CN108179330A - 一种中强高韧高成形性的压铸铝合金 - Google Patents
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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
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。
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 (2)
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。
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