CN105316542B - 一种高强度高韧性压铸铝合金及其制品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度高韧性压铸铝合金及其制品，该合金属于Al‑Si‑Mn‑Mg‑Re系，其由以下质量百分比的组分组成：硅7.5％～8.5％，锰0.3％～0.4％，镁0.2％～0.3％，稀土0.1～0.2％，锶0.01％～0.02％，铁≤0.15％，钛≤0.10％，铜≤0.05％，其余为铝和不可避免的微量杂质，其中微量杂质的单个元素的含量≤0.05％，且微量杂质的总量≤0.15％，所述制品由上述高强度高韧性压铸铝合金制备而成。本发明压铸铝合金具有高强度高韧性，无需进行T6热处理在铸态下就可获得良好力学性能。若通过T6热处理，则材料的力学性能会进一步提高。该合金材料可满足轿车轻量化的发展需求，用于轿车底盘副车架、车门立柱等关键零部件的制造。
Description
技术领域
本发明属于铝合金铸造技术领域，更具体地，涉及一种高强度高韧性压铸铝合金及其制品。
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。
当前工业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、AlSi9Cu3Fe等，上述合金具有优异的铸造性能和良好的力学性能；其次是具有良好抗冲击性能和疲劳强度的Al-Si-Mg系合金如YL104、ADC3、A360等；第三是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。由于压铸铝合金中的Fe含量一般都在1％以上，Fe与合金中的Al和Si会生成针状的FeAl3、Al-Fe-Si相中间化合物，所以此类中间化合物的存在会严重削弱压铸件的力学性能，尤其是断裂韧性；另外对于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。因此现有的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、抗冲击等汽车高受力件的要求。
为了满足汽车高受力即高强度、高韧性铝合金零件如底盘副车架、车门立柱等的开发需求，国外开发了一些新型高强度、高韧性的铝合金材料，并获得了工业化应用，这些合金的共同特点是采用Al-Si-Mg系，并严格控制Fe、Cu的含量，通过T6热处理可获得良好的力学性能，然而该合金仍然满足不了汽车高受力零件的开发需求。现有对于不需要进行T6热处理，铸态下就可获得良好力学性能的高强韧压铸铝合金仍然比较缺乏，因此，开发新型高强韧压铸铝合金以满足轿车轻量化的发展需求是人们长期以来研发的重点内容之一。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种压铸铝合金及其制品，其中通过合金中各元素含量的控制，尤其是硅含量和镁含量的控制，获得具有高强度高韧性的铝合金，合金无需通过T6热处理即可获得良好的力学性能，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。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种高强度高韧性压铸铝合金，该合金属于Al-Si-Mn-Mg-Re系，其由以下质量百分比的组分组成：硅7.5％～8.5％，锰0.3％～0.4％，镁0.2％～0.3％，稀土0.1～0.2％，锶0.01％～0.02％，铁≤0.15％，钛≤0.10％，铜≤0.05％，其余为铝和不可避免的微量杂质，其中微量杂质的单个元素的含量≤0.05％，且微量杂质的总量≤0.15％。
按照本发明的另一方面，提供了一种利用所述的高强度高韧性压铸铝合金制备的铸件，该铸件由真空压铸工艺压铸，其壁厚为4mm，铸态下本体抗拉强度≥230MPa，屈服强度≥150MPa，伸长率≥6％，硬度≥75HB。
作为进一步优选的，所述高真空压铸工艺为：模具型腔真空度为93±2KPa，压铸压力为80±5MPa，压射速度为4.5±0.5m/s，模具温度180±10℃，铝液浇注温度为710±10℃。
按照本发明的另一方面，还提供了一种轿车底盘副车架，其采用所述的高强度高韧性压铸铝合金制成。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明通过对合金中各元素含量的选择与控制，尤其是硅含量和镁含量的控制，获得硅含量为7.5％～8.5％，锰含量为0.3％～0.4％，镁含量为0.2％～0.3％，稀土含量为0.1～0.2％，锶含量为0.01％～0.02％，铁含量为≤0.15％，钛含量为≤0.10％，铜含量为≤0.05％的Al-Si-Mn-Mg-Re系新型压铸铝合金，该新型合金具有高强度高韧性(高伸长率)，在无需进行T6热处理时，铸态下就可获得良好力学性能，具有抗拉强度≥230MPa、屈服强度≥150MPa、伸长率≥6％的力学性能，满足轿车轻量化的发展需求，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。
2.本发明的合金材料具有良好的铸造工艺性能，流动性好、抗热裂性能强、易于补缩，优于目前常用的合金材料如A356或ZL101，具有良好的应用前景；且对本发明的合金材料进行T6热处理，通过固溶强化可进一步提高力学性能，如抗拉强度、屈服强度、伸长率会进一步提高，适应汽车零部件的更高要求。
附图说明
图1是本发明高强度高韧性压铸铝合金的金相组织。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的一种高强度高韧性压铸铝合金，该合金属于Al-Si-Mn-Mg-Re系，其主要成分包括铝、硅、锰、镁、稀土、铁、钛、铜、锶等，各组分的质量百分比为：硅7.5％～8.5％，锰0.3％～0.4％，镁0.2％～0.3％，稀土0.1～0.2％，铁≤0.15％，钛≤0.10％，铜≤0.05％，锶0.01％～0.02％，其余为铝和不可避免的微量杂质，其中微量杂质的单个元素的含量≤0.05％，且微量杂质的总量≤0.15％。
本发明提供的利用高强度高韧性压铸铝合金制备的铸件，该铸件由高真空压铸工艺压铸，其壁厚为4mm，具体的高真空压铸工艺采用以下方式进行确定：为了保证铝液在真空状态下充填模具型腔，最大程度地避免卷气缺陷，模具型腔真空度选择93±2KPa；为保证铝液的补缩，压铸压力选择80±5MPa；为保证铝液具备优良的流动性，铝液浇注温度旋转710±10℃；压射速度选择4.5±0.5m/s，可有效缩短铝液充填时间，充填形态良好；模具温度选择180±10℃，可有效避免过冷产生冷隔、充填不良，过热粘模拉伤、增大缩孔倾向；本发明的铸件采用上述参数进行制备，外观良好，无冷隔、裂纹，内部组织细小、致密，无缩孔、缩松、气孔等缺陷。本发明的压铸铝合金铸件用于汽车部件的轻量化，可用于高强韧要求的轿车底盘副车架、车门立柱、减震盖、座椅支架等有安全要求的关键零部件，其铸态下本体力学性能抗拉强度≥230MPa，屈服强度≥150MPa，伸长率≥6％，硬度≥75HB，若通过T6热处理固溶强化，其力学性能可进一步提高。
本发明提供的一种轿车底盘副车架，其采用本发明所述的高强度高韧性压铸铝合金制成。铝合金轿车底盘副车架采用整体压铸成型，其铸态下本体力学性能抗拉强度≥230MPa，屈服强度≥150MPa，伸长率≥6％，达到副车架的使用要求，相比于现有的钢制焊接副车架，工序流程减少90％以上，重量仅为钢制副车架的30％左右。
以下为实施例：
实施例1：
制备不同硅含量的高强度高韧性压铸铝合金，利用上述制备的不同硅含量的合金按照本发明的高真空压铸工艺进行压铸，所采用的主要压铸工艺参数为：模具型腔真空度93±2KPa，压铸压力80±5MPa，铝液浇注温度710±10℃，压射速度4.5±0.5m/s，模具温度180±10℃，制备获得壁厚为4mm的试样，测量获得不同硅含量的试样的力学性能，如表1所示。
表1 不同硅含量的高强度高韧性压铸铝合金的材料成分及力学性能
由表1可知，随着Si含量的增加，试样的抗拉强度、屈服强度逐步提高、伸长率降低。但通过测试由上述合金制备的试样的力学性能，其抗拉强度≥230MPa，屈服强度≥150MPa，伸长率≥6％，硬度≥75HB，具有高强度高韧性，满足汽车轻量化部件对力学特性的要求，可适用于底盘副车架、车门立柱、减震盖等要求零件的制造。
试样的金相组织如图1所示，组织致密，初生α相细小，分布均匀；共晶Si相细小，均匀分布于初生α相，满足底盘副车架、车门立柱、减震盖等零件对金相组织的要求。
实例2：
制备不同镁含量的高强度高韧性压铸铝合金，利用上述制备的不同镁含量的合金按照真空压铸工艺进行压铸，采用的主要压铸工艺参数为：模具型腔真空度93±2KPa，压铸压力80±5MPa，铝液浇注温度710±10℃，压射速度4.5±0.5m/s，模具温度180±10℃，制备获得壁厚为4mm的平板试样，测量获得不同镁含量的试样的力学性能，如表2所示。
表2 不同镁含量的高强度高韧性压铸铝合金的材料成分及力学性能
由表2可知，随着Mg含量的增加，试样的抗拉强度、屈服强度逐步提高、伸长率降低。通过测试由上述合金制备的试样的力学性能，其抗拉强度≥230MPa，屈服强度≥150MPa，伸长率≥6％，硬度≥75HB，具有高强度高韧性，满足汽车轻量化部件对力学特性的要求，可适用于底盘副车架、车门立柱、减震盖等要求零件的制造。
实例3：
制备不同成分的高强度高韧性压铸铝合金，利用上述制备的不同成分的合金按照真空压铸工艺进行压铸，所采用的主要压铸工艺参数为：模具型腔真空度93±2KPa，压铸压力80±5MPa，铝液浇注温度710±10℃，压射速度4.5±0.5m/s，模具温度180±10℃，制备获得壁厚为4mm的平板试样，测量获得不同成分的试样的力学性能，如表3所示。
表3 不同成分的材料的力学性能
由表3可以看出，利用本发明合金制备的试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度均满足抗拉强度≥230MPa，屈服强度≥150MPa，伸长率≥6％，硬度≥80HB的要求。在Si、Mg含量比较低时，试样有强度低、伸长率较高的趋势，但由于其他元素如Mn、Cu、Re具有强度升高，伸长率降低的作用以及Fe有显著降低强度和伸长率的作用，因此在此种条件下，试样的力学性能最低，抗拉强度为230MPa，屈服强度为150MPa，伸长率为6％，硬度为80HB，故为保证合金的力学性能，须控制上述Mn、Cu、Re、Fe的含量在要求范围内。
实施例4：
采用常用的Al-Si-Cu系压铸铝合金ADC12和A380、Al-Si-Mg系AlSi10MgFe、Al-Mg系压铸合金YL301、其它高强韧压铸铝合金以及本发明的高强度高韧性压铸铝合金利用相同的工艺制备壁厚为4mm的铸件，并对上述铸件进行力学性能测试，测试结果见表4。
表4 不同合金力学性能对比试验
由表4可见，铸态下新合金具有良好的力学性能，其具有高强度，且伸长率优于普通合金，并且优于其他高强韧合金aural2、Aural3以及silafont36。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种高强度高韧性压铸铝合金，其特征在于，该合金属于Al-Si-Mn-Mg-RE 系，其由以下质量百分比的组分组成：硅7.64％～7.82％，锰0.38％～0.4％，镁0.22％～0.28％，稀土0.1～0.12％，锶0.017％～0.02％，铁≤0.15％，钛≤0.10％，铜≤0.05％，其余为铝和不可避免的微量杂质，其中微量杂质的单个元素的含量≤0.05％，且微量杂质的总量≤0.15％。
2.一种轿车底盘副车架，其特征在于，其采用如权利要求1所述的高强度高韧性压铸铝合金制成。
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