CN105177369A

CN105177369A - 高强度压铸稀土铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN105177369A
Application number: CN201510484574.5A
Authority: CN
Inventors: 李良喜
Original assignee: Gao'an Jinliangxuan Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Gao'an Jinliangxuan Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2015-12-23

Abstract

本发明公开了一种高强度压铸稀土铝合金及其制备方法，该铝合金包括如下组分：Si:6～10wt%，Cu:0.5～1.5wt%，Fe:0.4～0.8wt%，Mn:0～0.50wt%，Mg:1.0～3.0wt%，Zn:1.5～2.5wt%，Ti:0.05～0.15wt%，C:0.001～0.05wt%，LaCe:0.2～0.5wt%，Y:0.1～0.3wt%，余量为Al和不可避免的杂质。该铝合金具有高强度、高硬度、高耐磨性，耐腐蚀性能良好。适用于汽车轨道交通、民用五金、3C电子骨架等领域，如手机中框，笔记本电脑骨架和通讯等产品。

Description

高强度压铸稀土铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种高强度压铸稀土铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金是以铝为基加入其他元素组成的合金，是结构工程中最常用的材料，具有比重小、传热性好、导电性好、环保、可回收循环利用等特点，被广泛应用于3C、汽车交通运输，家居、航空航天、化工和火箭等各个领域。

现有的压铸（铸造）铝合金中，铝-硅类合金占多数。这类合金的压铸性能优良，但机械性能较差，硬度较低，耐磨性较差，不能满足一些高强度、高韧性，耐腐蚀性产品的材质要求。采用普通压铸铝合金因机械性能低，无法进行热处理，无法满足要求，采用变形铝合金，如6061/6063等，成型成本高昂、效率低下。因此迫切需要研发一种新型压铸稀土铝合金来满足高强、耐磨、高硬产品的材质的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度压铸稀土铝合金及其制备方法，该铝合金具有高强度、高硬度、高耐磨性，耐腐蚀性能良好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高强度压铸稀土铝合金，包括如下组分：

Si:6～10wt%，

Cu:0.5～1.5wt%，

Fe:0.4～0.8wt%，

Mn:0～0.50wt%，

Mg:1.0～3.0wt%，

Zn:1.5～2.5wt%，

Ti:0.05～0.15wt%，

C:0.001～0.05wt%，

LaCe:0.2～0.5wt%，

Y:0.1～0.3wt%，

余量为Al和不可避免的杂质。

优选地，Mg与Si的重量比在1.73以下。

优选地，Fe的含量为:0.4～0.7wt%。

一种高强度压铸稀土铝合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）将纯铝、纯镁、纯锌、铝铜合金、铝铁合金、铝硅合金、铝钛碳硼合金、铝锰、镁镧铈合金、镁钇合金预热至150～200℃；

（2）将经步骤（1）处理后的纯铝、纯镁、纯锌、铝铜合金、铝铁合金、铝硅合金、铝锰加入熔炉并全部熔化，熔化温度保证在740～760℃，充分搅拌均匀，搅拌时间为10～15min；

（3）在步骤（2）所获熔体中依次添加除渣剂和用于去除杂质气体的精炼剂；

（4）将步骤（3）所获熔体扒渣静置，让温度保持在700～730℃，而后加入经步骤（1）处理后的铝钛碳硼合金、镁镧铈合金、镁钇合金，充分搅拌并充分熔化后，通入氩气精炼10～20min，扒渣；所述铝钛碳硼合金包括铝钛碳硼细化剂，所述铝钛碳硼细化剂添加含量为熔体质量的0.05%；

（5）将步骤（4）所获熔体静置降温至680～700℃后，浇注成锭，获得所述高导热高导电的压铸稀土铝合金。

优选地，步骤（3）中所述的除渣剂和精炼剂的添加量均为步骤（2）所获熔体质量的0.5%。

优选地，所述的除渣剂成分包括硅酸盐；所述的精炼剂为无钠精炼剂，成分包括氯化镁或和氯化钾。

本合金系属于Al-Mg-Si-Cu合金系列，是一种高强压铸稀土铝合金系列，该系列合金主要合金元素为Si、Mg和Cu，其主要强化相为Mg₂Si。

本发明在合金中添加了铜，铝硅镁合金系中，添加铜，铜在组织中的存在形式不仅取决于铜含量，而且受镁、硅量的影响。当含铜量为0.5～1.5wt%时，Mg：Si＜1.08时，可形成W（Al₄CuMg₅Si₄）相，该相也是强化相。同时铜的加入，有利于提高合金的流动性，提高抗拉强度和硬度。

本发明在合金中添加了轻稀土元素0.2～0.5wt%的LaCe，除去合金中夹气夹杂，从而获得微观组织细化，合金熔体净化的高强度、高耐磨性稀土铝合金。同时除去铝合金中的氢、氧、硫、氮、氯等非金属杂质和钴、铜、镍等金属杂质以及氧化物夹渣，进一步提升合金材料的铸造性能；重稀土元素0.1～0.3wt%的Y，利用其固溶强化作用，在合金中生成固溶强化相，有利于提升合金的强度。

本发明添加含量为0.05wt%的优质变质细化剂AlTiCB，以获得Al₄C₃形核衬底，在固液界面前沿富集引起成分过冷，形成新的形核，进一步细化合金微观组织，晶粒变成细等轴晶粒，进一步提升合金产品的强度。

本发明添加了0.4～0.8wt%的Fe，0～0.50wt%的Mn，1.5～2.5wt%的Zn；当Fe<0.7%时，对力学性能影响较小，并可以细化晶粒；添加锰可以提高强度，改善耐腐蚀性，冲击韧性和弯曲性能，减少Fe对合金的影响，一般控制在0.5%以下；添加Zn，可以改善合金的铸造性能，可以适当提升合金机械性能。但Fe含量超过0.7%，生成不溶AlMnFeSi相，降低材料塑性，耐腐蚀性。

本发明中Mg与Si的重量比可以在1.73以下，则硅对Mg₂Si在铝中的固溶度没有影响，可得到较高强度的合金。

本发明的压铸铝合金具有强度高(σ_b=300~360MPa，σ_S=200~260MPa，δ=3.0~6.0%)、压铸性能好、硬度高，耐磨性和耐腐蚀性优良，是交通、军用、五金、汽车、3C骨架类等高硬耐磨产品的理想材料。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明具体实施的技术方案是：

实施例1

将纯铝（A00铝）、铝锰合金（AlMn10）、铝硅合金(AlSi12)、铝铁合金(AlFe10)、铝铜合金（Al-50Cu)、纯镁(99.9)、纯锌(99.95)、铝钛碳硼合金、镁镧铈（Mg-LaCe）、镁钇（Mg-Y），经配料计算、熔炼和浇注，最终制得的合金主要元素的含量如下所示：

Si：6.0wt%，

Cu：0.5wt%，

Fe：0.42wt%，

Mn：0.05wt%，

Mg：1.0wt%，

Zn：1.5wt%，

Ti：0.05wt%，

C：0.002wt%，

LaCe：0.20wt%，

Y：0.12wt%，

剩余为Al和不可避免的杂质。

测试室温拉伸性能如下：

σ_b（抗拉强度）=300MPa，σ_S（屈服强度）=200MPa，δ（延伸率）=6.2%；

实施例2

Si：7.5wt%，

Cu：0.8wt%，

Fe：0.55wt%，

Mn：0.15wt%，

Mg：1.5wt%，

Zn：1.8wt%，

Ti：0.08wt%，

C：0.006wt%，

LaCe：0.30wt%，

Y：0.15wt%，

剩余为Al和不可避免的杂质。

测试室温拉伸性能：

σ_b（抗拉强度）=330MPa，σ_S（屈服强度）=230MPa，δ（延伸率）=4.8%；

实施例3

Si：8.5wt%，

Cu：1.2wt%，

Fe：0.65wt%，

Mn：0.32wt%，

Mg：2.0wt%，

Zn：2.2wt%，

Ti：0.12wt%，

C：0.025wt%，

LaCe：0.40wt%，

Y：0.22wt%，

剩余为Al和不可避免的杂质。

测试室温拉伸性能：

σ_b（抗拉强度）=348MPa，σ_S（屈服强度）=242MPa，δ（延伸率）=3.5%;

实施例4

Si：10.0wt%，

Cu：1.5wt%，

Fe：0.79wt%，

Mn：0.48wt%，

Mg：3.0wt%，

Zn：2.5wt%，

Ti：0.15wt%，

C：0.05wt%，

LaCe：0.5wt%，

Y：0.30wt%，

剩余为Al和不可避免的杂质。

测试室温拉伸性能：

σ_b（抗拉强度）=360MPa，σ_S（屈服强度）=258MPa，δ（延伸率）=3.0%。

高强度压铸稀土铝合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤（3）中所述的除渣剂和精炼剂的添加量均为步骤（2）所获熔体质量的0.5%。

所述的除渣剂成分包括硅酸盐；所述的精炼剂为无钠精炼剂，成分包括氯化镁或和氯化钾。

本发明是以普通压铸稀土铝合金常用的元素进行了优选科学组合，并辅以添加目前行业最优质有效的铝钛碳硼细化剂变质细化，同时加上微量稀土元素合金化技术，需严格按照下述三原则进行处理：

（1）严格控制材料中对对强度影响较大的杂质元素；

（2）保证对合金铸造性能良好效果的元素含量，轻重稀土元素组合，轻稀土除去合金中的氢、氧、硫、氮、氯等非金属杂质和铁、钴、铜、镍等金属杂质以及氧化物夹渣，进一步提升合金材料的铸造性能，利用重稀土元素的固溶强化作用，在合金中产生固溶强化相，进一步提升合金的机械性能；

（3）多种对稀土铝合金具有强化作用的元素组合添加，利用各元素间的合金化作用生成基体强化相，再辅助添加微量（0.05%）的优质变质细化剂AlTiCB，以获得Al₄C₃形核衬底，在固液界面前沿富集引起成分过冷，形成新的形核，晶粒变成细等轴晶粒，进一步提升合金产品的强度。

本发明具有以下有益效果：

（1）严格保证合金具有良好的铸造性能；

（2）在保证具有良好铸造性能的前提下，科学组合对合金强度、硬度、耐磨性有益的元素，充分形成多种强化相，以获得高强度、高耐磨性的合金基体；

（3）在保证（1）和（2）的条件下，再辅助添加目前行业最优质的变质细化剂（AlTiCB），进一步细化合金微观组织，同时添加轻稀土元素，除去合金中夹气夹杂，从而获得微观组织细化，合金熔体净化的高强度、高耐磨性稀土铝合金。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高强度压铸稀土铝合金，其特征在于，包括如下组分：

Si:6～10wt%，

Cu:0.5～1.5wt%，

Fe:0.4～0.8wt%，

Mn:0～0.50wt%，

Mg:1.0～3.0wt%，

Zn:1.5～2.5wt%，

Ti:0.05～0.15wt%，

C:0.001～0.05wt%，

LaCe:0.2～0.5wt%，

Y:0.1～0.3wt%，

余量为Al和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的高强度压铸稀土铝合金，其特征在于，Mg与Si的重量比在1.73以下。

3.根据权利要求2所述的高强度压铸稀土铝合金，其特征在于，Fe的含量为:0.4～0.7wt%。

4.权利要求1-3任一项所述的高强度压铸稀土铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的高导热高导电的压铸稀土铝合金的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的除渣剂和精炼剂的添加量均为步骤（2）所获熔体质量的0.5%。

6.根据权利要求5所述的高导热高导电的压铸稀土铝合金的制备方法，其特征在于，所述的除渣剂成分包括硅酸盐；所述的精炼剂为无钠精炼剂，成分包括氯化镁或和氯化钾。