CN109957687A - 一种压铸铝硅合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压铸铝硅合金及其制备方法。所述铝硅合金采用真空压铸和T6热处理工艺制备，其组成成分及其百分比质量为：硅8.50～11.0％，镁0.40～0.65％，锰0.45～0.65％，钛0.10～0.15％，锶100ppm～200ppm，铁≤0.12％，其他元素≤0.10％，剩余为铝。本发明制备的铝硅合金在铸态和热处理态都具有较高的强度和较高的韧性，且成形性能好，尺寸精度高；对大型复杂薄壁铸件，该合金铸态即可提供较高的性能，防止在热处理过程中变形。在汽车、轨道交通等领域中有着十分广阔的应用前景。

Description

一种压铸铝硅合金及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金材料的制备领域，具体涉及一种真空压铸成形的铸态和热处理态均具有高强度高韧性的压铸铝硅合金及其制备方法。
背景技术
车身重量每减轻100kg，每百公里排放量将减少8～11g。当前汽车轻量化手段是用轻质材料来取代钢铁材料，其中之一就是使用铝合金材料，其比强度高、耐腐蚀。
压铸具有成型效率高、铸件尺寸精度高等优点，传统压铸过程高速高压的特点，易发生紊流现象，导致气体的卷入产生孔洞，降低了铸件性能。在高温热处理过程中，孔洞热膨胀导致铸件表面出现起泡。真空压铸在压铸过程中通过抽除型腔内的气体，消除或显著减少压铸件内孔洞缺陷；综合力学性能得到提高，同时还可以通过热处理工艺进一步提高力学性能。
传统的压铸铝合金主要是AlSiCu系合金，其中最为常用的是ADC12，但是该合金一般不进行热处理。德国Rheinfelden公司开发了AlSiMnMg合金(Silafont36)，其铸态性能为：屈服强度120～160MPa，抗拉强度250～290MPa，伸长率5％～11％；热处理态性能为：屈服强度200～230MPa，抗拉强度280～310MPa，伸长率7％～12％；需要通过热处理强化。汽车结构件向大型化和复杂化发展，例如汽车车身结构件，在高温热处理过程会发生变形，需要额外的整形工序，也降低了产品合格率；因此，需要开发出铸态下高强韧压铸铝合金。
发明内容
本发明针对现有真空压铸铝合金材料铸态和热处理态力学性能不足的问题，本发明的首要目的是提供一种真空压铸成形的铸态和热处理态均具有高强度高韧性的压铸铝硅合金，另一个目的是提供上述压铸铝硅合金的制备方法。
Al-Si系铸造合金由于含有Si元素，Si结晶潜热大，故流动性能好，适合制造形状复杂、薄壁的零件。Mg元素溶入Al基体形成固溶体时，会引起点阵畸变，产生固溶强化；且当合金非平衡凝固时会进一步提高Mg元素在基体中的固溶度，提高固溶强化作用。但是要提高合金的综合力学性能，还需要通过合适的热处理工艺，来进行微观组织的调控，得到热处理态下高强韧压铸铝合金。
Fe元素在铝合金中往往会形成粗大的针片状β-Fe相，导致基体割裂，造成极大的应力集中，成为裂纹产生和扩展的起源，降低合金的伸长率与强度。然而铝合金对模具的粘附作用十分强烈，适当的Fe元素含量有利于脱模，提高模具的寿命。因此合理控制Fe元素含量或减少针片状β-Fe相对基体的割裂是提高铝合金性能的关键。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种压铸铝硅合金，按质量百分比计，其组成成分及其百分比为：硅8.50～11.0％，镁0.40～0.65％，锰0.45～0.65％，钛0.10～0.15％，锶100ppm～200ppm，铁≤0.12％，不可避免的其他杂质元素≤0.10％，剩余为铝。
所述压铸铝硅合金采用高纯铝、高纯硅、纯镁、Al-Mn10中间合金、AlSr中间合金和AlTiB中间合金配制而成，其中，AlSr中间合金作为变质剂，AlTiB中间合金作为细化剂。
上述压铸铝硅合金的制备方法，采用真空压铸和T6热处理工艺制备，所述真空压铸的真空度≤70mbar，所述T6热处理的固溶温度为500～530℃，固溶时间为2～3小时；T6热处理的时效温度为160～200℃，所述时效时间为4～8小时。
本发明合金与现有压铸铝合金相比具有如下突出的优点：
1、本发明的合金材料铸态和热处理态同时具有较高的强度和塑性。在压铸后，铸态时屈服强度可达150～180MPa，抗拉强度可达290～320MPa，伸长率可达7％～11％；T6热处理后，屈服强度可达210～285MPa，抗拉强度可达300～330MPa，伸长率可达8％～12％。
2、本发明的合金材料含有硅8.50～11.0％，合金熔炼温度为670～690℃，粘度低，具有良好的流动性，可提高合金的成型性。
3、本发明的合金材料含有镁0.40～0.65％，利用压铸快速非平衡凝固特点形成强化，铸态强度提高，而且热处理后可进一步提高合金的屈服强度。
4、本发明的合金材料铁≤0.12％、锰0.45～0.65％，保证了压铸脱模，同时通过铁和锰元素合适配比，防止针片状β-Fe相形成。
5、本发明的合金材料可通过真空压铸制备而成，可固溶热处理强化。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明，本发明实施方式不仅限于此。实施例中所有的原料都可以购买到，实施例所述商用固体精炼剂名称为：稀土型多功能铝合金除渣精炼剂，购买于鑫煜铸造设备材料有限公司。
实施例1
步骤一：配料
按照表1进行配料。
表1配料表
步骤二：熔炼
在熔化炉中加入高纯铝，随后每小时升温150℃，升温至670℃，待合金全部融化后，依次加入高纯硅、纯镁和Al-Mn10中间合金，确保合金成分均匀。在铝液中加入AlSr10中间合金和Al-10Ti-B中间合金，随后按照千分之4的比例向铝液中加入商用固体精炼剂，在670～680℃下精炼，并用氩气或氮气进行除气，静置5分钟后扒渣。
步骤三：真空压铸
采用所熔炼的合金，模具预热温度180℃，合金浇注温度为675℃，压射高速速度2.0m/s，增压压力88MPa，真空度55mbar。
步骤四：热处理
将铸件在电阻炉中进行T6热处理，热处理工艺为530℃下固溶2h后淬火，随后在200℃下时效8h，出炉空冷。
通过上述步骤获得的合金材料含有硅10.90％，铁0.07％，镁0.62％，锰0.45％，钛0.14％，锶190ppm，其他元素≤0.10％，其余为铝。压铸件铸态和T6热处理后的力学性能如表2所示。
表2实施例1的合金的力学性能
实施例2
步骤一：配料
按照表3进行配料。
表3配料表
步骤二：熔炼
在熔化炉中加入高纯铝，随后每小时升温150℃，升温至690℃，待合金全部融化后，依次加入高纯硅、纯镁和Al-Mn10中间合金，确保合金成分均匀。在铝液中加入AlSr10中间合金和Al-10Ti-B中间合金，随后按照千分之4的比例向铝液中加入商用固体精炼剂，在680～690℃下精炼，并用氩气或氮气进行除气，静置5分钟后扒渣。
步骤三：压铸
采用所熔炼的合金，模具预热温度200℃，合金浇注温度为685℃，压射高速速度2.5m/s，增压压力78MPa，真空度70mbar。
步骤四：热处理
将铸件在电阻炉中进行T6热处理，热处理工艺为500℃下固溶3h后淬火，随后在165℃下时效4h，出炉空冷。
通过上述步骤获得的合金材料含有硅8.73％，铁0.08％，镁0.42％，锰0.64％，钛0.10％，锶120ppm，其他元素≤0.10％，其余为铝。压铸件铸态和T6热处理后的力学性能如表4所示。
表4实施例2的合金的力学性能
实施例3
步骤一：配料
按照表5进行配料。
表5配料表
步骤二：熔炼
在熔化炉中加入高纯铝，随后每小时升温150℃，升温至680℃，待合金全部融化后，依次加入高纯硅、纯镁和Al-Mn10中间合金，确保合金成分均匀。在铝液中加入AlSr10中间合金和Al-10Ti-B中间合金，随后按照千分之4的比例向铝液中加入商用固体精炼剂，在675～685℃下精炼，并用氩气或氮气进行除气，静置5分钟后扒渣。
步骤三：压铸
采用所熔炼的合金，模具预热温度190℃，合金浇注温度为680℃，压射高速速度2.2m/s，增压压力80MPa，真空度65mbar。
步骤四：热处理
将铸件在电阻炉中进行T6热处理，热处理工艺为515℃下固溶2.5h后淬火，随后在180℃下时效6h，出炉空冷。
通过上述步骤获得的合金材料含有硅9.85％，铁0.11％，镁0.53％，锰0.55％，钛0.13％，锶160ppm，其他元素≤0.10％，其余为铝。压铸件铸态和T6热处理后的力学性能如表6所示。
表6实施例3的合金的力学性能
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种压铸铝硅合金，其特征在于，按质量百分比计，其组成成分及其百分比为：硅8.50～11.0％，镁0.40～0.65％，锰0.45～0.65％，钛0.10～0.15％，锶100ppm～200ppm，铁≤0.12％，不可避免的其他杂质元素≤0.10％，剩余为铝。
2.根据权利要求1所述一种压铸铝硅合金，其特征在于，所述铝硅合金采用高纯铝、高纯硅、纯镁、Al-Mn10中间合金、AlSr中间合金和AlTiB中间合金配制而成。
3.权利要求1或2所述压铸铝硅合金的制备方法，其特征在于，采用真空压铸和T6热处理工艺制备，所述真空压铸的真空度≤70mbar，所述T6热处理的固溶温度为500～530℃，固溶时间为2～3小时；T6热处理的时效温度为160～200℃，所述T6热处理的时效时间为4～8小时。
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