CN109943754A - 一种铸造铝合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种铸造铝合金的制备方法,其中包括步骤:压力铸造包括8.5‑12.5重量%的硅、最多0.15重量%的铁,0.25‑0.65重量%的镁,最多0.5重量%的铜,最多0.80重量%的锰,最多0.25重量%的锌,最多0.25重量%的铬,最多0.03重量%的钛,0.01‑0.06重量%的锶,0.01‑0.15重量%的硼,最多为0.5重量%的杂质,其余为铝的铝合金;和在所述铝合金处于铸态时,经过人工时效过程处理,其中借助所述铸造铝合金的制备方法制造的所述铸造铝合金具有在铸态条件下>135MPa的拉伸屈服极限Rp0.2,和同时>8%的断裂延伸率A,或在人工时效(T5)热处理后>180MPa的拉伸屈服极限Rp0.2,和同时>8%的断裂延伸率A,或在固溶+人工时效(T6)热处理后>280MPa的拉伸屈服极限Rp0.2,和同时>10%的断裂延伸率A。

Description

一种铸造铝合金的制备方法
技术领域
本发明涉及合金制备领域,尤其涉及一种铸造铝合金的制备方法。
背景技术
铸造成型技术是金属材料零部件最为常用的成型方法之一,广泛的应用于航空航天,汽车,能源,消费电子等行业。铸造铝合金部件是最为常见的铸件类型,具有轻量化,结构复杂,易回收等优点。
随着各行业如汽车行业发展的需要,由铸造铝合金制成的汽车零部件要求具有高应力、高塑性。在压力铸造成型工艺生产的铝合金部件中,特别是形状复杂,壁厚不均匀的部件中,铝合金材料的流动性和凝固特性对产品的性能,价格等影响特别大。特别是汽车零部件往往都具有集成度高,应力集中,碰撞安全要求苛刻等特点。如今,随着轻量化等需求的日益提升,压力铸造成型薄壁复杂结构件对材料的强度和塑性的要求提高到了一个更高的水平。为了满足高强度高塑性的铸造铝合金材料方面要求,以及流动性和凝固特性等工艺方面的要求,需要对铸造铝合金材料进行重新设计,特别是真空压力铸造技术大规模应用以后,可以对薄壁压力铸件进行热处理,因此,可以从材料设计和热处理工艺优化结合,大幅度提到铸件产品的强度和耐疲劳性能。
目前,为了实现高强度和高塑性部件的要求,特别是具有良好铸造流动性和延展性,最为常用的AlSi10MnMg类型的铸造部件,铸态性能大约在120MPa左右的拉伸屈服极限强度Rp0.2和4%-5%的断裂伸长率A。这类部件大都需要进行热处理,例如按照高温固溶+淬火+人工时效(T6)或者高温固溶+淬火+稳定化过时效(T7)。通过T6热处理,AlSi10MnMg的性能可达到大于190MPa左右的拉伸屈服极限强度Rp0.2和至少7%的断裂伸长率A。T6态的强度提升主要来自于Mg2Si的沉淀析出相强化机理,此外,高温固溶过程中(450℃-510℃),铸态组织中的层片状共晶硅发生了明显的球化现象,对塑性的提升非常明显。因此,通过T6热处理可大幅提高铝合金部件的强度和塑性。但是这种铸造上方法只适于硅含量较低(最多5重量%的硅)的铝合金铸造部件,如果铝合金中硅的含量超过5重量%,并采用这种方式制备铝合金,则反而使得铝合金的性能降低,使得形成的铝合金的晶粒粗大,进而影响铝合金的稳定性和强度。
此外,目前压力铸造工艺过程中,由于部件的不同部位冷却条件不一致,特别是靠近浇注系统和原理浇注系统的模具温度和熔体问题都不一致,导致铸件不同部位的性能差异很大。此外,由于压力铸造工艺过程都有分为浇注过程和模具型腔的填充过程,在浇注过程中,金属液会与料筒(shot-sleeve)接触形成粗大的初生铝相,这些初生铝相在压力的作用下进入模具型腔,导致铸件凝固过后内部组织的不均匀性,极大的影响了铸件性能的稳定性。例如,K.Hoch等人,“Silafont-36,the new low-iron high-pressure die-castingalloy”,light metals,1995,第1011-1018页中提到的AlSi10MnMg合金,在1012页的图2(a)中,可明显的发现具有粗大的枝晶状组织与细小的晶粒混合存在的特征。
此外,除了对高强度和高塑性的要求之外,压力铸造工艺生产的部件还需要具有良好的耐腐蚀性能和可焊接性能和疲劳性能,另外,压力铸造铝合金产品还需要具有良好的尺寸稳定性,以保证热处理之后具有可装配性能。
尽管公开号为CN104471090B的专利中公开了一种铝合金,另外,这种铝合金的金相组织有明显的枝晶组织,从而限制了这种铝合金的强度和和延展性,如图1所示。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一种铸造铝合金的制备方法,其中通过所述铸造铝合金的制备方法制造的所述铸造铝合金具有高强度和韧性的同时,也具有组织均匀性,尤其具有成分可控的均匀微观组织,以供生产出高应力和耐疲劳的高品质轻量化薄壁部件。
本发明的一个优势在于提供一种铸造铝合金的制备方法,其中通过所述铸造铝合金的制备方法制造的所述铸造铝合金具有在铸态条件下>135MPa的拉伸屈服极限Rp0.2,和同时>8%的断裂延伸率A,或在人工时效(T5)热处理后>180MPa的拉伸屈服极限Rp0.2,和同时>8%的断裂延伸率A,或在固溶+人工时效(T6)热处理后>280MPa的拉伸屈服极限Rp0.2,和同时>10%的断裂延伸率A。
本发明的一个优势在于提供一种铸造铝合金的制备方法,其中通过所述铸造铝合金的制备方法制造的所述铸造铝合金具有成分可控的微观组织,进而能够确保良好的可铸性和磨具填充性以及良好的凝固性。
本发明的一个优势在于提供一种铸造铝合金的制备方法,其中通过所述铸造铝合金的制备方法制造的所述铸造铝合金就有良好的耐腐蚀性和可焊接性的同时,还具有良好的尺寸稳定性,进而保证了所述铸造铝合金的可装配性。
为达到上述优势,本发明提供一种铸造铝合金的制备方法,其中所述铸造铝合金的制备方法包括步骤:压力铸造包括8.5-12.5重量%的硅、最多0.15重量%的铁,0.25-0.65重量%的镁,最多0.5重量%的铜,最多0.80重量%的锰,最多0.25重量%的锌,最多0.25重量%的铬,最多0.03重量%的钛,0.01-0.06重量%的锶,0.01-0.15重量%的硼,最多为0.5重量%的杂质,其余为铝的铝合金;和在所述铝合金处于铸态时,经过人工时效过程处理,
优选地,其中所述铸造铝合金在铸态时,经过人工时效过程(T5),即:
Ta:(80-200)℃和(120-600)分钟高温固溶;
Tb:(40-80)℃温水淬火;以及
Tc:(140-220)℃(60-240)分钟人工时效。
优选地,在人工时效过程(T5)的T1中,高温固溶的温度被实施为100℃。
优选地,在人工时效过程(T5)的T1中,高温固溶的时间被实施为300分钟。
优选地,在人工时效过程(T5)的T2中,淬火的温度为60℃。
优选地,在人工时效过程(T5)的T3中,人工时效的温度为150℃。
优选地,在人工时效过程(T5)的T3中,人工时效的时间为300分钟。
优选地,其中所述铸造铝合金在铸态时,经过人工时效(T6),即
T1:(460~550)℃和(120~600)分钟高温固溶;
T2:(40~80)℃温水淬火;
T3:(140~220)℃×(60~240)分钟人工时效,该过程可大幅提高铸件的屈服强度,且延伸率有所上升。
优选地,在人工时效过程(T6)的T1中,高温固溶的温度被实施为500℃。
优选地,在人工时效过程(T6)的T1中,高温固溶的时间被实施为300分钟。
优选地,在人工时效过程(T6)的T2中,淬火的温度为60℃。
优选地,在人工时效过程(T6)的T3中,人工时效的温度为150℃。
优选地,在人工时效过程(T6)的T3中,人工时效的时间为200分钟。
附图说明
图1示出了一现有技术中的铝合金金相组织的示意图。
图2示出了经过本发明一种铸造铝合金的制备方法制成的一铸造铝合金的金相组织的示意图。
具体实施方式
下述描述被揭露以使本领域技术人员可制造和使用本发明。下述描述中提供的较佳实施例仅作为对本领域技术人员显而易见的示例和修改,其并不构成对本发明范围的限制。下述描述中所定义的一般原理可不背离本发明精神和发明范围地应用于其它实施例、可选替代、修改、等同实施和应用。
根据本发明一较佳的实施例的一种铸造铝合金将在以下被详细阐述,其中所述铸造铝合金包括:8.5-12.5重量%的硅、最多0.15重量%的铁,0.25-0.65重量%的镁,最多0.5重量%的铜,最多0.80重量%的锰,最多0.25重量%的锌,最多0.25重量%的铬,最多0.03重量%的钛,0.01-0.06重量%的锶,0.01-0.15重量%的硼,最多为0.5重量%的杂质,其余为铝。优选地,所述铸造铝合金通过压力铸造的方式制成。
在本发明的第一个实施例中,所述铸造铝合金包括:9.8重量%的硅、0.10重量%的铁,0.35重量%的镁,0.02重量%的铜,0.58重量%的锰,0.01重量%的锌,0.01重量%的铬,0.01重量%的钛,0.012重量%的锶,0.02重量%的硼,最多为0.5重量%的杂质,其余为铝。
在本发明的第二个实施例中,所述铸造铝合金包括:10.4重量%的硅、0.12重量%的铁,0.48重量%的镁,0.03重量%的铜,0.52重量%的锰,0.01重量%的锌,0.01重量%的铬,0.02重量%的钛,0.014重量%的锶,0.03重量%的硼,最多为0.5重量%的杂质,其余为铝。
值得一提的是,在所述铸造铝合金中,当硅在所述铸造铝合金中的份额为8.5-12.5重量%时,所述铸造铝合金具有良好的流动性,且凝固收缩率低,铸件热裂倾向极小。
在所述铸造铝合金中,当镁在铸造铝合金中的份额为0.25-0.65重量%,优选地0.25-0.45重量%或0.35-0.55重量%时,可有效提高热处理后的铸件产品强度,同时可对断裂伸长率进行调控。
在所述铸造铝合金中,通过添加锶,可对共晶硅的形态进行变质处理,避免了粗大的片状硅相产生,形成细小的棒状共晶硅组织。变质过后的共晶硅对铸件产品的机械性能影响很大,特别是能大幅提升断裂延伸率。尤其是当所述铸造铝合金包括0.012-0.014重量%的锶时。
在所述铸造铝合金中,铁和锰的组合,可在不牺牲延伸率的前提下,大幅改善压力铸造过程中铸件的粘膜倾向。通过添加最多0.2重量%的铁和最多0.80重量%的锰,可避免形成粗大的片状AlFeSi相(对产品的塑性影响很大),所形成的四元AlSiMnFe相具有规则的多边形状,粒度细小分布均匀,对塑性影响较小。如图2所示。
在所述铸造铝合金中,钛和硼的组合,可大幅减小初生铝相的尺寸,提高铸造铝合金的延伸率和抗拉极限强度。通过添加最多0.03重量%的钛和0.01-0.05重量%的硼,可避免铝合金熔体在压力铸造设备的料筒中的粗大初生铝相的形成,大幅改善压力铸造产品的组织均匀性。而且,还能提高所述铸造铝合金的流动性能,和热处理后的尺寸稳定性。
值得一提的上,在本发明中,由于在制备所述铸造铝合金时,所述铸造铝合金采用了微量元素锶,且采用相对较高含量的硼元素(0.01-0.05重量%的硼)和较低含量的钛元素(最多0.03重量%的钛),进而使得最终形成的所述铸造铝合金晶粒均匀,如图2。
特别地,在通过压力铸造的方式制作所述铸造铝合金时,在所述铸造铝合金处于铸态时,通过热处理的方式,能够进一步提高所述铸造铝合金的品质。
具体地,进一步经过多段可控的人工时效过程(T5),具体包括:
Ta:(80-200)℃和(120-600)分钟高温固溶;
Tb:(40-80)℃温水淬火;以及
Tc:(140-220)℃(60-240)分钟人工时效。
优选地,在人工时效过程(T5)的Ta中,高温固溶的温度被实施为100℃。
优选地,在人工时效过程(T5)的Ta中,高温固溶的时间被实施为300分钟。
优选地,在人工时效过程(T5)的Tb中,淬火的温度为60℃。
优选地,在人工时效过程(T5)的Tc中,人工时效的温度为150℃。
优选地,在人工时效过程(T5)的Tc中,人工时效的时间为300分钟。
值得一提的是,通过上述方式可在显著提高铸件的屈服强度的同时,依旧保持较高的延伸率。具体可见表1和表2。
除此之外,在通过压力铸造的方式支撑所述铸造铝合金时,还可以经过多段可控的高温固溶+恒温水淬+人工时效过程(T6),具体包括;
T1:(460~550)℃和(120~600)分钟高温固溶;
T2:(40~80)℃温水淬火;
T3:(140~220)℃×(60~240)分钟人工时效,该过程可大幅提高铸件的屈服强度,且延伸率有所上升。
优选地,在人工时效过程(T6)的T1中,高温固溶的温度被实施为500℃。
优选地,在人工时效过程(T6)的T1中,高温固溶的时间被实施为300分钟。
优选地,在人工时效过程(T6)的T2中,淬火的温度为60℃。
优选地,在人工时效过程(T6)的T3中,人工时效的温度为150℃。
优选地,在人工时效过程(T6)的T3中,人工时效的时间为200分钟。
表1,对比例和实施例的铸造铝合金成分
表2,在经过压力铸造后,经过T6热处理的铸造试棒性能通过拉力测试机得到的机械性能
从表1和表2可知,实施例1和实施例2的试样在铸态条件下,拉伸屈服极限强度都在145MPa以上,延伸率超过10%,均超过对比例的130MPa和9%(拉伸屈服极限和延伸率)。在T5热处理后,屈服强度大幅提升,可达到>180MPa的拉伸屈服极限,而且延伸率几乎不变,能维持在10%左右。在T6热处理后,屈服强度大幅提升,可达到>280MPa的拉伸屈服极限,而且延伸率均有提升。由此表明,根据本发明的铝合金在铸态和热处理态均可获得高强高韧的铸造铝合金部件。特别是采用本发明铸造铝合金的压铸部件具有组织均匀,机械性能稳定,残余应力和变形量小的特点。
此外,研究表明本发明的铸造铝合金产品具有良好的耐腐蚀性能和可焊接性能,而且通过热处理工艺过后,该铝合金产品的耐腐蚀性能也有所提升。
根据本发明的铸造铝合金特别适用于制造高强度高韧性的结构件,特别是需要通过热处理的车身用压铸薄壁复杂零件。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明,本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而,实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定,本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种铸造铝合金的制备方法,其特征在于,其中所述铸造铝合金的制备方法包括步骤:压力铸造包括8.5-12.5重量%的硅、最多0.15重量%的铁,0.25-0.65重量%的镁,最多0.5重量%的铜,最多0.80重量%的锰,最多0.25重量%的锌,最多0.25重量%的铬,最多0.03重量%的钛,0.01-0.06重量%的锶,0.01-0.15重量%的硼,最多为0.5重量%的杂质,其余为铝的铝合金;和在所述铝合金处于铸态时,经过人工时效过程(T5),即:
Ta:(80-200)℃和(120-600)分钟高温固溶;
Tb:(40-80)℃温水淬火;以及
Tc:(140-220)℃(60-240)分钟人工时效。
2.根据权利要求1所述的铸造铝合金的制备方法,在人工时效过程(T5)的Ta中,高温固溶的温度被实施为100℃。
3.根据权利要求1所述的铸造铝合金的制备方法,在人工时效过程(T5)的Ta中,高温固溶的时间被实施为300分钟。
4.根据权利要求1所述的铸造铝合金的制备方法,在人工时效过程(T5)的Tb中,淬火的温度为60℃。
5.根据权利要求1所述的铸造铝合金的制备方法,在人工时效过程(T5)的Tc中,人工时效的温度为150℃。
6.根据权利要求1所述的铸造铝合金的制备方法,在人工时效过程(T5)的Tc中,人工时效的时间为300分钟。
7.一种铸造铝合金的制备方法,其特征在于,其中所述铸造铝合金的制备方法包括步骤:压力铸造包括8.5-12.5重量%的硅、最多0.15重量%的铁,0.25-0.65重量%的镁,最多0.5重量%的铜,最多0.80重量%的锰,最多0.25重量%的锌,最多0.25重量%的铬,最多0.03重量%的钛,0.01-0.06重量%的锶,0.01-0.15重量%的硼,最多为0.5重量%的杂质,其余为铝的铝合金;和在所述铸造铝合金在铸态时,经过固溶+人工时效(T6),即
T1:(460~550)℃和(120~600)分钟高温固溶;
T2:(40~80)℃温水淬火;
T3:(140~220)℃×(60~240)分钟人工时效,该过程可大幅提高铸件的屈服强度,且延伸率有所上升。
8.根据权利要求7所述的铸造铝合金的制备方法,其中在人工时效过程(T6)的T1中,高温固溶的温度被实施为500℃。
9.根据权利要求7所述的铸造铝合金的制备方法,其中在人工时效过程(T6)的T1中,高温固溶的时间被实施为300分钟。
10.根据权利要求7所述的铸造铝合金的制备方法,其中在人工时效过程(T6)的T2中,淬火的温度为60℃。
11.根据权利要求7所述的铸造铝合金的制备方法,其中在人工时效过程(T6)的T3中,人工时效的温度为150℃。
优选地,在人工时效过程(T6)的T3中,人工时效的时间为200分钟。
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