CN106566960A

CN106566960A - 一种AlSi9铝合金材料及其制备方法、应用

Info

Publication number: CN106566960A
Application number: CN201610127495.3A
Authority: CN
Inventors: 张东
Original assignee: Shanghai Jintuo Metal Products Co Ltd
Current assignee: Shanghai Jintuo Metal Products Co Ltd
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-04-19

Abstract

本发明公开了一种AlSi9铝合金材料及其制备方法、应用。其包括下述组分：Si含量为10～11％，Cu含量为≤0.1％，Mg含量为0.3～0.45％，Zn含量为≤0.1％，Fe含量为0.25～0.45％，Mn含量为0.3～0.5％，Ni含量为≤0.05％，Sn含量为≤0.05％，Ti含量为0.15～0.25％和余量为Al，百分比均为相对于材料的质量百分比。该材料屈服强度为190MPa以上，延伸率为8％以上，抗拉强度为300MPa以上，综合性能好，生产成本低，仅需普通的高压压铸工艺即可广泛应用于汽车减震零件制备过程中，简化流程，工作效率高，降低了成本。

Description

一种AlSi9铝合金材料及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及一种AlSi9铝合金材料及其制备方法、应用。

背景技术

随着汽车轻量化的要求，对汽车零部件所使用材料的要求也越来越高。减震系统是汽车的重要组成部分，因在汽车行驶过程中可减少颠簸，并能够保护其它零部件免受损害，故该些作用也就决定了对减震系统中子零件材料性能有着较高的要求。

现有的减振零件多用铝合金替代，但是由于减震器对屈服强度、延伸率性能要求苛刻，所以零件制备(制造)工艺多采用锻造，浇铸+T6热处理或压铸+T6热处理(T6热处理是“固溶处理+人工时效”的过程)结合的方式。然而锻造、浇铸工艺生产效率低，且制得的零件价格昂贵；压铸+T6热处理组合的方式制得的零件不良率高，且零件结构因需要进行T6热处理受限制。而且现有技术制得的减震零件延伸率、屈服强度均较低。现有的用于制备减震零件的AlSi9Cu3Fe铝合金材料的机械性能如下：抗拉强度≥240MPa，屈服强度≥140MPa，延伸率≥1％。由此可知，其拉伸强度、屈服强度和延伸率均较低。该现象亟待解决。

发明内容

本发明实际要解决的技术问题是克服了现有的铝合金材料制得的减震零件屈服强度低、延伸率低，以及采用锻造或浇铸工艺生产效率低、制得的零件价格昂贵，或者是采用压铸+T6热处理组合的方式制得的零件不良率高，且零件结构因需要进行T6热处理受限制的缺陷，提供了一种AlSi9铝合金材料及其制备方法、应用。本发明的AlSi9铝合金材料屈服强度高达190MPa以上，延伸率高达8％以上，抗拉强度高达300MPa以上，综合性能较好，生产成本较低，能广泛应用于汽车减震零件制备过程中。采用本发明的AlSi9新型铝合金材料制备减震零部件时，无需采用现有的锻造工艺、超低速压铸、或浇铸和T6热处理结合的工艺，仅需普通的高压压铸(HPDC)工艺即可，简化了流程，提高了工作效率，降低了成本。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种AlSi9铝合金材料，其包括下述组分：Si的含量为10～11％，Cu的含量为≤0.1％，Mg的含量为0.3～0.45％，Zn的含量为≤0.1％，Fe的含量为0.25～0.45％，Mn的含量为0.3～0.5％，Ni的含量为≤0.05％，Sn的含量为≤0.05％，Ti的含量为0.15～0.25％和余量为Al，上述百分比均为各组分相对于所述AlSi9铝合金材料的质量百分比。

根据本领域常识，上述所有含量均是指的相对应的元素的含量。

本发明中，根据本领域常识，所述AlSi9铝合金材料可能还包含杂质。所述杂质为本领域常规的杂质。所述杂质的含量一般≤0.1％。

本发明中，Cu的含量、Zn的含量、Ni的含量或Sn的含量可能取值为零。

本发明中，所述的AlSi9铝合金材料较佳地由下述组分组成：Si的含量为10～11％，Cu的含量为≤0.1％，Mg的含量为0.3～0.45％，Zn的含量为≤0.1％，Fe的含量为0.25～0.45％，Mn的含量为0.3～0.5％，Ni的含量为≤0.05％，Sn的含量为≤0.05％，Ti的含量为0.15～0.25％，杂质的含量≤0.1％和余量为Al。

本发明中，Si的含量较佳地为10.54～10.65％。Cu的含量较佳地为0.073～0.079％。Mg的含量较佳地为0.383～0.422％。Zn的含量较佳地为0.043～0.056％。Fe的含量较佳地为0.263～0.396％。Mn的含量较佳地为0.368～0.429％。Ni的含量较佳地为0.0013～0.0045％。Sn的含量较佳地为0.0010～0.0021％。Ti的含量较佳地为0.178～0.211％，上述百分比均为各组分相对于所述AlSi9铝合金材料的质量百分比。

本发明还提供了一种AlSi9铝合金材料的制备方法，根据如前所述的AlSi9铝合金材料的组分选择原料，所述制备方法按照常规铝合金材料的制备工艺进行。

本发明还提供了一种AlSi9铝合金材料的制备方法，其包括下述步骤：将除精炼剂外的原料配料至所述AlSi9铝合金材料的各组分范围内，再熔炼，在惰性气氛条件下精炼，浇铸即可；

其中，所述精炼的过程中加入精炼剂。

本发明中，所述原料可根据所述AlSi9铝合金材料的组成进行本领域常规的选择，较佳地包括结晶硅、金属铜、金属铁、金属铝和锰剂。所述结晶硅中，硅含量的含量较佳地为≥98wt％。所述金属铜中，铜元素的含量较佳地为≥95wt％。所述金属铁中，铁元素的含量较佳地为≥95wt％。所述金属铝较佳地包括纯铝、生铝和熟铝。所述纯铝中，铁元素含量较佳地为≤0.1wt％。所述熟铝中，铁元素含量较佳地为≤1.0wt％，铅元素含量较佳地为≤0.2wt％。所述生铝中，铁元素含量较佳地为≤1.5wt％，铅元素含量较佳地为≤0.2wt％。所述锰剂为本领域常规使用的锰剂，一般锰含量75wt％左右。所述锰剂的用量为本领域常规用量。

本发明中，所述精炼剂的具体种类一般通过考虑其熔点、熔盐组成、精炼效果、铝渣烧损效果等因素进行选择，只要达到增加铝液表面张力，清除铝液内部夹渣物的目的即可，一般为氟化物或氯化物等盐类，含水量≤0.1wt％。

本发明中，所述原料在进行配料前，较佳地先进行筛选和清洗的操作。所述筛选的目的是去除原料中的细灰。所述清洗的目的是使原料清洗干净。所述分筛的目的是使锌含量≤0.1wt％。

本发明中，所述熔炼的方法和条件可为本领域常规的方法和条件。所述熔炼的过程中，熔化炉的初始温度较佳地为720～750℃。所述熔炼的过程中，加料量较佳地为500～1500KG，加料时间较佳地为20～80min，加料后搅拌时间较佳地为20～60min。所述熔炼的过程中，扒铁的温度较佳地为630～680℃。所述扒铁的操作为熔炼过程中常规操作，一般是指将炉内的沉底的游离铁从铝汤中捞出(铝废料中含有镶铁件，在金属铝熔化后会分离沉底)。所述熔炼的过程中，焖硅的温度较佳地为780～820℃。“焖硅”属于铝合金熔炼行业的术语，所述焖硅的操作为熔炼过程中常规操作，一般是指将结晶硅投入铝汤中扩散熔解(因结晶硅熔点高无法直接熔解)，成为铝硅二元合金。

本发明中，所述熔炼的操作之后，根据本领域常规，可取样进行检测。若各组分不在所述AlSi9铝合金材料的各组分范围内，可视情况通过增加原料或铝水稀释等方法进行元素的增减。

本发明中，所述精炼的方法和条件可为本领域常规的方法和条件。因铝汤是使用废铝熔化而成的，铝汤本身的粘性和对氢气的溶解度造成铝液内有夹渣物和氢气溶入，故必须要经过精炼。精炼主要目的是除渣除气，净化铝液。所述精炼的温度较佳地为700～740℃。所述精炼较佳地包括一次精炼和二次精炼。所述一次精炼较佳地按下述步骤进行：在精炼罐中，用0.3wt％精炼剂与惰性气氛吹入炉内，精炼15～20min。所述二次精炼较佳地按下述步骤进行：在精炼罩内，采用0.3wt％精炼剂拖拉除气2次，精炼15～20min。

本发明中，所述惰性气氛可通过本领域常规的技术手段来实现，例如可将惰性气体通入原料，以排出其中的空气。所述惰性气体是指不会与原料发生反应的气体，不仅限于常规所指的稀有气体，例如可以是氮气。所述稀有气体较佳地为氩气，更佳地为纯度≥99.99％的氩气。

本发明中，所述精炼的操作之后，根据本领域常规，可取样进行检测。若各组分不在所述AlSi9铝合金材料的各组分范围内，可视情况通过增加原料或铝水稀释等方法进行元素的增减。若精炼后的产品针孔度气泡≥3个，根据本领域常识，需再次精炼直至使针孔度符合要求。

本发明中，所述精炼的操作之后，所述浇铸的操作之前，较佳地先进行静置。所述静置的时间较佳地为10min以上。

本发明中，所述浇铸的方法和条件可为本领域常规的方法和条件。所述浇铸的温度较佳地为680～720℃。

本发明还提供了一种所述AlSi9铝合金材料在制备减震零件中的应用。

本发明中，所述制备减震零件的方法可采用本领域常规高压压铸(HPDC)工艺，该工艺简化了流程，降低了成本。

根据本领域常识，所述的AlSi9铝合金材料可广泛用于制备汽车行业的减震零部件。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的AlSi9铝合金材料外观光洁，无夹杂，无毛刺；屈服强度高达190MPa以上，延伸率高达8％以上，抗拉强度高达300MPa以上，综合性能较好，生产成本较低，能广泛应用于汽车减震零件制备过程中。

采用本发明的AlSi9新型铝合金材料制备减震零部件时，无需采用现有的锻造工艺、超低速压铸、或浇铸和T6热处理结合的工艺，仅需普通的高压压铸(HPDC)工艺即可，简化了流程，提高了工作效率，降低了成本。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

若无特殊标注，下述实施例中的百分比均为各组分相对于AlSi9铝合金材料总量的质量百分比。

实施例1

AlSi9铝合金材料的制备方法：

(1)将结晶硅、铜、铁、铝先进行筛选、清洗，按照表1的目标成分进行配料，再加入锰剂，得混合物；

其中，结晶硅中，硅元素的含量为≥98wt％。铜中，铜元素的含量为≥95wt％；铁中，铁元素的含量为≥95wt％。铝包括纯铝、生铝和熟铝，纯铝中，铁元素含量为≤0.1wt％；熟铝中，铁元素含量为≤1.0wt％，铅元素含量为≤0.2wt％；生铝中，铁元素含量为≤1.5wt％，铅元素含量为≤0.2wt％。

其中，筛选的目的是去除原料中的细灰；清洗的目的是使原料清洗干净；分筛的目的是使锌含量≤0.1wt％；

锰剂中，锰含量75wt％左右。

(2)将混合物再熔炼，在惰性气氛条件下下(纯度≥99.99％的氩气)精炼，静置10min以上，在680℃浇铸，修面达到表面无氧化皮即可。

熔炼的过程中，熔化炉的温度为≤750℃；加料控制条件为：频率500KG/次，80min/次，1次/20min搅拌均匀；扒铁的温度为630℃；焖硅的温度为780℃；

熔炼的操作之后，根据本领域常规，可取样进行检测。若各组分不在AlSi9铝合金材料的各组分范围内，可视情况相应的增加原料；

精炼的过程中加入精炼剂(含水量≤0.1wt％)；精炼温度为700℃；精炼包括一次精炼和二次精炼：一次精炼按下述步骤进行：在精炼罐中，用0.3wt％精炼剂与惰性气氛吹入炉内，精炼15min；二次精炼按下述步骤进行：在精炼罩内，采用0.3wt％精炼剂拖拉除气2次，精炼20min；

精炼的操作之后，根据本领域常规，可取样进行检测。若各组分不在AlSi9铝合金材料的各组分范围内，可视情况相应的增加原料。若精炼后的产品针孔度气泡≥3个，根据本领域常识，需再次精炼直至使针孔度符合要求。

将实施例1制得的AlSi9铝合金材料进行组分分析，其测试结果如表1所示。其中，材质分析仪器为德国直读光谱分析仪，品牌Spectro。

表1

实施例2

AlSi9铝合金材料的制备方法：

(1)将结晶硅、铜、铁、铝先进行筛选、清洗，按照表2的目标成分进行配料，再加入锰剂，得混合物；

锰剂中，锰含量75wt％左右。

(2)将混合物再熔炼，在惰性气氛条件下(纯度≥99.99％的氩气)精炼，静置10min以上，在720℃浇铸，修面达到表面无氧化皮即可。

熔炼的过程中，熔化炉的温度为≤750℃；加料控制条件为：频率1500KG/次，20min/次，1次/60min搅拌均匀；扒铁的温度为680℃；焖硅的温度为820℃；

精炼的过程中加入精炼剂(含水量≤0.1wt％)；精炼温度为740℃；精炼包括一次精炼和二次精炼：一次精炼按下述步骤进行：在精炼罐中，用0.3wt％精炼剂与惰性气氛吹入炉内，精炼20min；二次精炼按下述步骤进行：在精炼罩内，采用0.3wt％精炼剂拖拉除气2次，精炼15min；

将实施例2制得的AlSi9铝合金材料进行组分分析，其测试结果如表2所示。其中，材质分析仪器为德国直读光谱分析仪，品牌Spectro。

表2

实施例3

实施例3除按照表3的目标成分进行配料外，其它制备方法同实施例1。

将实施例3制得的AlSi9铝合金材料进行组分分析，其测试结果如表3所示。其中，材质分析仪器为德国直读光谱分析仪，品牌Spectro。

表3

实施例4

实施例4除按照表4的目标成分进行配料外，其它制备方法同实施例1。

将实施例4制得的AlSi9铝合金材料进行组分分析，其测试结果如表4所示。其中，材质分析仪器为德国直读光谱分析仪，品牌Spectro。

表4

对比例1

对比例1除按照表5的目标成分进行配料外，其它制备方法同实施例1。

将对比例1制得的铝合金材料进行组分分析，其测试结果如表5所示。其中，材质分析仪器为德国直读光谱分析仪，品牌Spectro。

表5

对比例2

对比例2除按照表6的目标成分进行配料外，其它制备方法同实施例1。

将对比例2制得的铝合金材料进行组分分析，其测试结果如表6所示。其中，材质分析仪器为德国直读光谱分析仪，品牌Spectro。

表6

对比例3

对比例3除按照表7的目标成分进行配料外，其它制备方法同实施例1。

将对比例3制得的铝合金材料进行组分分析，其测试结果如表7所示。其中，材质分析仪器为德国直读光谱分析仪，品牌Spectro。

表7

对比例4

对比例4除按照表8的目标成分进行配料外，其它制备方法同实施例1。

将对比例4制得的铝合金材料进行组分分析，其测试结果如表8所示。其中，材质分析仪器为德国直读光谱分析仪，品牌Spectro。

表8

效果实施例1

将将实施例1～2、对比例1～4制得的铝合金材料进行性能测试，其测试结果如表9所示。其中，机械性能测试仪器为电子万能拉力试验机，型号WDW-100。各性能的测试标准为GB/T 228-2010。

表9

Claims

1.一种AlSi9铝合金材料，其特征在于，其包括下述组分：Si的含量为10～11％，Cu的含量为≤0.1％，Mg的含量为0.3～0.45％，Zn的含量为≤0.1％，Fe的含量为0.25～0.45％，Mn的含量为0.3～0.5％，Ni的含量为≤0.05％，Sn的含量为≤0.05％，Ti的含量为0.15～0.25％和余量为Al，上述百分比均为各组分相对于所述AlSi9铝合金材料的质量百分比。

2.如权利要求1所述的AlSi9铝合金材料，其特征在于，其由下述组分组成：Si的含量为10～11％，Cu的含量为≤0.1％，Mg的含量为0.3～0.45％，Zn的含量为≤0.1％，Fe的含量为0.25～0.45％，Mn的含量为0.3～0.5％，Ni的含量为≤0.05％，Sn的含量为≤0.05％，Ti的含量为0.15～0.25％，杂质的含量≤0.1％和所述余量为Al。

3.如权利要求1或2所述的AlSi9铝合金材料，其特征在于，Si的含量为10.54～10.65％；

和/或，Cu的含量为0.073～0.079％；

和/或，Mg的含量为0.383～0.422％；

和/或，Zn的含量为0.043～0.056％；

和/或，Fe的含量为0.263～0.396％；

和/或，Mn的含量为0.368～0.429％；

和/或，Ni的含量为0.0013～0.0045％；

和/或，Sn的含量为0.0010～0.0021％；

和/或，Ti的含量为0.178～0.211％；

上述百分比均为各组分相对于所述AlSi9铝合金材料的质量百分比。

4.一种AlSi9铝合金材料的制备方法，其特征在于，根据如权利要求1～3任一项所述的AlSi9铝合金材料的组分选择原料，所述制备方法按照常规铝合金材料的制备工艺进行。

5.一种如权利要求1～3任一项所述的AlSi9铝合金材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将除精炼剂外的原料配料至所述AlSi9铝合金材料的各组分范围内，再熔炼，在惰性气氛条件下精炼，浇铸即可；

其中，所述精炼的过程中加入精炼剂。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述原料包括结晶硅、金属铜、金属铁、金属铝和锰剂；

其中，所述结晶硅中，硅含量的含量较佳地为≥98wt％；所述金属铜中，铜元素的含量较佳地为≥95wt％；所述金属铁中，铁元素的含量较佳地为≥95wt％；

其中，所述金属铝较佳地包括纯铝、生铝和熟铝；所述纯铝中，铁元素含量较佳地为≤0.1wt％；所述熟铝中，铁元素含量较佳地为≤1.0wt％，铅元素含量较佳地为≤0.2wt％；所述生铝中，铁元素含量较佳地为≤1.5wt％，铅元素含量较佳地为≤0.2wt％；

和/或，所述原料在进行配料前，先进行筛选和清洗的操作。

7.如权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的过程中，熔化炉的初始温度为720～750℃；

和/或，所述熔炼的过程中，加料量为500～1500KG，加料时间为20～80min，加料后搅拌时间为20～60min；

和/或，所述熔炼的过程中，扒铁的温度为630～680℃；

和/或，所述熔炼的过程中，焖硅的温度为780～820℃。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述精炼的温度为700～740℃；

和/或，所述精炼包括一次精炼和二次精炼；所述一次精炼较佳地按下述步骤进行：在精炼罐中，用0.3wt％精炼剂与惰性气氛吹入炉内，精炼15～20min；所述二次精炼较佳地按下述步骤进行：在精炼罩内，采用0.3wt％精炼剂拖拉除气2次，精炼15～20min。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氩气，较佳地为纯度≥99.99％的氩气；

和/或，所述精炼的操作之后，所述浇铸的操作之前，先进行静置；所述静置的时间较佳地为10min以上；

和/或，所述浇铸的温度为680～720℃。

10.一种如权利要求1～3任一项所述的AlSi9铝合金材料在制备减震零件中的应用。