CN108977702B

CN108977702B - 一种铝合金及铝合金铸件制备方法

Info

Publication number: CN108977702B
Application number: CN201710395793.5A
Authority: CN
Inventors: 菅永喜; 张春萌; 郭强
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2037-05-31
Also published as: CN108977702A

Abstract

本发明涉及一种铝合金及铝合金铸件制备方法，以所述半固态压铸铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：10‑12重量%的Si、0.5‑2.0重量%的Cu、0.35‑0.8重量%的Mn、0.05‑0.15重量%的Ti、0.2‑1.0wt重量%的Mg、0.05‑0.5重量%的稀土元素、不可避免的杂质和余量的铝合金，所述铝合金由半固态压铸形成。本发明的铝合金具有良好的力学性能和铸造性能，其抗拉强度不低于400MPa，屈服强度不低于320MPa，延伸率不低于6%。本发明的铝合金的制备的方法采用半固态压铸铝合金进行半固态压铸，该方法可以成型出各种复杂零部件，提高了铸件的力学性能，同时减少了铸件缺陷，提高了成品率。

Description

一种铝合金及铝合金铸件制备方法

技术领域

本发明涉及合金领域，具体地，涉及一种铝合金及铝合金铸件的制备方法。

背景技术

压铸是一种液态成型方式，由于压射速度快，液体在模腔中容易形成紊流，将模腔中的空气卷入产品中；在液体碰到模具瞬间温差较大，表面的液体快速凝固，增加了芯部液体流动阻力，因此不能很好的融合进而形成冷隔，同时合金在熔炼、铸造过程中由于引入氧化物或一些其它杂质，最终也导致产品性能降低。

随着3C和汽车产品的迅猛发展，压铸铝合金得到快速应用，到20世纪80年代，美国68%的铝合金构件采用压铸技术生产，目前，工业使用的压铸铝合金主要有铝硅合金、铝镁合金、铝锌合金、铝硅铜合金以及铝硅镁合金。

普通压铸最常用的压铸合金是ADC12，其屈服强度约190MPa，抗拉强度约280MPa，延伸率2-3%，不能进行热处理强化。而变形铝合金（包括挤压、锻造、轧制等用铝合金）尽管力学性能高，且性能稳定，但由于工艺条件苛刻，装备要求高而不能成型复杂的零部件，无法实现汽车零部件的简约化、集成化发展需求。

发明内容

本公开的目的是提供一种铝合金及铝合金铸件的制备方法，该铝合金兼有高强度和高塑性，能够进行高压铸造，既能成型出各种复杂零部件，而且能够保证较高的力学性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种铝合金，以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：10-12重量%的Si、0.5-2.0重量%的Cu、0.35-0.8重量%的Mn、0.05-0.15重量%的Ti、0.05-0. 5重量%的稀土元素、不可避免的杂质和余量的铝合金，所述铝合金由半固态压铸形成。

本发明还提供一种铝合金铸件的制备方法，该方法包括：将铝合金原料进行配比熔炼后进行半固态压铸，得到铝合金铸件；所述铝合金原料使所得到的半固态压铸铝合金铸件的组成包括：

以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：10-12重量%的Si、0.5-2.0重量%的Cu、0.35-0.8重量%的Mn、0.05-0.15重量%的Ti、0.05-0. 5重量%的稀土元素、不可避免的杂质和余量的铝合金。

本发明的铝合金，通过控制合金元素的组成及含量，并结合特殊的半固态的成型工艺，消除产品在铸造过程中产品的缺陷，使其性能进一步提升，且增加稳定性，由于大大消除了铸造缺陷，所以可以进行热处理强化。通过添加金属元素钛与稀土元素，不仅可以细化晶粒，提高合金的强度与塑性，同时可以改善合金流动性，提高压铸铝合金的压铸性能。通过添加金属元素铜，与钛形成了Ti2Cu3相，分布晶界处，使合金拉伸时的晶界滑移受到有效抑制，从而提升合金强度。本发明的铝合金可以用半固态的方法成型出各种复杂零部件，提高了铸件的力学性能，同时减少了铸件缺陷，提高了成品率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本发明公开了一种铝合金，以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：10-12重量%的Si、0.5-2.0重量%的Cu、0.35-0.8重量%的Mn、0.05-0.15重量%的Ti、0.2-1.0重量%的Mg、0.05-0. 5重量%的稀土元素、不可避免的杂质和余量的铝合金，所述铝合金由半固态压铸形成。

根据本发明所提供的铝合金，通过调整优化合金元素组成和含量，加入稀土元素和钛元素，稀土元素和钛元素产生协同效果，在细化晶粒的同时，增加了熔体流动性，提高了铸造性能。

根据本发明的铝合金，组成成分在上述范围内时，可以在获得良好的铸造性能的同时，获得高机械性能。采用该配方得到的半固态压铸铝合金的抗拉强度不低于400MPa，屈服强度不低于320MPa，延伸率不低于6%。

本发明中，为了进一步提高所述铝合金的力学性能与铸造性能，优选地，以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：10.5-11.5重量%的Si、1.0-2.0重量%的Cu、0.5-0.65重量%的Mn、0.09-0.11重量%的Ti、0.5-0.7重量%的MG、0.25-0.35重量%的稀土元素、不可避免的杂质和余量的铝合金。

根据本发明所述的铝合金，所述稀土元素的种类没有特别的限制，可以为本领域技术人员所熟知的常规种类，可以为单一种类的稀土元素或混合稀土，为了降低原料成本，优选地，所述稀土元素包括La、Ce、Pr、Nd和Er中的至少一种。进一步优选地，可以采用纯La稀土元素。

根据本发明所提供的铝合金，所述铝合金的纯度是影响铝合金性能的重要因素之一，为了使本发明的铝合金性能优良，优选地，所述铝合金中不可避免的杂质元素的含量不超过0.8%，具体地，所述Fe的含量小于0.1重量%，Pb的含量小于0.05重量%，Sb的含量小于0.25重量%，Zn的含量小于0.25重量%，Cr的含量小于0.25重量%。

本发明中，在铝合金中添加金属元素钛，可以细化晶粒，提高合金的强度与塑性，改善合金流动性，提高铸造性能；同时，添加金属元素铜，可以与钛形成Ti₂Cu₃相，分布于晶界处，使合金拉伸时的晶界滑移受到有效抑制，从而提升合金强度。为了进一步提高上述两种元素对所述半固态压铸铝合金性能的提升效果，优选地，所述Ti和Cu的重量含量之可以比为1：（3-40），优选为1：（10-20）。

本发明还提供一种铝合金铸件的制备方法，将铝合金原料进行配比熔炼后进行半固态压铸，得到铝合金铸件；所述铝合金原料使所得到的半固态压铸铝合金铸件的组成包括：以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：10-12重量%的Si、0.5-2.0重量%的Cu、0.35-0.8重量%的Mn、0.05-0.15重量%的Ti、0.05-0. 5重量%的稀土元素、不可避免的杂质和余量的铝合金。

根据本发明所提供的制备方法，为了得到具有更高机械性能的铝合金铸件，在优选的情况下，以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：10.5-11.5重量%的Si、1.0-2.0重量%的Cu、0.5-0.65重量%的Mn、0.09-0.11重量%的Ti、0.2-1.0重量%的Mg、0.25-0.35重量%的稀土元素、不可避免的杂质和余量的铝合金。

根据本发明所提供的制备方法，所述熔融可以在熔炼炉内进行，向熔炼炉内加入的铝合金原料可以是单质也可以是金属合金，只要加入的铝合金原料熔炼后得到的铝合金中的组成成分在上述范围内即可。在优选的情况下，所述铝合金原料可以为单质铝或铝的合金、单质硅或含硅的合金、单质铜或铜的合金、单质锰或锰的合金、单质钛或钛的合金、以及稀土元素单质或含有稀土的合金。在更优选的情况下，上述铝合金原料为单质铝、Al-Si合金、Al-Ti合金、Al-Cu合金、Al-Mn合金和Al-Re中间合金。另外，为了避免引入杂质元素影响铝合金的性能，优选金属单质的纯度为99.9重量%以上，合金中合金元素的合计含量为99.9重量%以上。

根据本发明所提供的制备方法，通过将铝合金原料进行配比熔炼后进行半固态压铸得到所述半固态压铸铝合金铸件，所述熔炼和半固态压铸可以采用常规的方法和操作条件，本发明不作特殊的要求。

本发明所提供的方法，优选地，包括以下步骤：

S1、形成熔融物料：将铝合金原料熔融，得到熔融后的物料；形成熔融物料的具体方法为：

步骤1、备料：1）原材料：准备好配方量的纯铝锭（纯度≥99.9wt%）、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Re中间合金；

2）助熔剂：覆盖剂、精炼剂和变质剂，均可采用现有的用于铝合金制备的覆盖剂、精炼剂和变质剂，例如：覆盖剂SY-LF1、精炼剂六氯乙烷、变质剂K2ZrF6。

步骤2、干燥：将准备好的原料进行干燥处理，其中，纯铝锭在 100℃±10℃温度下烘干，而Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Re中间合金在150℃±10℃温度下烘干，烘干的作用是为了去除原料中的水分。

步骤3：首先将坩埚内壁涂覆上准备好的覆盖剂，然后预热至200-250℃，将称量好的铝锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Re中间合金锭放入坩埚中并加入覆盖剂加热熔化，待合金充分熔化后，搅拌均匀，整个熔化过程的时间控制在6-10h，且铝合金熔液的最终温度控制在700-730℃。

S2、形成半固态胶料：将步骤S1中得到的熔融物料进行超声波振动处理和机械搅拌处理，得到半固态胶料；所述超声波振动处理的条件包括：超声波频率为20KHZ-120KHZ，时间为0.1-5min，温度为680-700℃，超声波振动幅度为0.1-2mm ；所述机械搅拌处理的条件包括：机械搅拌转速为100-3000r/min ，机械搅拌时间为5-120秒。

S3、压铸成型：将步骤S2中得到的半固态胶料进行压铸得到铝合金铸件。所述压铸处理包括采用反重力压铸法将所述搅拌后的物料挤压到模具内，所述压铸处理的条件包括：压铸机吨位大于400吨，压铸压力为50-200MPa，压射速度为0.1-0.5m/s。

以下通过列举实施例，对本公开的铝合金及其制备方法进行进一步说明。但本公开并不限定于以下所列举的实施例。

实施例1

本实施例用于说明本发明的铝合金及半固态压铸铝合金铸件的制备方法。

所述铝合金的组成包括：以铝合金的总重量为基准，11重量%的Si、1.25重量%的Cu、0.55重量%的Mn、0.1重量%的Ti、0.6重量%的Mg、0.30重量%的La及余量的铝；

（1）将按照上述半固态压铸铝合金组成计量的铝锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Re中间合金锭放入涂覆有覆盖剂并预热至220℃的坩埚中并加入覆盖剂加热熔化，待合金充分熔化后，搅拌均匀，熔化过程的时间控制在8h，且铝合金熔液的最终温度为720℃；

（2）进行超声波振动处理和机械搅拌处理，得到半固态胶料；所述超声波振动处理的条件包括：超声波频率为280KHZ，时间为4min，温度为690℃，超声波振动幅度为1mm ；所述机械搅拌处理的条件包括：机械搅拌转速为1000r/min ，机械搅拌时间为100秒。

（3）压铸成型：将上述得到的半固态胶料进行压铸得到本实施例的铝合金铸件A1。所述压铸处理包括采用反重力压铸法将所述搅拌后的物料挤压到模具内，所述压铸处理的条件包括：压铸机吨位大于400吨，压铸压力为100MPa，压射速度为0.4m/s。

实施例2

本实施例用于说明本公开的半固态压铸铝合金及半固态压铸铝合金铸件的制备方法。

采用实施例1的方法，所不同的是，铝合金的组成包括：以铝合金的总重量为基准，12重量%的Si、0.5重量%的Cu、0.35重量%的Mn、0. 05重量%的Ti、0.2重量%的Mg、0.05重量%的稀土元素La以及余量的铝，得到本实施例的铝合金铸件A2。

实施例3

采用实施例1的方法，所不同的是，铝合金的组成包括：以铝合金的总重量为基准，10重量%的Si、2.0重量%的Cu、0.8重量%的Mn、0.15重量%的Ti、1.0重量%的Mg、0. 5重量%的稀土元素La以及余量的铝，得到本实施例的铝合金铸件A3。

实施例4

采用实施例1的方法，所不同的是，铝合金的组成包括：以铝合金的总重量为基准，11.5重量%的Si、1.5重量%的Cu、0.7重量%的Mn、0.10重量%的Ti、0.4重量份%的Mg、0.4重量%的稀土元素La以及余量的铝，得到本实施例的铝合金铸件A4。

实施例5

采用实施例1的方法，所不同的是，铝合金的组成包括：以铝合金的总重量为基准，10.5重量%的Si、1.0重量%的Cu、0.65重量%的Mn、0.09重量%的Ti、0.5重量%的Mg、0. 25重量%的稀土元素La以及余量的铝，得到本实施例的铝合金铸件A5。

实施例6

采用实施例1的方法，所不同的是，铝合金的组成包括：以铝合金的总重量为基准，10.5重量%的Si、1.0重量%的Cu、0.65重量%的Mn、0.11重量%的Ti、0.7重量%的Mg、0. 35重量%的稀土元素La以及余量的铝，得到本实施例的铝合金铸件A6。

对比例1

采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，不加入稀土元素，得到本对比例的铝合金铸件B1。

对比例2

采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，半固态压铸铝合金中稀土元素的含量为1重量%，得到本对比例的铝合金铸件B2。

对比例3

采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，铝合金中Si的含量为13重量%，得到本对比例的铝合金铸件B3。

对比例4

采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，铝合金中Si的含量为7重量%，得到本对比例的铝合金铸件B4。

对比例5

采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，铝合金中Cu的含量为3重量%，得到本对比例的铝合金铸件B5。

对比例6

采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，铝合金中Cu的含量为0.2重量%，得到本对比例的铝合金铸件B6。

对比例7

采用商用的ADC12铝合金锭为铸锭，使用常规的压铸将其压铸出样件，获得铝合金样件B7。压铸工艺为：用160吨位的力劲压铸机，给汤温度设定为690-700℃，模具温度为200℃，料筒温度为150℃，二速速度为1-2m/s。

对比例8

采用实施例1的方法，不同之处仅在于，采用商用的A356.2铝合金锭为铸锭，获得铝合金样件B8。

对比例9

采用实施例1的原料，不同之处仅在于，使用常规的压铸方法，获得铝合金样件B9。

测试例1

本测试实施例用于测定实施例1-6与对比例1-9中获得的铝合金铸件在室温下的力学性能。

参照《GB/T 228.1-2010 金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》测试的铝合金铸件的抗拉强度、屈服强度和延伸率，具体结果见表1。

表1

。

从实施例1-6与对比例1-9的结果对比可以看出，本发明的铝合金具有良好的力学性能和铸造性能，该铝合金抗拉强度不低于400MPa，屈服强度不低于320MPa，延伸率不低6%。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种铝合金，其特征在于，以所述铝合金的总重量为基准，所述合金由10-12重量％的Si、0.5-2.0重量％的Cu、0.55-0.8重量％的Mn、0.05-0.15重量％的Ti、0.6-1.0重量％的Mg、0.05-0.5重量％的稀土元素、不可避免的杂质和余量的铝组成，所述铝合金由半固态压铸形成，所述铝合金的抗拉强度不低于400MPa，屈服强度不低于320MPa，延伸率不低于6％。

2.根据权利要求1所述铝合金，其特征在于，以所述铝合金的总重量为基准，所述合金由10.5-11.5重量％的Si、1.0-2.0重量％的Cu、0.55-0.65重量％的Mn、0.09-0.11重量％的Ti、0.6-0.7重量％的Mg、0.25-0.35重量％的稀土元素、不可避免的杂质和余量的铝组成。

3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述稀土元素包括La、Ce、Pr、Nd、Er中的至少一种。

4.一种铝合金铸件的制备方法，其特征在于，该方法包括：将铝合金原料进行配比熔炼后进行半固态压铸，得到铝合金铸件；所述铝合金原料使所得到的半固态压铸铝合金铸件的组成包括：以所述铝合金的总重量为基准，所述合金元素由10-12重量％的Si、0.5-2.0重量％的Cu、0.55-0.8重量％的Mn、0.05-0.15重量％的Ti、0.6-1.0重量％的Mg、0.05-0.5重量％的稀土元素、不可避免的杂质和余量的铝组成。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、形成熔融物料：将铝合金原料熔融，得到熔融后的物料；

S2、形成半固态胶料：将步骤S1中得到的熔融物料进行超声波振动处理和机械搅拌处理，得到半固态胶料；

S3、压铸成型：将步骤S2中得到的半固态胶料进行压铸得到铝合金铸件。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤S1中的所述熔融处理的条件包括：温度为700-730℃，时间为6-10h。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤S2中的所述超声波振动处理的条件包括：超声波频率为20KHZ-120KHZ，时间为0.1-5min，温度为680-700℃，超声波振动幅度为0.1-2mm；所述机械搅拌处理的条件包括：机械搅拌转速为100-3000r/min，机械搅拌时间为5-120秒。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤S3中的所述压铸处理包括采用反重力压铸法将所述搅拌后的物料挤压到模具内，所述压铸处理的条件包括：压铸机吨位大于400吨，压铸压力为50-200MPa，压射速度为0.1-0.5m/s。