CN105483465A - 一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法，包括以下质量分数的成分：Si、Mg、Mn、Ti、B、Sb、Re、Fe、V、Cr、Zr、P、Be，余量为Al。该压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金具有高强高韧的力学性能，压铸试棒力学性能可达到：铸态抗拉强度(σb)230-310MPa、屈服强度(σ0.2)115-160MPa，延伸率(δ)5.5-14.5％。该压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金的综合力学性能优良，尤其是延伸率，达到所有材料标准中规定值最高值3.5％的1.5倍以上。第二，材料还具有良好的焊接性能，适用于铸件的组合焊接。

Description

一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其涉及一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金压铸成型工艺可以制造形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔的金属零件，具有工序简单、生产效率高、铸件公差等级较高、表面粗糙度好、力学性能优良、材料利用率高等优点，现已成为我国铸造业中的一个重要组成部分。在汽车工业中，铝合金压铸件的需求量非常大，已经成为汽车轻量化的重要支撑。
由于铝合金对铁有很强的亲和力，铝合金在压铸过程中与铁质模具接触时，会发生物理化学反应，产生粘模现象。粘模缺陷是影响产品质量、大幅提高模具制造维修成本的关键因素。为了保证良好的脱模性，目前压铸铝合金的Fe含量大都选择在0.7％-1.3％。
近共晶Al-Si-Mg系列合金，具有综合力学性能优良、耐腐蚀性强、成型工艺性能好和成本较低等优点，因此成为常用铝合金压铸材料之一。
国内外此类材料成分标准如表1所示：
表1国内材料的成分标准
国内外此类材料性能标准如表2所示：
表2国内外材料的性能标准
在以上标准中的合金中，由于Fe含量偏高，铁大部分以粗大片状或针状的β(Al9Fe2Si2)相存在于合金中，不仅使合金的流动性减低，热裂性增大，还严重割裂基体，降低力学性能，尤其是降低延伸率，因此大大限制了应用领域，多数应用在了只承受简单应力的箱体、壳体、覆盖件上面，而对承受交变应力的复杂结构件上很少有应用。
多部件组合焊接工艺具有整体尺寸稳定性高、加工流程短、成本低廉的优点，是结构复杂、单重较大部件实现轻量化和低成本化的主要措施，压铸件组合焊接也是重要发展方向。因此，压铸材料的成分设计不仅要满足铸件的力学性能，还要满足铸件的铸造成型工艺性能和焊接性能。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法，具有高强高韧的力学性能和良好的焊接性能。
有鉴于此，本发明提供了一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，包括以下质量分数的成分：
其他杂质元素总量不超过0.3％，且其他单个杂质元素含量不超过0.05％；
Al余量。
优选的，包括以下质量分数的成分：
Si6.8-10.7％。
优选的，包括以下质量分数的成分：
Mg0.22-0.36％。
优选的，包括以下质量分数的成分：
Mn0.58-0.68％。
优选的，包括以下质量分数的成分：
Ti0.07-0.08％。
优选的，包括以下质量分数的成分：
Sb0.13-0.14％。
优选的，包括以下质量分数的成分：
Re0.12-0.18％。
相应的，本发明还提供一种上述压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：
向熔炼炉中加入铝锭和金属硅，升温至750-850℃进行合金化；
加入电解锰，充分搅拌进行合金化，取样分析；
加入铝锑中间合金和铝稀土中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析，除渣精炼，扒渣；
加入镁、铝钛合金和铝钛硼中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析；
在700-740℃下通入氩气进行精炼，静置5-15min，在680-720℃铸造，得到压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金。
本发明还提供一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，包括以下质量分数的成分：
其他杂质元素总量不超过0.3％，且其他单个杂质元素含量不超过0.05％；
Al余量。
相应的，本发明还提供一种上述压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：
向熔炼炉中加入铝锭和金属硅，升温至750-850℃进行合金化；
加入电解锰，充分搅拌进行合金化，取样分析；
加入铝稀土中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析，除渣精炼，扒渣；
加入镁、铝锶合金、铝钛合金和铝钛硼中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析；
在700-740℃下通入氩气进行精炼，静置5-15min，在680-720℃铸造，得到压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金。
本发明提供了一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法，包括以下质量分数的成分：Si、Mg、Mn、Ti、B、Sb、Re、Fe、V、Cr、Zr、P、Be，余量为Al。该压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金具有高强高韧的力学性能，压铸试棒力学性能可达到：铸态抗拉强度(σb)230-310MPa、屈服强度(σ0.2)115-160MPa，延伸率(δ)5.5-14.5％。该压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金的综合力学性能优良，尤其是延伸率，达到所有材料标准中规定值最高值3.5％的1.5倍以上。第二，材料适用于压铸成型，填补了低铁铝合金压铸材料的空白；通过低铁压铸合金材料的应用，填补高强韧压铸件的空白。材料还具有良好的焊接性能，适用于铸件的组合焊接。因此，本发明制备的压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金具有高强高韧的力学性能和良好的焊接性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，包括以下质量分数的成分：
其他杂质元素总量不超过0.3％，且其他单个杂质元素含量不超过0.05％；
Al余量。
Si不仅可以提高铝合金中的流动性，保障铸造充型能力；而且在焊接凝固时，由于铝-硅合金的收缩率小，几乎不产生裂纹，可以保证优良的焊接性能；还可以和Mg形成Mg2Si强化相，保证合金的力学性能。所述Si的质量分数优选为6.8-10.7％，更优选为7-9％。
Mg与Si形成Mg2Si相，在压铸过程的激冷中固溶在α铝中，通过时效析出后弥散强化。随着Mg含量的提高，抗拉强度逐渐提高，延伸率逐渐下降。Mg含量越高，焊接性能越差。所述Mg的质量分数优选为0.22-0.36％，更优选为0.25-0.32％。
Mn促进针片状β(Al9Fe2Si2)向汉字状α(Al12Fe3Si)转变，提高合金的综合力学性能；可以形成MnAl6，细化再结晶晶粒，降低热裂倾向；在高镁合金中锰还可以使Mg5Al8化合物平均沉淀，改善抗蚀性和焊接机能，弥补Mg带来的焊接性能减弱；铝合金中的Fe相和Mn相大部分相互溶入，形成AlFeMnSi相、(Fe、Mn)Al6相，因此Mn可以替代铝合金中的部分Fe，降低低铁铝合金的粘模倾向。所述Mg的质量分数优选为0.58-0.68％，更优选为0.6-0.65％。
Sb和Re是永久变质剂，使共晶硅由粗大针片状转变为短杆状，提高合金的综合力学性能，但其变质效果对冷却速度十分敏感。而压铸件的凝固过程本身就是一个激冷过程，可以为Sb和Re变质创造良好的条件；Sb变质合金重熔之后的铝液吸氢能力较弱，Re还具有除(固)氢精炼的作用，可以减少铸件针孔，提高铸件的热处理能力和焊接性能。所述Re的质量分数优选为0.12-0.18％，更优选为0.14-0.16％。所述Sb的质量分数优选为0.13-0.14％。
Ti和B作为α铝的晶粒细化剂，提高铸造铝合金的综合力学性能。所述Ti的质量分数优选为0.07-0.08％；所述B的质量分数优选为0.0015-0.0030％，更优选为0.0018-0.0020％。
Fe在合金中在一定条件下会形成粗大片状或针状的β(Al9Fe2Si2)中，不仅使合金的流动性减低，热裂性增大，还严重割裂基体，降低力学性能，尤其是降低延伸率。所述Fe的质量分数优选为0-0.1％，更优选为0-05％。
Cr、V、Zr可以细化晶粒组织，但也容易与Mn、Fe形成粗大片状金属间化合物，形成重力偏析，降低合金流动性，或者进入铸件形成硬质点，恶化加工性能，加剧刀具磨损。所述Cr的质量分数优选为0-0.02％，更优选为0-0.01％；所述V的质量分数优选为0-0.02％，更优选为0-0.01％；所述Zr的质量分数优选为0-0.02％，更优选为0-0.01％。
P会促进初晶硅的析出，本发明提供的铸造铝合金为亚共晶、近共晶铝硅合金，不希望因为出现初晶硅降低力学性能。所述P的质量分数优选为0-0.001％，更优选为0-0.0005％。
Be会使铝合金的氧化膜更致密，减少熔炼过程中的合金氧化，但致密的氧化膜也会恶化材料的焊接性能。所述Be的质量分数优选为0-0.0003％，更优选为0-0.0001％。
相应的，本发明还提供一种上述压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：
向熔炼炉中加入铝锭和金属硅，升温至750-850℃进行合金化；
加入电解锰，充分搅拌进行合金化，取样分析；
加入铝锑中间合金和铝稀土中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析，除渣精炼，扒渣；
加入镁、铝钛合金和铝钛硼中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析；
在700-740℃下通入氩气进行精炼，静置5-15min，在680-720℃铸造，得到压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金。
相应的，本发明还提供另一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，采用Sr代替Sb，包括以下质量分数的成分：
其他杂质元素总量不超过0.3％，且其他单个杂质元素含量不超过0.05％；
Al余量。
相应的，本发明还提供上述压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：
向熔炼炉中加入铝锭和金属硅，升温至750-850℃进行合金化；
加入电解锰，充分搅拌进行合金化，取样分析；
加入铝稀土中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析，除渣精炼，扒渣；
加入镁、铝锶合金、铝钛合金和铝钛硼中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析；
在700-740℃下通入氩气进行精炼，静置5-15min，在680-720℃铸造，得到压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金。
从以上方案可以看出，本发明提供的压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法具有如下特点：
1、该压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金具有高强高韧的力学性能，压铸试棒力学性能可达到：铸态抗拉强度(σb)230-310MPa、屈服强度(σ0.2)115-160MPa，延伸率(δ)5.5-14.5％。本材料的综合力学性能优良，尤其是延伸率，达到目前国内外所有材料标准中规定值最高值3.5％的1.5倍以上。
2、材料可以通过调整Mg含量和时效工艺进一步调整综合性能。
3、材料适用于压铸成型，填补了低铁铝合金压铸材料的空白。通过低铁压铸合金材料的应用，可以填补高强韧压铸件的空白。
4、材料还具有良好的焊接性能，适用于铸件的组合焊接。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
本发明实施例采用的原料和化学试剂均为市购。
实施例1
一种可焊接高强韧压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其组成为：
Si6.8；Mg0.22；Mn0.58；Ti0.07；B0.0018；Sb0.14；Re0.18；Fe0.14；V0.015；Cr0.012；Zr0.0.14；P0.0012；Be0.00022；Al余量
所述合金的制备方法如下：
本发明所述合金的制备方法如下：
(1)首先将铝锭、金属硅升温至750-850℃合金化。
(2)加入已预热的电解锰，充分搅拌合金化，取样进行过程成分检测、调整至工艺要求。
(3)加入铝锑和铝稀土中间合金，充分搅拌合金化，取样进行过程成分检测、调整至工艺要求。
(4)采用熔体重量0.5-1.5‰的无钠或低钠清渣剂喷粉除渣精炼，扒渣。
(5)加入金属镁、铝钛、铝钛硼中间合金，充分搅拌合金化，取样进行过程成分检测、调整至工艺要求。
(6)700-740℃通入99.999％高纯氩气精炼，至针孔度要求符合标准。
(7)静置5-15min。
(8)在680-720℃进行铸造。
试验合金压铸试棒性能为：抗拉强度(σb)240MPa、屈服强度(σ0.2)118MPa，延伸率(δ)14.1％。150℃时效后的性能为：抗拉强度(σb)260MPa、屈服强度(σ0.2)145MPa，延伸率(δ)11.8％。200℃时效后的性能为：抗拉强度(σb)267MPa、屈服强度(σ0.2)177MPa，延伸率(δ)8.5％。
实施例2
一种可焊接高强韧压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其组成为：
Si10.7；Mg0.36；Mn0.68；Ti0.08；B0.0020；Sb0.13；Re0.17；Fe0.12；V0.016；Cr0.015；Zr0.0.12；P0.0014；Be0.00025；Al余量
所述合金的制备方法如下：
本发明所述合金的制备方法如下：
(1)首先将铝锭、金属硅升温至750-850℃合金化。
(2)加入已预热的电解锰，充分搅拌合金化，取样进行过程成分检测、调整至工艺要求。
(3)加入铝锑和铝稀土中间合金，充分搅拌合金化，取样进行过程成分检测、调整至工艺要求。
(4)喷粉熔体重量0.5-1.5‰的无钠或低钠清渣剂除渣精炼，扒渣。
(5)加入金属镁、铝钛、铝钛硼中间合金，充分搅拌合金化，取样进行过程成分检测、调整至工艺要求。
(6)700-740℃通入99.999％高纯氩气精炼，至针孔度要求符合标准。
(7)静置5-15min。
(8)在680-720℃进行铸造。
试验合金压铸试棒性能为：抗拉强度(σb)309MPa、屈服强度(σ0.2)160MPa，延伸率(δ)8.8％。150℃时效后的性能为：抗拉强度(σb)325MPa、屈服强度(σ0.2)213MPa，延伸率(δ)5.6％。
实施例3
一种可焊接高强韧压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其组成为：
Si9.3；Mg0.29；Mn0.63；Ti0.08；B0.0022；Sr0.016；Re0.17；Fe0.13；V0.014；Cr0.018；Zr0.0.19；P0.0010；Be0.00020；Al余量
所述合金的制备方法如下：
本发明所述合金的制备方法如下：
(1)首先将铝锭、金属硅升温至750-850℃合金化。
(2)加入已预热的电解锰，充分搅拌合金化，取样进行过程成分检测、调整至工艺要求。
(3)加入铝稀土中间合金，充分搅拌合金化，取样进行过程成分检测、调整至工艺要求。
(4)采用熔体重量0.5-1.5‰的无钠或低钠清渣剂喷粉除渣精炼，扒渣。
(5)加入金属镁、铝锶合金、铝钛、铝钛硼中间合金，充分搅拌合金化，取样进行过程成分检测、调整至工艺要求。
(6)700-740℃通入99.999％高纯氩气精炼，至针孔度要求符合标准。
(7)静置5-15min。
(8)在680-720℃进行铸造。
试验合金压铸试棒性能为：抗拉强度(σb)286MPa、屈服强度(σ0.2)143MPa，延伸率(δ)10.3％。150℃时效后的性能为：抗拉强度(σb)303MPa、屈服强度(σ0.2)196MPa，延伸率(δ)9.5％。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其特征在于，包括以下质量分数的成分：
其他杂质元素总量不超过0.3％，且其他单个杂质元素含量不超过0.05％；
Al余量。
2.根据权利要求1所述的压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其特征在于，包括以下质量分数的成分：
Si6.8-10.7％。
3.根据权利要求1所述的压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其特征在于，包括以下质量分数的成分：
Mg0.22-0.36％。
4.根据权利要求1所述的压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其特征在于，包括以下质量分数的成分：
Mn0.58-0.68％。
5.根据权利要求1所述的压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其特征在于，包括以下质量分数的成分：
Ti0.07-0.08％。
6.根据权利要求1所述的压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其特征在于，包括以下质量分数的成分：
Sb0.13-0.14％。
7.根据权利要求1所述的压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其特征在于，包括以下质量分数的成分：
Re0.12-0.18％。
8.一种权利要求1-7任意一项所述的压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
向熔炼炉中加入铝锭和金属硅，升温至750-850℃进行合金化；
加入电解锰，充分搅拌进行合金化，取样分析；
加入铝锑中间合金和铝稀土中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析，除渣精炼，扒渣；
加入镁、铝钛合金和铝钛硼中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析；
在700-740℃下通入氩气进行精炼，静置5-15min，在680-720℃铸造，得到压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金。
9.一种压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金，其特征在于，包括以下质量分数的成分：
其他杂质元素总量不超过0.3％，且其他单个杂质元素含量不超过0.05％；
Al余量。
10.一种权利要求9所述的压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
向熔炼炉中加入铝锭和金属硅，升温至750-850℃进行合金化；
加入电解锰，充分搅拌进行合金化，取样分析；
加入铝稀土中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析，除渣精炼，扒渣；
加入镁、铝锶合金、铝钛合金和铝钛硼中间合金，充分搅拌进行合金化，取样分析；
在700-740℃下通入氩气进行精炼，静置5-15min，在680-720℃铸造，得到压铸用Al-Si-Mg铸造铝合金。
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