CN108179330A

CN108179330A - 一种中强高韧高成形性的压铸铝合金

Info

Publication number: CN108179330A
Application number: CN201810089631.3A
Authority: CN
Inventors: 黄正华; 宋东福; 农登; 戚文军; 王顺成; 康跃华; 杨莉
Original assignee: Guangdong Institute of Materials and Processing
Current assignee: Guangdong Institute of Materials and Processing
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2018-06-19

Abstract

一种中强高韧高成形性的压铸铝合金，由以下重量百分比的成分组成：Si 9.6～12.0%，Cu 1.5～3.5%，Fe 0.6～1.0%，Zn 0.1～1.0%，Mg 0.1～0.3%，Mn 0.1～0.5%和Y 0.3～1.2%，余量为Al。本发明的铝合金铸态室温抗拉强度和伸长率分别能够达到225MPa和3.5%，150℃时的抗拉强度和伸长率分别能够达到205MPa和4.0%，相同条件下对比ADC12合金，其室温抗拉强度和伸长率分别提高了20%和133%，150℃时的抗拉强度提高16%；铸态流动长度为1540mm，较ADC12合金提高20%；经固溶处理后的压铸试样室温抗拉强度和伸长率分别为295MPa和10.0%。本发明适用于轨道交通、汽车、运动器械、3C等行业。

Description

一种中强高韧高成形性的压铸铝合金

技术领域

本发明涉及一种铝合金，特别是涉及一种中强高韧高成形性的压铸铝合金。

背景技术

压铸铝合金具有较高的比强度和良好的抗腐蚀、导电导热、铸造等性能，广泛应用于汽车、电子通讯和航空航天等领域。特别是随着我国汽车工业的快速发展，对压铸铝合金汽车零部件等的力学性能要求越来越高。目前，世界各国压铸使用最多的是高Si含量的Al-Si-Cu系合金，如ADC12等。该类压铸铝合金铸造性能良好，且铸件强度较高、热膨胀系数小和耐腐蚀性能好，能用于制备汽车变速箱、发动机壳体、气阀等。然而，这类合金目前仍存在强度不足、塑性较差（室温伸长率仅为1～2%）、切削加工性能一般等问题，限制了其应用领域。

目前，国内外研究人员常通过添加稀土RE来改善高Si含量的Al-Si-Cu系合金的组织和提高性能。RE在铝合金铸造过程中可起到细化初晶Si和共晶Si、熔体净化等作用。同时，铝合金中大多数含Fe相的组织均较粗大，直接影响合金的机械性能，降低合金的流动性能，增加组织不均匀性。添加RE可改变Fe相的存在形态，提高其铸造性能。RE与铝合金中的多种元素形成许多含RE的金属间化合物，这些呈弥散分布的高熔点化合物具有很好的热稳定性，分布于晶界或枝晶间，在细化组织的同时能有效阻碍基体变形和晶界移动，并对位错移动起到很好的钉扎作用，从而明显提高合金的高温力学性能。

公开号为CN102146541A名称为“一种Al-Si-Cu-Mg-xLa稀土压铸铝合金的制备方法”的发明专利申请，公开了在Al-11.0Si-2.5Cu-0.2Mg合金中通过添加0.1～0.9%的稀土La后，明显细化、球化晶粒，改变第二相形态，大幅提高合金力学性能，压铸抗拉强度为266～286MPa，伸长率为3.0～4.0%。

公开号为CN102140602A名称为“一种Al-Si-Cu-Mg-xSm稀土压铸铝合金”的发明专利申请，公开了在Al-11.0Si-2.5Cu-0.2Mg合金中通过添加0.1～0.9%的稀土Sm后，同样能明显细化、球化晶粒，改变第二相形态，大幅提高合金力学性能。当Sm添加量为0.9%时，压铸抗拉强度和伸长率分别达到268MPa和3.72%，较未添加Sm的基础合金分别提高11.7%和272%。

虽然，上述两专利申请分别通过添加La和Sm能取得一定的效果，能改善Al-11.0Si-2.5Cu-0.2Mg合金的组织和提高其力学性能，但拉伸力学性能仍相对较低，有待进一步提高，特别是韧性仍不足，同时上述两专利的技术方案未考察合金的成形性能。而兼具中强、高韧和优良成形性能的压铸铝合金将有助于拓宽铝合金的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中高Si含量的Al-Si-Cu系合金的强度、韧性和成形性能不足，提供一种中强高韧高成形性的压铸铝合金。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的中强高韧高成形性的压铸铝合金，其特点是由以下重量百分比的成分组成：Si 9.6～12.0%，Cu 1.5～3.5%，Fe 0.6～1.0%，Zn 0.1～1.0%，Mg 0.1～0.3%，Mn 0.1～0.5%和Y 0.3～1.2%，余量为Al。

优选的，本发明所述的中强高韧高成形性的压铸铝合金，由以下重量百分比的成分组成：Si 10.5%，Cu 2.0%，Fe 0.9%，Zn 0.6%，Mg 0.2%，Mn 0.2%和Y 0.8%，余量为Al。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：

由于ADC12合金铸态组织是由α-Al基体、长针状或板条富Si相（包括初晶Si和共晶Si）、无规则Al₈SiFe₂相和少量小块状Al₂Cu相组成，其中长针状或板条富Si相是导致合金拉伸力学性能和流动性能不足的主要原因。为此，本发明通过添加0.3～1.2%Y后，铸态组织明显细化，同时长针状或板条富Si相几乎完全消失，Si相转变为呈短棒状或球状分布于枝晶间，并形成短杆状Al₃Y新相，从而提高其拉伸力学性能和流动性能，特别是呈现出高韧性。同时，经压铸和固溶处理后，合金组织中的第二相发生明显破碎和细化，很大部分已固溶于α-Al基体中，剩余部分呈球状分布，韧性明显改善。因此，本发明添加了Y的高Si含量的Al-Si-Cu系合金呈现中强、高韧和优良成形性能，可拓宽其在轨道交通、汽车、运动器械、3C等领域的应用。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明实施例2的铸态光学显微组织照片。

图2是对比例的铸态光学显微组织照片。

图3是本发明实施例2的压铸态光学显微组织照片。

图4是本发明实施例2的压铸试样经固溶处理后的光学显微组织照片。

具体实施方式

下面通过具体实施例和对比例对本发明技术方案作进一步的说明。

实施例1：

铝合金成分及重量百分比为：Si 9.6%，Cu 3.5%，Fe 0.6%，Zn 0.1%，Mg 0.1%，Mn 0.1%和Y 0.3%，余量为Al。

按上述成分配制合金，其熔铸方法为：在电阻炉的石墨坩埚中，待工业纯Al熔化后升温至720℃，依次将工业速溶Si、工业纯Zn、工业纯Mg和Al-50Cu、Al-20Fe、Al-40Mn、Al-28Y中间合金加入熔体中；接着在1h内搅拌熔体两次；然后加入精炼剂和除气剂搅拌后升温至750℃，静置20min；最后待熔体温度冷却至680℃，除渣后分别浇入预热温度为200℃的楔形和螺旋型金属型模具中，分别凝固成铸态力学性能试样和流动性能试样。

经测试，该实施例铝合金的铸态室温抗拉强度和伸长率分别为200 MPa和2.0%，150℃的抗拉强度和伸长率分别为189MPa和2.5%，铸态流动长度为1400mm；压铸试样经固溶处理后的室温抗拉强度和伸长率分别为275MPa和8.5%。

实施例2：

铝合金成分及重量百分比为：Si 10.5%，Cu 2.0%，Fe 0.9%，Zn 0.6%，Mg 0.2%，Mn 0.2%和Y 0.8%，余量为Al。

按上述成分配制合金，其熔铸方法为：在电阻炉的石墨坩埚中，待工业纯Al熔化后升温至720℃，依次将工业速溶Si、工业纯Zn、工业纯Mg和Al-50Cu、Al-20Fe、Al-40Mn、Al-28Y中间合金加入熔体中；接着在1h内搅拌熔体两次；然后加入精炼剂和除气剂搅拌后升温至750℃，静置20min；最后待熔体温度冷却至680℃，除渣后分别浇入预热温度为200℃的楔形和螺旋型金属型模具中，分别凝固成铸态力学性能试样和流动性能试样。以及，将铝合金熔体快速压入预热温度为250℃的压铸力学性能模具中，凝固成压铸态力学性能试样。接着在热处理炉中经520℃固溶8 h后水淬。

经测试，该实施例铝合金的铸态室温抗拉强度和伸长率分别为225MPa和3.5%，150℃的抗拉强度和伸长率分别为205MPa和4.0%，铸态流动长度为1540mm；压铸试样经固溶处理后的室温抗拉强度和伸长率分别为295MPa和10.0%。

实施例3：

铝合金成分及重量百分比为：Si 12.0%，Cu 1.5%，Fe 1.0%，Zn 1.0%，Mg 0.3%，Mn 0.5%和Y 1.2%，余量为Al。

经测试，该实施例铝合金的铸态室温抗拉强度和伸长率分别为215MPa和3.5%，150℃的抗拉强度和伸长率分别为205MPa和4.0%，铸态流动长度为1380mm；压铸试样经固溶处理后的室温抗拉强度和伸长率分别为280MPa和9.5%。

对比例：

ADC12合金，合金成分及重量百分比为：Si 10.5%，Cu 2.0%，Fe 0.9%， Zn 0.6%，Mg0.2%和Mn 0.2%，余量为Al。

按上述成分配制合金，其熔铸方法为：在电阻炉的石墨坩埚中，待工业纯Al熔化后升温至720℃，依次将工业速溶Si、工业纯Zn、工业纯Mg和Al-50Cu、Al-20Fe、Al-40Mn中间合金加入熔体中；接着在1h内搅拌熔体两次；然后加入精炼剂和除气剂搅拌后升温至750℃，静置20min；最后待熔体温度冷却至680℃，除渣后分别浇入预热温度为200℃的楔形和螺旋型金属型模具中，分别凝固成铸态力学性能试样和流动性能试样。

经测试，该对比例铝合金的铸态室温抗拉强度和伸长率分别为188MPa和1.5%，150℃的抗拉强度和伸长率分别为176MPa和4.0%，铸态流动长度为1285mm；压铸试样经固溶处理后的室温抗拉强度和伸长率分别为255MPa和5.0%。

本发明的实施例和对比例的流动性能和拉伸力学性能列于表1中。

表1 实施例和对比例的流动性能和拉伸力学性能

表1表明：相同条件下，与对比例的ADC12合金对比，实施例2的合金铸态室温抗拉强度和伸长率分别提高20%和133%，150℃时的抗拉强度提高16%，流动长度较ADC12合金提高20%。压铸试样经固溶处理后的室温抗拉强度和伸长率分别为295MPa和10.0%。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims

1.一种中强高韧高成形性的压铸铝合金，其特征在于由以下重量百分比的成分组成：Si 9.6～12.0%，Cu 1.5～3.5%，Fe 0.6～1.0%，Zn 0.1～1.0%，Mg 0.1～0.3%，Mn 0.1～0.5%和Y 0.3～1.2%，余量为Al。

2.根据权利要求1所述中强高韧高成形性的压铸铝合金，其特征在于由以下重量百分比的成分组成：Si 10.5%，Cu 2.0%，Fe 0.9%，Zn 0.6%，Mg 0.2%，Mn 0.2%和Y 0.8%，余量为Al。