CN103266243A - 微型车结构件低压铸造用高性能铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型车结构件低压铸造用高性能铝合金及其制备方法，该低压铸造用铝合金的重量百分比组成为：Si9.5%～11.5%，Mn0.45%～0.55%，Mg0.1%～0.4%，Ti0.05%～0.15%，Sr0.01%～0.02%，B0.01%～0.02%，Fe<0.2%，其余为Al。原料在电阻坩埚炉中配制，熔炼时分别以Al-Ti5-B1、Al-Sr10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。浇铸温度710℃、模具温度350℃，加压速度0.04Mpa/s的浇铸工艺条件下，低压铸造制备的铝合金铸态抗拉强度大于260MPa，伸长率大于9%。本发明的低压铸造用铝合金材料，不仅流动性好，适合大型薄壁件的充型，而且铸态的铸件具有很高的抗拉强度和很好的延展性，可以满足微型车结构件的性能要求。

Description

微型车结构件低压铸造用高性能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。汽车结构件大多采用铁或钢质材料，通过相应制造工艺生产和汽车轻量化的要求，这类铸件材料正在向轻合金转化。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。因此铝合金作为汽车轻量化的首选材料，受到了广泛的重视。此外，低压铸造工艺具有生产效率高和铸件精密等一系列优点，用低压铸造工艺生产车用结构件不但可以缩短生产周期，还可达到精密近净成形，省去大量的机加工序，节约成本。

    汽车结构件指的是汽车中的承载件或受力件，与汽车安全性密切相关。在汽车车身中，许多结构件装在车身结构的节点上并与其它构件连接形成抗变形的高强度框架，这类结构件通常具有尺寸大、壁薄、结构复杂等特征。由于在行驶中要保证汽车可靠的安全性，所以对汽车结构件的性能要求更高，不仅需要良好的流动性，适合于薄壁件的充型，而且所成型的产品还要具有优良的力学性能。

发明内容

     本发明的目的是开发一种流动性好，适用于大型薄壁件低压铸造成型的铝合金，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，低压铸造制备的铝合金铸态抗拉强度大于260MPa，伸长率大于9%。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微型车结构件低压铸造用铝合金，由以下重量百分含量的组分组成：

Si    9.5%～11.5%，

Mn   0.45%～0.55%，

Mg   0.1%～0.4%，

Ti    0.05%～0.15%，

Sr    0.01%～0.02%，

B    0.01%～0.02%，

Fe    <0.2%,

Al    余量。

本发明的技术方案之二， 

一种微型车结构件低压铸造用铝合金的制备方法，铸造过程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铸工具预热至105℃～115℃除去水汽，将坩埚加热至350℃～400℃； 

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9min-11min；

c.将铝液升温至748℃～753℃，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698℃～703℃，将Mg加入铝液液面以下 ；

e.将铝液升温至730℃～735℃，加入C₂Cl₆至铝液液面以下精炼除气，在730℃～735℃静置15min-20min后，扒渣；

f. 将铝液升温740℃～745℃，加入Al-Ti5-B1中间合金保温15mim-20min进行细化处理；

g. 将铝液降温至705℃～710℃，加入Al-Sr10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铸工具预热至110℃除去水汽，将坩埚加热至400℃；

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10min；

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735℃，加入C₂Cl₆至铝液液面以下精炼除气，在735℃静置18min后，扒渣；

f. 将铝液升温745℃，加入Al-Ti5-B1中间合金保温18min进行细化处理；

g. 将铝液降温至705℃，加入Al-Sr10中间合金保温18min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1.2mm~1.8mm。

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,因此本发明的合金中Si含量控制在共晶点附近，可以保持良好的铸造性能和充型性能。该合金通过调节Mg含量可调整合金的力学性能，适当的Si/Mg比还可以改善合金的铸造性能和补缩性能。合金中通过提高Mn含量防止因Fe含量降低而导致的粘模现象。本发明还通过加入一定比例的Ti、B和 Sr来细化晶粒，最终来提高材料的抗拉强度和延伸率，且在熔炼时分别以Al-Ti5-B1、 Al-Sr10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，熔炼时需要精确控制各组分的含量。本发明的合金需要严格控制Fe的含量，目的是避免合金中产生针状的AlFeSi相，该相会恶化合金的强度、塑性及疲劳性能，在铸件受力状态下还可能诱发裂纹。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。除此之外，熔炼时不可过热，合金熔化温度不能超过780℃，否则会加重合金吸气和氧化，并增加Sr和Mg的烧损。

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低压铸造成型。

（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）本发明低压铸造制备的铝合金性能好，铸态抗拉强度大于260 MPa，伸长率大于9%。

附图说明

图1是微型车结构件低压铸造用铝合金在浇铸温度710℃、模具温度为350℃，加压速度0.04Mpa/s的浇铸工艺条件下的高倍金相图；

图2是微型车结构件低压铸造用铝合金在浇铸温度710℃、模具温度为350℃，加压速度0.04Mpa/s的浇铸工艺条件下的拉伸断口SEM图；

图3是微型车结构件低压铸造用铝合金不同浇铸温度、模具温度为350℃，加压速度0.04Mpa/s的浇铸工艺条件下的力学性能图。

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：

一种微型车结构件低压铸造用铝合金的制备方法，铸造过程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铸工具预热至110℃除去水汽，将坩埚加热至400℃；

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10min；

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735℃，加入C₂Cl₆至铝液液面以下精炼除气，在735℃静置18min后，扒渣；

f. 将铝液升温745℃，加入Al-Ti5-B1中间合金保温18min进行细化处理；

g. 将铝液降温至705℃，加入Al-Sr10中间合金保温18min进行变质处理。

按照上述制备方法，精确控制各组分的加入量，得到一种微型车结构件低压铸造用铝合金，各组分的重量百分含量为：

Si    9.5%～11.5%，

Mn   0.45%～0.55%，

Mg   0.1%～0.4%，

Ti    0.05%～0.15%，

Sr    0.01%～0.02%，

B    0.01%～0.02%， 

Fe    <0.2%,

Al    余量。

应用：

将上述微型车结构件低压铸造用铝合金在浇铸温度710℃、模具温度为350℃，加压速度0.04Mpa/s的浇铸工艺条件下的金相图如图1所示。拉伸断口SEM图如图2所述，断口有明显韧窝，表现出很好的延展性。

将上述微型车结构件低压铸造用铝合金在不同浇铸温度、模具温度为350℃，加压速度为0.04Mpa/s的浇铸工艺条件下的力学性能图，如图3所示，低压铸造制备的铝合金铸态抗拉强度大于260MPa，伸长率大于9%。

Claims (5)

1.一种微型车结构件低压铸造用高性能铝合金，其特征是，由以下重量百分含量的组分组成：

Si    9.5%～11.5%，

Mn   0.45%～0.55%，

Mg   0.1%～0.4%，

Ti    0.05%～0.15%，

Sr    0.01%～0.02%，

B    0.01%～0.02%，

Fe    <0.2%,

Al    余量。

2.权利要求1所述微型车结构件低压铸造用铝合金的制备方法，其特征是，铸造过程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铸工具预热至105℃～115℃除去水汽，将坩埚加热至350℃～400℃； 

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9min-11min；

c.将铝液升温至748℃～753℃，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698℃～703℃，将Mg加入铝液液面以下 ；

e.将铝液升温至730℃～735℃，加入C₂Cl₆至铝液液面以下精炼除气，在730℃～735℃静置15min-20min后，扒渣；

f. 将铝液升温740℃～745℃，加入Al-Ti5-B1中间合金保温15mim-20min进行细化处理；

g. 将铝液降温至705℃～710℃，加入Al-Sr10中间合金保温15min-20min进行变质处理。

3.根据权利要求2所述微型车结构件低压铸造用铝合金的制备方法，其特征是，具体步骤为：

a.先将各组分原材料和浇铸工具预热至110℃除去水汽，将坩埚加热至400℃；

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10min；

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735℃，加入C₂Cl₆至铝液液面以下精炼除气，在735℃静置18min后，扒渣；

f. 将铝液升温745℃，加入Al-Ti5-B1中间合金保温18min进行细化处理；

g. 将铝液降温至705℃，加入Al-Sr10中间合金保温18min进行变质处理。

4.根据权利要求2或3所述微型车结构件低压铸造用铝合金的制备方法，其特征是，步骤a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1.2mm~1.8mm。

5.根据权利要求2或3所述微型车结构件低压铸造用铝合金的制备方法，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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