CN106319299A - 一种新型铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型的铝合金及制备其的方法。所述铝合金组分为Si：4.0重量％至4.5重量％，Mg：0.4重量％至0.6重量％，Cr：0.10重量％至0.15重量％，B：0.001重量％至0.003重量％，杂质Fe：＜0.12重量％，其它单个杂质：＜0.01重量％，其它杂质总量：＜0.1重量％，Al：余量。本发明的铝合金的优点在于：成本较低，铸造性能良好，屈服强度和延伸率都很高，适合用于铝合金车轮及零部件的铸造。

Description

一种新型铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体地涉及一种新型铝合金及其制备方法。
背景技术
A356.2铝合金具有流动性好，无热裂倾向，线收缩小，比重小，耐蚀性好等优良特性，是汽车车轮的主要使用材料。因A356.2合金本身合金成分的局限性，很难使低压铸造车轮的力学性能提升空间很小。然而，随着汽车轻量化的要求越来越高，迫切的希望需要适合低成本、高性能的铸造铝合金车轮的开发与应用。该合金的强度较低，因此，本发明提出了一种成本低、适合低压铸造工艺且性能高的新型铸造铝合金。
在先技术，CN104968817A公开了一种铸造铝合金。所述合金组分为Si：3.0重量％至3.8重量％，Mg：0.3重量％至0.6重量％，Cr：0.05重量％至0.25重量％，Fe：＜0.18重量％，Mn：＜0.06重量％，Ti：＜0.16重量％，Cu：＜0.006重量％，Sr：0.010重量％至0.030重量％，Zr：＜0.006重量％，Zn：＜0.006重量％，杂质：＜0.1重量％，并且以Al来补充至100重量％。
在先技术，CN103627933A公开了一种铸造铝合金。所述合金组分为Si：3.0重量％至3.8重量％，Mg：0.3重量％至0.6重量％，Cr：0.25重量％至0.35重量％，Fe：＜0.18重量％，Mn：＜0.06重量％，Ti：＜0.16重量％，Cu：＜0.006重量％，Sr：0.010重量％至0.030重量％，Zr：＜0.006重量％，Zn：＜0.006重量％，杂质：＜0.1重量％，优选＜0.005重量％，以A1来补充至100重量％。
以上两种铝合金因含有Sr元素，成本较高。又因其Si含量较低，铸造性能差，在低压铸造车轮中易于出现缩松等缺陷，造成车轮的铸造成品率低，力学性能差。限制了其在车轮生产上的应用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种新型的高强韧铸造铝合金，从而克服以上各个问题。
为了实现以上的发明目的，本发明提供了以下的技术方案：
在本发明的一个方面，提供了一种新型的铝合金，所述铝合金组分为Si：4.0重量％至4.5重量％，Mg：0.4重量％至0.6重量％，Cr：0.10重量％至0.15重量％，B：0.001重量％至0.003重量％，杂质Fe：＜0.12重量％，其它单个杂质：＜0.01重量％，其它杂质总量：＜0.1重量％，Al：余量。
在本发明优选的方面，所述的铝合金的组分为：Si：4.0重量％，Mg：0.4重量％，Cr：0.10重量％，Al：95.5重量％。
在本发明优选的方面，所述的铝合金的组分为：Si：4.5重量％，Mg：0.6重量％，Cr：0.15重量％，Al：94.75重量％。
在本发明的其他方面，提供了制备前文所述的铝合金的方法，所述的方法包括步骤：(1)按照前文所述的比例，将上述合金组分Si、Mg、Cr和Al混合成原料进行熔化；(2)加入铝钛硼中间合金，搅拌均匀后保温；(3)通入氩气精炼后除渣静置；以及(4)将合金熔体浇铸成锭或零件。
在本发明优选的方面，在步骤(4)之后，还包括将得到的锭或零件经过T6热处理。
在本发明优选的方面，在步骤(1)中，所述的熔化温度在720℃～760℃之间。
在本发明进一步优选的方面，在步骤(1)中，所述的熔化在石墨坩埚内进行。
在本发明优选的方面，步骤(2)中，加入铝钛硼中间合金，使熔体中的B含量达到0.001重量％至0.003重量％，搅拌均匀后保温10分钟～30分钟。
在本发明进一步优选的方面，所述的铝钛硼中间合金是Al5Ti1B，其组成为5重量％Ti、1重量％B和余量Al。
在本发明优选的方面，步骤(3)中，通入纯度为99.99体积％的氩气，流量为2.5升/分钟～4升/分钟，通气时间为5分钟～10分钟，除去熔体表面浮渣，保温30分钟～60分钟。
在本发明优选的方面，所述的铝合金的组分为：Si：4.0重量％，Mg：0.4重量％，Cr：0.10重量％，Al：95.5重量％；在步骤(1)中，熔化温度为750℃，加入铝钛硼中间合金使熔体中的B含量达到0.001重量％，搅拌均匀后保温30分钟，通入纯度为99.99体积％氩气去除熔体中的氢，氩气流量4升/分钟，通气时间8分钟。
在本发明优选的方面，所述的铝合金的组分为：Si：4.5重量％，Mg：0.6重量％，Cr：0.15重量％，Al：94.75重量％；熔化温度为750℃，加入铝钛硼中间合金使熔体中的B含量达到0.001重量％，搅拌均匀后保温30分钟，通入纯度为99.99体积％氩气去除熔体中的氢，氩气流量4升/分钟，通气时间8分钟。之后除去熔体表面浮渣，静置30分钟。
在本发明的其他方法，还包括以下的技术方案：
该合金通过晶体生长控制技术，使合金凝固过程中α-Al及共晶Si的形貌可控，包括以下步骤：(1)将上述合金组分Si、Mg、Cr和Al按照对应的重量百分比内的任意一组比例混合成原料进行熔化；(2)加入一定量铝钛硼中间合金搅拌均匀后保温；(3)通入氩气精炼后除渣静置；(4)将合金熔体浇铸成锭或零件，冷却后经T6热处理可得高强韧铝合金铸锭或零件。浇铸前先利用热分析仪检测合金凝固特征参数。
步骤(1)中，将原料放入容量5千克的石墨坩埚中熔化，熔化温度在720℃～760℃之间。步骤(2)中，加入铝钛硼中间合金使熔体中的B含量达到0.001重量％至0.003重量％，搅拌均匀后保温10分钟～30分钟。步骤(3)中，通入纯度为99.99体积％的氩气，流量为2.5升/分钟～4升/分钟，通气时间为5分钟～10分钟，除去熔体表面浮渣，保温30分钟～60分钟，待用。步骤(4)中，利用TA 748 CT热分析仪检测合金的初晶温度、共晶温度和凝固区间。
本发明的铝合金的优点在于：成本较低，铸造性能良好，屈服强度和延伸率都很高，适合用于铝合金车轮及零部件的铸造。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为实施例1中液态合金冷却过程中初晶α-Al转变特征温度，横坐标为时间轴，单位为秒，纵坐标为温度轴，单位为℃，其描述了曲线上较低的点代表初晶α-Al实际转变开始温度632.0℃，较高的点代表液相线温度634.5℃；
图2为实施例1中液态合金冷却过程中共晶转变特征温度，横坐标为时间轴，单位为秒，纵坐标为温度轴，单位为℃，其描述了曲线上较低的点代表初晶α-Al实际转变结束温度552.4℃，较高的点代表实际共晶转变温度555.8℃；
图3为实施例1中液态合金由液相到固相转变的冷却过程，横坐标为时间轴，单位为秒，纵坐标为温度轴，单位为℃；
图4为实施例2中液态合金冷却过程中初晶α-Al转变特征温度，横坐标为时间轴，单位为秒，纵坐标为温度轴，单位为℃，其描述了曲线上较低的点代表初晶α-Al实际转变开始温度628.9℃，较高的点代表液相线温度631.4℃；
图5为实施例2中液态合金冷却过程中共晶转变特征温度，横坐标为时间轴，单位为秒，纵坐标为温度轴，单位为℃，其描述了曲线上较低的点代表初晶α-Al实际转变结束温度555.1℃，较高的点代表实际共晶转变温度558.4℃；
图6为实施例2中液态合金由液相到固相转变的冷却过程，横坐标为时间轴，单位为秒，纵坐标为温度轴，单位为℃。
具体实施方式
在本发明的实施例中如非另外地说明，使用的物料、设备和方法是：
石墨坩埚：购自北海碳素(天津)有限公司，规格型号：60#。
铝钛硼中间合金：购自KBM MASTER ALLOYS B.V.(荷兰)，化学成分：Ti：4.8重量％；B：1.1重量％；Si：0.14重量％；Fe：0.15重量％；V：0.13重量％，余量Al。
热分析仪器：检测铝合金的变质和晶粒细化程度的仪器，购自德国IDECO公司，型号为TA 748 CT。
T6热处理：首先在540℃下保温280分钟，然后在水中冷却至室温，之后在165℃下保温150分钟，最后在常温空气中冷却至室温。
屈服强度和延伸率测量仪器：电子万能材料试验机，购自Zwick GmbH&Co.KG(德国兹韦克集团公司)；型号为：Z100。
屈服强度和延伸率测量方法：按照GBT 228.1-2010标准方法来进行。
实施例1
按照Si：4.0重量％，Mg：0.4重量％，Cr：0.10重量％，Al：95.5重量％，配置合金2千克，用石墨坩埚在电阻炉中熔化，熔化温度为750℃，加入铝钛硼中间合金使熔体中的B含量达到0.001重量％，搅拌均匀后保温30分钟，通入纯度为99.99体积％氩气去除熔体中的氢，氩气流量4升/分钟，通气时间8分钟。之后除去熔体表面浮渣，静置30分钟。
将静置后的熔体进行热分析，测定合金凝固的特征参数：初晶温度、共晶温度和凝固区间。
热分析取样完成后，将剩余的熔体浇铸成锭，进行T6热处理，加工成拉伸试样进行力学性能检测，屈服强度可达280MPa，延伸率可达12％。
实施例2
按照Si：4.5重量％，Mg：0.6重量％，Cr：0.15重量％，Al：94.75重量％，配置合金2千克，用石墨坩埚在电阻炉中熔化，熔化温度为750℃，加入铝钛硼中间合金使熔体中的B含量达到0.001重量％，搅拌均匀后保温30分钟，通入纯度为99.99体积％氩气去除熔体中的氢，氩气流量4升/分钟，通气时间8分钟。之后除去熔体表面浮渣，静置30分钟。
将静置后的熔体进行热分析，测定合金凝固的特征参数：初晶温度、共晶温度和凝固区间。
热分析取样完成后，将剩余的熔体浇铸成锭，进行T6热处理，加工成拉伸试样进行力学性能检测。屈服强度可达290MPa，延伸率可达11％。

Claims (10)

1.一种新型的铝合金，所述铝合金组分为Si：4.0重量％至4.5重量％，Mg：0.4重量％至0.6重量％，Cr：0.10重量％至0.15重量％，B：0.001重量％至0.003重量％，杂质Fe：＜0.12重量％，其它单个杂质：＜0.01重量％，其它杂质总量：＜0.1重量％，Al：余量。
2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述的铝合金选自以下的组合：
(A)Si：4.0重量％，Mg：0.4重量％，Cr：0.10重量％，Al：95.5重量％；以及
(B)Si：4.5重量％，Mg：0.6重量％，Cr：0.15重量％，Al：94.75重量％。
3.用于制备权利要求1或2所述的铝合金的方法，其特征在于，所述的方法包括步骤：(1)按照前文所述的比例，将上述合金组分Si、Mg、Cr和Al混合成原料进行熔化；(2)加入铝钛硼中间合金，搅拌均匀后保温；(3)通入氩气精炼后除渣静置；以及(4)将合金熔体浇铸成锭或零件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(4)之后，还包括将得到的锭或零件经过T6热处理。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的熔化温度在720℃～760℃之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的熔化在石墨坩埚内进行。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，加入铝钛硼中间合金，使熔体中的B含量达到0.001重量％至0.003重量％，搅拌均匀后保温10分钟～30分钟。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的铝钛硼中间合金是……。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，通入纯度为99.99体积％的氩气，流量为2.5升/分钟～4升/分钟，通气时间为5分钟～10分钟，除去熔体表面浮渣，保温30分钟～60分钟。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的方法选自以下的一种：
(A)所述的铝合金的组分为：Si：4.0重量％，Mg：0.4重量％，Cr：0.10重量％，Al：95.5重量％；在步骤(1)中，熔化温度为750℃，加入铝钛硼中间合金使熔体中的B含量达到0.001重量％，搅拌均匀后保温30分钟，通入纯度为99.99体积％氩气去除熔体中的氢，氩气流量4升/分钟，通气时间8分钟；
(B)所述的铝合金的组分为：Si：4.5重量％，Mg：0.6重量％，Cr：0.15重量％，Al：94.75重量％；熔化温度为750℃，加入铝钛硼中间合金使熔体中的B含量达到0.001重量％，搅拌均匀后保温30分钟，通入纯度为99.99体积％氩气去除熔体中的氢，氩气流量4升/分钟，通气时间8分钟。之后除去熔体表面浮渣，静置30分钟。
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