CN106636787B - 一种高韧性压铸铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种高韧性压铸铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属材料领域,具体涉及一种高韧性压铸铝合金及其制备方法。所述高韧性压铸铝合金各组成成分为:Si:9wt%~10wt%;Cu:0.1wt%~0.3wt%;Mn:0.2wt%~0.3wt%;Ce:0.1wt%~0.3wt%,其余为铝和其它杂质元素,其它杂质元素含量小于0.005%。本发明解决了目前AD12铝合金远远满足不了汽车结构件对延伸率6%以上的要求。本发明的高韧性压铸铝合金,其强度和延伸率得到了明显提升,抗拉强度达到322.3MPa,延伸率9.7%,比现有AD12铝合金的抗拉强度250MPa提高了28.9%,延伸率提高了300%。本发明的高韧性压铸铝合金完全满足了汽车、通讯行业对结构件抗拉强度250MPa,延伸率6%的要求。

Description

一种高韧性压铸铝合金及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于金属材料领域,具体涉及一种高軔性压铸铝合金及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着汽车和通讯行业轻量化的发展,汽车轻量化新材料和新工艺是未来的需求。 轻量化新材料是轻量化的主要手段,安全性是轻量化的前提,人们在对传统的结构进行优 化设计的同时,也对铝合金材料的性能提出了更高的要求,不仅要求铝合金具有较高的强 度,而且要求具有良好的塑性,因此,研发一种高軔性压铸铝合金材料对于汽车、通讯行业 的轻量化发展是非常有必要的。
[0003] 在汽车和机械行业,随着轻量化的推进,“以铸带锻、以铝带钢”已经成为汽车、通 讯轻量化的一种趋势。汽车零配件中铝合金零配件的比例越来越高,压铸件是汽车零配件 常见的工艺,但由于压铸件不能热处理强化,且存在缩松和缩孔的问题,压铸件只能用于汽 车非结构件。目前、汽车上的结构件主要是高强钢、铸铁和锻造铝合金,结构件对材料强度 要求较高。高端汽车铝合金件比例明显高于普通车,原因是高档车铝合金零配件采用的是 高强度锻造铝合金,锻造铝合金强度高,优化设计后,铝合金零配件强度不低于钢件和铸铁 件,但是锻造铝合金成本高,加工工艺复杂,大规模推广难度较大。为了推进铝合金在汽车 零配件上的使用比例,亟需开发一种高軔性压铸铝合金,可以用铸造工艺达到锻造铝合金 的强度,减少成本。
[0004] 铝硅合金是铸造铝合金中品种最多,用途最广的一类合金,该类合金铸件占铝铸 件的85-90%左右。铝硅合金用的最多的是AD12合金,该合金由于具有较好的流动性,在汽 车、通信行业压铸件上得到了大量的使用。但是随着新能源汽车的兴起和汽车、通讯轻量化 的推进,很多钢件会逐步用铝合金代替,实现以铸代锻,以铝代钢。
[0005] 对于结构件,尤其是底盘和车身对强度和塑性代替高的结构件,对铸件的强度和 塑性有很高的要求,但是常规的AD12合金延伸率和强度满足不了要求,主要存在以下问题: 1)铸件强度不高;2)延伸率不高延伸率只有2.5,AD12目前的性能远远满足不了汽车结构件 对延伸率6%以上的要求,尤其是新能源汽车,对铸件强度要求更高。由于Al-Si合金具有良 好的流动性,可以压铸薄壁件和形状复杂的零件。国外合金比较成熟的是德国牌号的SF36 合金,但是该合金需要17处理后才能发挥较好的性能,对于大型复杂薄壁件压铸,17处理会 导致铸件变形,影响铸件尺寸给后续处理增加困难和成本。
[0006]因此,自主开发一种高强高韧铝合金体系是非常有必要的,本发明还是基于Al-Si 系为基础,主要创新点如下:严格控制Cu的含量,加入少量的Cu合金,达到一个好的固溶强 化效果,不需要后续热处理,保证Cu在固溶状态;降低Fe含量,因为Fe含量增加后会形成针 状的脆性相,影响合金塑性;为了改善合金的粘膜性,用Mn元素代替Fe元素,改善粘膜性;添 加少量的稀土元素Ce,进一步提高合金的塑性和耐腐蚀性。
发明内容
[0007] 、本发明的目的。 _
[0008] 本发明的一目的是提供一种高韧性压铸铝合金,Al-Si-Cu-Mn-Ce铝合金,该高韦刃 性压铸铝合金2(TC下铸件的屈服强度140.5_165Pa,抗拉强度310•8-322•3MPa,延伸率7•2-9•7%。该合金可用于汽车和通讯行业形状复杂且对强度要求较高的零部件上面,相对常规 铝合金,本发明合金有高韧性和铸造流动性好的优点,具有良好的应用前景。
[0009] 本发明的另一目的是提供一种高韧性压铸铝合金的制备方法。
[0010]、本发明所采用的技术方案。
[0011]实现本发明一目的所采用的技术方案为:一种高軔性压铸铝合金,所述高韧性压 铸错合金各组成成分为:Si : 9wt%〜10wt%; Cu: 0 • lwt%〜0 • 3wt%;Mn: 0 • 2wt%〜0 • 3wt%; Ce: 0 • lwt%〜0 • 3wt%,其余为招和其它杂质元素,其它杂质元素含量小于0 • 005%。
[0012]作为本发明的一优选技术方案:所述高韧性压铸铝合金各组成成分为:Si : 9wt%〜 10wt%; Cu: 0 • lwt%〜0.2wt%;Mn: 0.2wt%〜0.3wt%; Ce: 0. lwt%〜0.3wt%,其余为铝和其它杂 质元素,其它杂质元素含量小于0.005%。
[0013]作为本发明的一优选技术方案:所述高韧性压铸铝合金各组成成分为Si : 9wt%〜 10wt%; Cu: 0 • 2wt%〜0 • 3wt%;Mn: 0.2wt%〜0 • 3wt%; Ce: 0 • lwt%〜0 • 3wt%,其余为招和其它杂 质元素,其它杂质元素含量小于0.005%。
[0014]作为本发明的一优选技术方案:所述高韧性压铸铝合金各组成成分为:Si:10wt%; Cu:0. lwt%;Mn:0.2wt%;Ce:0. lwt%,其余为招和其它杂质元素,其它杂质元素含量小于 0.005%〇
[0015]作为本发明的一优选技术方案:所述高韧性压铸铝合金各组成成分为:Si : 10wt%; Cu: 0 • 2wt%; Mn: 0 • 2wt%; Ce : 0 • lwt%,其余为铝和其它杂质元素,其它杂质元素含量小于 0.005%〇
[0016]作为本发明的一优选技术方案:所述高軔性压铸铝合金各组成成分为:Si : 10wt%; Cu:0.3wt%;Mn:0_2wt%;Ce:0_lwt%,其余为铝和其它杂质元素,其它杂质元素含量小于 0.005%。
[0017]作为本发明的一优选技术方案:所述高韧性压铸铝合金各组成成分为:Si : 9wt%; Cu:0_2wt%;Mn:0_3wt%;Ce:0_3wt%,其余为铝和其它杂质元素,其它杂质元素含量小于 0.005%〇
[0018]实现本发明另一目的所采用的技术方案为:一种高韧性压铸铝合金的制备方法, 其包括制备步骤如下:
[0019] 1)备料和炉子清理:根据合金成分比例备料,料备完炉子需要清洗干净,合金元素 以纯合金和中间形式加入,Si元素以单质或则Al-Si中间合金形式加入,Cu元素是以Al-Cu 中间合金形式加入,Mn元素是以Al-Mn中间合金形式加入,ce元素以Al-Ce中间合金形式加 入;
[0020] 2)熔化铝锭:铝锭表面清洗干净后,将纯铝锭放入井式炉坩埚内进行加热熔炼,铝 液温度控制在690-700 °C之间;
[0021] 3)加入中间合金:待铝液温度达到700°C时,将烘干后的A1-Cu中间合金、A1—Si中 间合金、Al-Mn中间合金加入到铝液中,招液升温至745°C,将Al-Ce中间合金加入到铝液中, 保温20分钟,保证加入的中间合金全部熔化; ^
[0022] 4)精炼:铝液温度达到755 °C时,开始加入铝合金用精炼剂进行精炼,精炼过程中 用精炼勺上下搅拌5分钟至合金精炼充分,精炼降温至725°C保温、静置5分钟,使夹杂物充 分的上浮或者下沉,然后进行拔渣;
[0023] 5)变质:铝液温度740°C时进行变质处理,加入Al-5Ti-B和Al-Sr进行变质,搅拌充 分后静置10分钟,静置后拔渣,去除表面氧化皮和底部杂质;
[0024] 6)将精炼、变质后的铝液温度降至700°C准备浇注,采用金属型重力浇注工艺,浇 注模具在烘箱中升温至20(TC,用料勺将铝液加入到模具之中,模具冷却后,铸件取出;
[0025] 7)自然时效:铸件取出后常温下放置48h自然时效后检测力学性能。
[0026]、本发明的有益效果。
[0027] 1)本发明解决了目前AD12铝合金远远满足不了汽车结构件对延伸率6%以上的要 求。本发明的高韧性压铸铝合金,其强度和延伸率得到了明显提升,抗拉强度达到 322.3MPa,延伸率9 •7%,比现有AD12铝合金的抗拉强度250MPa提高了 28 • 9%,延伸率提高了 300%。本发明的高韧性压铸铝合金完全满足了汽车、通讯行业对结构件抗拉强度250MPa,延 伸率6%的要求。
[0028] 2)本发明针对现有的Al-Si合金,通过加入Mn、Cu、Ce微量元素,通过合理的固溶强 化和时效强化而达到一个良好的强化效应,在合金的制备过程中无需热处理强化就可以达 到较好的强度,解决了国外牌号SF36合金通过T7处理后才能达到一个比较好的性能的问 题。
[0029] 3)本发明合金的流动性良好,容易压铸,可以生产薄壁件。
[0030] 4)本发明选用Al-5Ti-B和Al-Sr进行复合细化变质处理,使得合金组织更加细小、 圆整,提高了合金的抗拉强度和延伸率。
具体实施方式
[0031]为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有 益效果,申请人将在下面以实施例的方式作详细说明,但是对实施例的描述均不是对本发 明方案的限制,任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应 视为本发明的技术方案范畴。
[0032] 实施案例1
[0033] 以25kg为例,根据Al-l〇Si-〇. lCu-0.2Mn-0. ICe配比为例,计算出中间合金的质 量,进行备料。
[0034] 1)准备原材料和炉子清理,炉子需要清洗干净,避免残留的合金影响合金的性能。 现根据合金成分比例备料,合金元素可以以纯合金和中间合金形式加入,Si元素以单质或 贝1JA1-Si中间合金加入,CU元素是以A1-CU中间合金加入,Mn元素是以Al-Mn中间合金加入, Ce元素以Al-Ce中间合金加入。
[0035] 2)熔化铝锭:铝锭表面清洗千净后,将纯铝锭放入井式炉坩埚内,加热坩埚进行熔 炼,铝液温度控制在690-700。(:之间。
[0036] 3)加入中间合金:待铝液温度达到700r时,将烘干后的Al-Cu中间合金、Al-Si中 间合金、Al-Mn中间合金加入到铝液中,错液升温至745X:,将Al-Ce中间合金加入到铝液中, 保温2〇分钟,保证加入的中间合金全部熔化。
[0037] 4)精炼:铝液温度达到755°C时,开始加入铝合金专用精炼剂进行精炼,精炼过程 中用精炼勺上下搅拌5分钟至合金精炼充分。精炼降温至725°C保温、静置5分钟,使夹杂物 充分的上浮或者下沉,然后进行拔渣。
[0038] 5)变质:铝液温度740°C时进行变质处理,加入Al-5Ti-B和Al-Sr进行变质,搅拌充 分后静置10分钟。静置后拔渣,去除表面氧化皮和底部杂质。
[0039] 6)将精炼、变质后的铝液温度降至70(TC准备浇注,采用金属型重力浇注工艺,浇 注模具在烘箱中升温至200°C,用料勺将铝液加入到模具之中,模具冷却后,铸件取出。
[0040] 7)自然时效:铸件取出后常温下放置48h自然时效后检测力学性能。
[0041] 该高强度铸造合金2〇°C下铸件的屈服强度161.3MPa,抗拉强度310.8MPa,延伸率 8.2%〇
[0042] 实施案例2
[0043] 以25kg为例,根据Al-10Si-0.2Cu-0.2Mn-0_lCe配比为例,计算出中间合金的质 量,进行备料。
[0044] 1)准备原材料和炉子清理,炉子需要清洗干净,避免残留的合金影响合金的性能。 现根据合金成分比例备料,合金元素可以以纯合金和中间合金形式加入,Si元素以单质或 贝!jAl_Si中间合金加入,Cu元素是以Al-Cu中间合金加入,Mn元素是以Al-Mn中间合金加入, Ce元素以Al-Ce中间合金加入。
[0045] 2)熔化铝锭:铝锭表面清洗干净后,将纯铝锭放入井式炉坩埚内,加热坩埚进行熔 炼,铝液温度控制在690-700°C之间。
[0046] 3)加入中间合金:待铝液温度达到700°C时,将烘干后的Al-Cu中间合金、A卜Si中 间合金、Al-Mn中间合金加入到铝液中,铝液升温至745°C,将Al-Ce中间合金加入到铝液中, 保温20分钟,保证加入的中间合金全部熔化。
[0047] 4)精炼:铝液温度达到755°C时,开始加入铝合金专用精炼剂进行精炼,精炼过程 中用精炼勺上下搅拌5分钟至合金精炼充分。精炼降温至725°C保温、静置5分钟,使夹杂物 充分的上浮或者下沉,然后进行拔渣。
[0048] 5)变质:铝液温度740°C时进行变质处理,加入Al-5Ti-B和Al-Sr进行变质,搅拌充 分后静置10分钟。静置后拔渣,去除表面氧化皮和底部杂质。
[0049] 6)将精炼、变质后的铝液温度降至700°C准备浇注,采用金属型重力浇注工艺,浇 注模具在烘箱中升温至20(TC,用料勺将铝液加入到模具之中,模具冷却后,铸件取出。
[0050] 7)自然时效:铸件取出后常温下放置48h自然时效后检测力学性能。
[0051]该比例下高强度铸造合金2(TC下铸件的屈服强度156.0MPa,抗拉强度315.2MPa, 延伸率8.5%。
[0052]实施案例3
[0053] 以25kg为例,根据Al-l〇Si-〇 • 3Cu-0.2Mn-0 • ICe配比为例,计算出中间合金的质 量,进行备料。
[0054] 1)准备原材料和炉子清理,炉子需要清洗干净,避免残留的合金影响合金的性能。 现根据合金成分比例备料,合金元素可以以纯合金和中间合金形式加入,Si元素以单质或 贝|JA1-Si中间合金加入,Cu元素是WA1-Cu中间合金加入,Mn元素是&A1-Mn中间合金加入, Ce元素以Al-Ce中间合金加入。
[0055] 2)熔化铝锭:铝锭表面清洗干净后,将纯铝锭放入井式炉坩埚内,加热坩埚进行熔 炼,铝液温度控制在690-70(TC之间。
[0056] 3)加入中间合金:待铝液温度达到700°C时,将烘干后的Al-Cu中间合金、Al-Si中 间合金、Al-Mn中间合金加入到铝液中,铝液升温至745°C,将Al-Ce中间合金一起加入到铝 液中,保温20分钟,保证加入的中间合金全部熔化。
[0057] 4)精炼:铝液温度达到755°C时,开始加入铝合金专用精炼剂进行精炼,精炼过程 中用精炼勺上下搅拌5分钟至合金精炼充分。精炼降温至725。(:保温、静置5分钟,使夹杂物 充分的上浮或者下沉,然后进行拔渣。
[0058] 5)变质:铝液温度740°C时进行变质处理,加入Al-5Ti-B和Al-Sr进行变质,搅拌充 分后静置10分钟。静置后拔渣,去除表面氧化皮和底部杂质。
[0059] 6)将精炼、变质后的铝液温度降至700°C准备浇注,采用金属型重力浇注工艺,浇 注模具在烘箱中升温至20(TC,用料勺将铝液加入到模具之中,模具冷却后,铸件取出。
[0060] 7)自然时效:铸件取出后常温下放置48h自然时效后检测力学性能。
[0061] 该比例下高强度铸造合金2〇°C下铸件的屈服强度140.5MPa,抗拉强度322.3MPa, 延伸率7.2%。
[0062] 实施案例4
[0063] 以25kg为例,根据Al_9Si_0 • 2Cu-0 • 3Mn-0 • 3Ce配比为例,计算出中间合金的质量, 进行备料。
[0064] 1)准备原材料和炉子清理,炉子需要清洗干净,避免残留的合金影响合金的性能。 现根据合金成分比例备料,合金元素以中间合金形式加入,Si元素以Al-Si中间合金加入, Cu元素是以Al-Cu中间合金加入,Mn元素是以Al-Mn中间合金加入,Ce元素以Al-Ce中间合金 加入。
[0065] 2)熔化铝锭:铝锭表面清洗干净后,将纯铝锭放入井式炉坩埚内,加热坩埚进行熔 炼,铝液温度控制在690-70CTC之间。
[0066] 3)加入中间合金:待铝液温度达到700 °C时,将烘干后的A1 -Cu中间合金、A1 -Si中 间合金、A卜Mn中间合金加入到铝液中,招液升温至745°C,将Al-Ce中间合金加入到铝液中, 保温20分钟,保证加入的中间合金全部熔化。
[0067] 4)精炼:铝液温度达到755°C时,开始加入铝合金专用精炼剂进行精炼,精炼过程 中用精炼勺上下搅拌5分钟至合金精炼充分。精炼降温至725°C保温、静置5分钟,使夹杂物 充分的上浮或者下沉,然后进行拔渣。
[0068] 5)变质:铝液温度740°C时进行变质处理,加入Al-5Ti-B和Al-Sr进行变质,搅拌充 分后静置10分钟。静置后拔渣,去除表面氧化皮和底部杂质。
[0069] 6)将精炼、变质后的铝液温度降至70(TC准备浇注,采用金属型重力浇注工艺,浇 注模具在烘箱中升温至20(TC,用料勺将铝液加入到模具之中,模具冷却后,铸件取出。
[0070] 7)自然时效:铸件取出后常温下放置48h自然时效后检测力学性能。
[0071] 该比例下高强度铸造合金20°C下铸件的屈服强度165MPa,抗拉强度310.0MPa,延 伸率9.7%。

Claims (7)

1.一种尚韧性压铸锅合金,其特征在于:所述高韧性压铸铝合金各组成成分为:Si: 9wt%〜10wt%; Cu: 0. lwt%〜0.3wt%;Mn: 0 • 2wt%〜0 • 3wt%; Ce: 0 • lwt%〜0 • 3wt%,其余为铝和 其它杂质元素,其它杂质元素含量小于0 • 005%;所述高韧性压铸铝合金由如下步骤制得: 1) 备料和炉子清理:根据合金成分比例备料,料备完炉子需要清洗干净,合金元素以纯 合金和中间合金形式加入,Si元素以单质或者Al-Si中间合金形式加入,Cu元素是以Al-Cu 中间合金形式加入,Mn元素是以Al-Mn中间合金形式加入,Ce元素以Al-Ce中间合金形式加 入; 2) 熔化铝锭:铝锭表面清洗干净后,将纯铝锭放入井式炉坩埚内进行加热熔炼,铝液温 度控制在690-700°C之间; 3) 加入中间合金:待铝液温度达到700°C时,将烘干后的Al-Cu中间合金、Al-Si中间合 金、Al-Mn中间合金加入到铝液中,错液升温至745°C,将Al-Ce中间合金加入到铝液中,保温 20分钟,保证加入的中间合金全部熔化; 4) 精炼:铝液温度达到755 °C时,开始加入铝合金专用精炼剂进行精炼,精炼过程中用 精炼勺上下搅拌5分钟至合金精炼充分,精炼降温至725°C保温、静置5分钟,使夹杂物充分 的上浮或者下沉,然后进行扒渣; 5) 变质:铝液温度740°C时进行变质处理,加入Al-5Ti-B和Al-Sr进行变质,搅拌充分后 静置10分钟,静置后扒渣,去除表面氧化皮和底部杂质; 6) 将精炼、变质后的铝液温度降至7〇〇°C准备浇注,采用金属型重力浇注工艺,浇注模 具在烘箱中升温至200°C,用料勺将铝液加入到模具之中,模具冷却后,铸件取出; 7) 自然时效:铸件取出后常温下放置48h自然时效后检测力学性能。
2. 根据权利要求1所述的高韧性压铸铝合金,其特征在于:所述高軔性压铸铝合金各组 成成分为:Si : 9wt%〜10wt%; Cu: 0 • lwt%〜0 • 2wt%;Mn: 0 • 2wt%〜〇 • 3wt%; Ce: 0 . lwt%〜 0.3wt%,其余为铝和其它杂质元素,其它杂质元素含量小于〇 • 〇〇5%。
3. 根据权利要求1所述的高韧性压铸铝合金,其特征在于:所述高靭性压铸铝合金各组 成成分为 Si: 9wt%〜10wt%; Cu: 0 • 2wt%〜0 • 3wt%; Mn: 0 • 2wt%〜0 • 3wt%; Ce: 0 • lwt%〜0.3wt%, 其余为铝和其它杂质元素,其它杂质元素含量小于〇 • 〇〇5%。 _
4. 根据权利要求1所述的高韧性压铸铝合金,其特征在于:所述高韧性压铸铝合金各组 成成分为:3丨:10^^%;(:11:0.1¥七%;111:0.2¥七%;〇6:0.1¥七%,其余为招和其它杂质兀素,其它杂 质元素含量小于0.005%。 _
5. 根据权利要求1所述的高韧性压铸铝合金,其特征在于:所述高韧性压铸错合金各组 成成分为:Si: 10wt%; Cu :0.2wt%;Mn:0.2wt%; Ce: 0 • lwt%,其余为铝和其它杂质元素,其它杂 质元素含量小于0.005%。 >
6. 根据权利要求1所述的高初性压铸铝合金,其特征在于:所述高軔^生压铸错合金各组 成成分为:31:1(^1%;〇1:0.3\^%;111:0.2\^%;〇6:0_1¥1%,其余为铝和其它杂质元素,其它杂 质元素含量小于0.005%。 >
7. 根据权利要求1所述的高軔性压铸铝合金,其特征在于:所述尚^性压铸错合金各组 成成分为:Si : 9wt%; Cu: 0 • 2wt%;Mn: 0 • 3wt%; Ce:0 • 3wt%,其余为铝和其它杂质元素,其它杂 质元素含量小于0.005%。
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