CN110578077A - 铸造铝合金 - Google Patents

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孙保良
张恒华
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Abstract

本发明提供了一种铸造铝合金，其包括Si、Mg、Cu、Cr和Al，其中Si的含量为3.0～3.8％，Mg的含量为0.3～0.8％，Cu的含量为0.1～0.8％，Cr的含量为0.1～0.6％，Fe的含量小于等于0.12％，Ti的含量为0.02～0.09％，Sr的含量为0.005～0.045％，B的含量为0.001～0.002％，杂质的含量小于等于0.1％，余下的含量为Al。本发明铸造铝合金通过合金元素调整、配套熔体处理工艺及热处理工艺优化等一系列手段开发出一种具有高强度、可应用的铸造铝合金新材料，制备得到的铸造铝合金新材料机械性能高，铸造性能好且成本较低。其可以替代传统的A356汽车转向节，提高企业产品竞争力。

Description

铸造铝合金
技术领域
本发明涉及汽车材料领域，特别涉及一种铸造铝合金。
背景技术
随着环境污染和燃油经济问题的日趋严峻，以及近年来新能源技术的飞速发展，在行驶动态和舒适性要求保持不变的前提下，要求尽可能降低汽车重量，通过提高部件的集成化以及采用轻质材料(如铝、镁及复合材料)等来实现汽车轻量化。
在汽车材料领域中，与铸铁或者锻钢部件相比，铸造铝合金在底盘中的应用可以将汽车重量减轻约25％～50％。其另一优点是可以生产壁厚极端不同、内轮廓复杂的集成结构方式的部件，例如加强筋和螺纹。
目前，大众公司利用CPC工艺制造的铝合金转向节类产品(成分为AlSi7Mg0.3，中国牌号记为ZL101，美国牌号记为A356，欧洲牌号记为ENAC-42100)，可以获得较好的力学性能(指根据图纸要求在零件指定位置切取拉伸试棒后进行室温拉伸实验，以下不再重复说明)：平均抗拉强度Rm≥315MPa，平均屈服强度Rp0.2≥255MPa，平均延伸率A5≥8％。
然而，传统AlSi7Mg0.3合金材料虽然具有较好的铸造性能和力学性能，并在被铸造行业广泛应用多年，但也存在一些问题，例如用此材料生产的差压铸造转向节类产品还存在伸长率不稳定的问题，抽样合格率有时无法达到严格的交样要求。
有鉴于此，本领域技术人员为了同时提升铸件产品的性能和性能的稳定性，急需研制适合于铸造工艺的高性能铸造铝合金新材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中铸造合金材料生产的产品的伸长率不稳定，且产品合格率达不到要求等缺陷，提供一种铸造铝合金。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种铸造铝合金，其特点在于，所述铸造铝合金包括Si、Mg、Cu、Cr和Al，其中Si的含量为3.0～3.8％，Mg的含量为0.3～0.8％，Cu的含量为0.1～0.8％，Cr的含量为0.1～0.6％，Fe的含量小于等于0.12％，Ti的含量为0.02～0.09％，Sr的含量为0.005～0.045％，B的含量为0.001～0.002％，杂质的含量小于等于0.1％，余下的含量为Al。
根据本发明的一个实施例，所述铸造铝合金中Si的含量为3.4％，Mg的含量为0.5％。
根据本发明的一个实施例，所述铸造铝合金中Cu的含量为0.4％，Cr的含量为0.35％。
根据本发明的一个实施例，所述铸造铝合金中Fe的含量为0.12％，Ti的含量为0.06％。
根据本发明的一个实施例，所述铸造铝合金中Sr的含量为0.017％，B的含量为0.002％。
根据本发明的一个实施例，所述铸造铝合金中杂质的含量小于等于0.1％。
根据本发明的一个实施例，所述铸造铝合金的抗拉强度Rm大于等于350MPa。
根据本发明的一个实施例，所述铸造铝合金的抗拉强度Rp0.2大于等于300MPa。
根据本发明的一个实施例，所述铸造铝合金的伸长率A5大于等于6％。
根据本发明的一个实施例，所述铸造铝合金采用的铸造方式为重力铸造和差压铸造。
本发明的积极进步效果在于：
本发明铸造铝合金通过合金元素调整、配套熔体处理工艺及热处理工艺优化等一系列手段开发出一种具有高强度、可应用的铸造铝合金新材料，制备得到的铸造铝合金新材料机械性能高，铸造性能好且成本较低。其可以替代传统的A356汽车转向节，提高企业产品竞争力。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1为本发明铸造铝合金的研发流程。
图2为本发明铸造铝合金制成的拉伸试棒的示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
图1为本发明铸造铝合金的研发流程。图2为本发明铸造铝合金制成的拉伸试棒的示意图。
如图1和图2所示，本发明公开了一种铸造铝合金，其材料的主要成分包括Si、Mg、Cu、Cr和Al，其按照质量百分比计，其中Si的含量为3.0～3.8％，Mg的含量为0.3～0.8％，Cu的含量为0.1～0.8％，Cr的含量为0.1～0.6％，Fe的含量小于等于0.12％，Ti的含量为0.02～0.09％，Sr的含量为0.005～0.045％，B的含量为0.001～0.002％，杂质的含量小于等于0.1％，余下的含量为Al。由此制备得到的铸造铝合金新材料机械性能高，铸造性能好，成本较低。
优选地，所述铸造铝合金中Si的含量为3.4％，Mg的含量为0.5％，所述铸造铝合金中Cu的含量为0.4％，Cr的含量为0.35％，所述铸造铝合金中Fe的含量为0.12％，Ti的含量为0.06％，所述铸造铝合金中Sr的含量为0.017％，B的含量为0.002％。所述铸造铝合金中杂质的含量小于等于0.1％。
更进一步地，所述铸造铝合金的抗拉强度Rm大于等于350MPa。所述铸造铝合金的抗拉强度Rp0.2大于等于300MPa。所述铸造铝合金的伸长率A5大于等于6％。
根据上述描述，本发明的所述铸造铝合金配套熔体处理工艺为：原材料包括A356铝合金锭、纯铝、纯镁、Al-40Cu中间合金、Al-10Cr中间合金、精炼剂30KCl+30％NaCl+20％NaF+20％Na2SiF6，加入量为铝液质量的0.5％，以Al-20Sr中间合金作为变质剂，Al-Ti-B为细化剂，在700-720℃之间完成精炼、变质、细化、浇注。
所述铸造铝合金采用的铸造方式优选为重力铸造和差压铸造。采用的热处理工艺为：T6热处理，包括固溶和时效两个步骤(540℃固溶2h+170℃时效8h)。
如图1所示，根据铸造铝合金新材料的组分区间设计成分，得到的铸锭用光谱仪测试成分，具体的合金元素成分如下表1所示。
表1具体实施例主要元素
Si(％) Mg(％) Cu(％) Cr(％) Al(％)
实施例1 3.4 0.5 0.4 0.3 94.9
实施例2 3.4 0.5 0.5 0.4 95.1
实施例3 3.5 0.53 0.5 0.4 94.6
实施例4 3.2 0.59 0.3 0.2 95.4
实施例5 3.2 0.55 0.3 0.2 95.4
图1所示的铸造铝合金的研发流程为：首先，对合金元素进行选择，热力学模型计算；接着，熔体处理、差压铸造、热处理工艺优化；其次，实验室内合金组织与性能的研究；再次，工厂条件下合金组织与性能的研究；最后，实验室与工厂对比规律总结与分析。
将热处理后的铸锭利用线切割机和车床加工出拉伸试棒(如图2所示)，然后进行力学性能测试，得到的结果如表2所示。
如图2所示，所述拉伸试棒的参见为：试验直径d0优选为6mm，头部直径(螺纹的外径)d1优选为8mm，试样长度Lv＝L0+d0，优选为36mm，标距L0＝5d0，优选为30mm，头部长度h优选为30mm，试样总长度Lt优选为100mm。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细证明，结果均满足要求且力学性能远超同状态下的A356铝合金，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
表2具体实施例力学性能
抗拉强度R<sub>M</sub>(MPa) 屈服强度R<sub>P0.2</sub>(MPa) 伸长率A5(％)
实施例1 358.6 302.0 8.66
实施例2 352.6 310.2 6.70
实施例3 361.1 316.8 6.13
实施例4 350.7 300.0 6.20
实施例5 350.4 302.8 6.77
综上所述，本发明铸造铝合金通过合金元素调整、配套熔体处理工艺及热处理工艺优化等一系列手段开发出一种具有高强度、可应用的铸造铝合金新材料，制备得到的铸造铝合金新材料机械性能高，铸造性能好且成本较低。其可以替代传统的A356汽车转向节，提高企业产品竞争力。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金包括Si、Mg、Cu、Cr和Al，其中Si的含量为3.0～3.8％，Mg的含量为0.3～0.8％，Cu的含量为0.1～0.8％，Cr的含量为0.1～0.6％，Fe的含量小于等于0.12％，Ti的含量为0.02～0.09％，Sr的含量为0.005～0.045％，B的含量为0.001～0.002％，杂质的含量小于等于0.1％，余下的含量为Al。
2.如权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金中Si的含量为3.4％，Mg的含量为0.5％。
3.如权利要求2所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金中Cu的含量为0.4％，Cr的含量为0.35％。
4.如权利要求3所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金中Fe的含量为0.12％，Ti的含量为0.06％。
5.如权利要求4所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金中Sr的含量为0.017％，B的含量为0.002％。
6.如权利要求5所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金中杂质的含量小于等于0.1％。
7.如权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金的抗拉强度Rm大于等于350MPa。
8.如权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金的抗拉强度Rp0.2大于等于300MPa。
9.如权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金的伸长率A5大于等于6％。
10.如权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金采用的铸造方式为重力铸造和差压铸造。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07109537A (ja) * 1993-10-12 1995-04-25 Nippon Light Metal Co Ltd 亜共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金及びその鋳造法
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