，然后加入Mn，保温至Mn全部融化；
d.将铝液降温至700℃，将Mg加入铝液液面以下；
e.将铝液升温至730℃，加入C2Cl6至铝液液面以下精炼除气，在730℃静置15min-20min后，扒渣；
f.将铝液升温740℃，加入Al-5Ti-B中间合金保温15mim-20min进行细化处理；
g.将铝液降温至710℃，加入Al-10Sr中间合金保温15min-20min进行变质处理。
3.根据权利要求1或2所述汽车车身用压铸铝合金，其特征是，步骤d和步骤e中采用纯铝箔包覆的方法将Mg和C2Cl6加入到铝液液面以下。
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