CN110714148A - 一种高性能半固态压铸铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝合金加工技术领域,尤其涉及一种高性能半固态压铸铝合金及其制备方法。所述铝合金包括下述组分,且各组分的含量以重量百分比表示如下:Si 6.00~13.50%,Mg 0.15~1.00%,Cu 0.05~0.50%,Ti 0.01~0.10%,Mn 0.10~1.00%,Sr 0.01~0.10%,Fe≤0.20%,杂质元素总和<0.15,其余为铝;并且,重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围为0.75‑1.50。本发明高性能半固态铝合金,在优化Si、Mg、Mn主合金元素的基础上,添加Ti元素细化α‑Al晶粒,添加Sr元素细化变质共晶Si相,并且控制这些元素以及杂质元素的含量,使其相互配合,使的该铝合金具有高强度、良好塑性和优良的半固态压铸工艺性能。

Description

一种高性能半固态压铸铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域,尤其涉及一种高性能半固态压铸铝合金及其制备方法。
背景技术
半固态压铸成型技术是指在液态金属的凝固过程中进行强烈的搅拌,使普通铸造易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状组织形态,从而制成半固态金属液,然后将其压铸成坯料或铸件。在普通铸造过程中,初晶以枝晶方式长大,当固相率达到0.2左右时,枝晶就形成连续网络骨架,失去宏观流动性。如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌,则使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态,悬浮于剩余液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织,在固相率达0.5~0.6时仍具有一定的流变性,从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压,模锻等实现金属的成形。用低温半固态浆料进行挤压压铸,半固态挤压压铸的凝固收缩率小,可以避免缩孔、疏松、气孔等缺陷,可以制造组织更致密、力学性能更高的各类铝合金零部件。
铝合金是工业中应用最广泛的金属结构材料,随着社会经济的发展,高强度、高韧性、高致密度的铝合金零部件在汽车、电子电器、高端装备等领域的需求急剧增加。铝合金的半固态加工技术已经取得了一定的进展,但是仍然存在一定的问题。例如,缺乏对半固态压铸技术专用铝合金的研究和开发。目前,半固态压铸用铝合金主要是ZL101、A356、ADC10、ADC12等牌号的Al-Si系铸造铝合金,这些牌号的铸造铝合金虽然具有很好的铸造流动性和机械加工性能,但用于半固态压铸的产品力学性能偏低,难以满足高性能强度要求,需要对产品做T6热处理,通过固溶强化提高产品抗拉强度和硬度;例如,常规的半固态铝合金材料采用挤压压铸工艺生产后进行T6固溶强化热处理,但T6热处理对产品内部质量要求较高,产品内部气孔、缩孔会在热处理过程中气泡导致产品报废,且T6热处理时间8-12小时,热处理成本较高,难以满足半固态挤压压铸高效、低成本的生产需求。
因此需要一种能够克服上述问题的半固态压铸铝合金生产方法以及适应于该方法的铝合金组合物。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足,通过优化设计合金中Si、Mg、Cu、Ti、Mn、Sr和Fe的含量,通过步骤1S、2S、3S,提供一种高性能半固态压铸铝合金及其制备方法。
根据本发明的一个方面,提供一种高性能半固态压铸铝合金,所述铝合金包括下述组分,且各组分的含量以重量百分比表示如下:Si 6.00~13.50%,Mg 0.15~1.00%,Cu0.05~0.50%,Ti 0.01~0.10%,Mn 0.10~1.00%,Sr 0.01~0.10%,Fe≤0.20%,杂质元素总和<0.15,其余为铝;并且,重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围为0.75~1.50。
其中,各组分的含量以重量百分比表示如下:Si 7.50~12.50%,Mg 0.20~0.80%,Cu 0.10~0.30%,Ti 0.01~0.05%,Mn 0.20~0.80%,Sr 0.01~0.04%,Fe≤0.18%,杂质元素总和<0.15,其余为铝;并且,重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围为0.75~1.50。
其中,各组分的含量以重量百分比表示如下:Si 8.50~10.50%,Mg 0.25~0.65%,Cu 0.15~0.25%,Ti 0.01~0.05%,Mn 0.30~0.60%,Sr 0.01~0.04%,Fe≤0.15%,杂质元素总和<0.15,其余为铝;并且,重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围为0.75~1.50。
其中,重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围为1.00~1.25。
其中,重量百分比的比值C2=Sr/Ti的范围为0.50~1.00。
其中,重量百分比的比值C2=Sr/Ti的范围为0.75~1.00。
根据本发明的另一方面,还提供了一种高性能半固态压铸铝合金的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
1S配料及熔炼:按组分配取原料硅源、镁源、铜源、铝源、钛源、锰源,锶源;将配取的原料加热熔炼,得铝合金液,其中熔炼温度为730~760℃;
2S半固态浆料制备:将步骤1S所得的铝合金液采用机械搅拌、电磁搅拌或超声振动方法制备成温度为580~600℃的铝合金半固态浆料;
3S压铸成型:将步骤2S所得的铝合金半固态浆料压铸成型,得半固态压铸铝合金,其中,压铸温度为200~260℃、压射速度为0.1~0.5m/s、压射比压为90~110MPa、增压压力为165~225MPa,保压时间为5~10s;
4S组合热处理:将步骤3S所得的半固态压铸铝合金在545~550℃温度下固溶处理6~8h,水淬后,在200~205℃温度下时效处理3~5h,随炉冷却后得高性能铝合金。
其中,制备方法括还包括以下步骤:
或2S半固态浆料制备:将步骤1S所得的铝合金液进行精炼除气除渣后,采用机械搅拌方法制备成温度为580~600℃的铝合金半固态浆料;
其中,所述硅源为99.9%的速溶硅,所述镁源为99.95%的镁锭,所述铜源为99.99%的电解铜,所述铝源为99.8%的铝锭,所述钛源为Al-10Ti合金,所述锰源为Al-10Mn合金,所述锶源为Al-10Sr合金。
其中,在步骤2S中,所述搅拌方法包括机械搅拌、电磁搅拌或超声振动方法,其中,所述机械搅拌方法的搅拌速度为1000~1850转/分钟,搅拌时间为10~18s;所述电磁搅拌方法的搅拌频率为40~50赫兹,搅拌时间为10~15s;所述超声振动方法的振动频率为20~30赫兹,振动时间为5~10s。
其中,在步骤3S中,压铸模温度为220~240℃、压射速度为0.1~0.5m/s、压射比压为90~110MPa、增压压力为180~220MPa,保压时间为8~10s。
该高性能半固态压铸铝合金中各元素的作用及含量说明如下:
Si元素在铝合金中能与Al形成Al+Si共晶液相,提高铝合金的压铸流动性,同时还能提高铝合金的强度和机械加工性能。Si含量越高,共晶液相越多,铝合金的压铸流动性越好,但压铸铝合金的塑性会下降。Si含量低于6.00%时,铝合金的流动性满足不了半固态压铸的工艺要求,而Si含量超过13.50%时,铝合金的塑性会出现显著下降。因此,为了保证铝合金具有足够的半固态压铸流动性和塑性,Si的重量百分比含量范围可以限定为6.00~13.50%。优选地,Si的重量百分比含量范围可以限定为7.50~12.50%。更优选地,Si的重量百分比含量范围可以限定为8.50~10.50%。
Mg元素在半固态压铸铝合金中能与Si形成Mg2Si强化相,增强半固态压铸铝合金的强度,Mg含量越高,半固态压铸铝合金的强度也越高,但塑性会逐渐下降。Mg含量低于0.15%,半固态压铸铝合金的强度达不到300MPa,Mg含量超过1.00%,则半固态压铸铝合金的塑形达不到8%。因此,为了保证半固态压铸铝合金的强度和塑性,Mg的重量百分比含量范围可以限定为0.15~1.00%。优选地,Mg的重量百分比含量范围可以限定为0.20~0.80%。更优选地,Mg的重量百分比含量范围可以限定为0.25~0.65%。
Mn元素在半固态压铸铝合金中能与Si形成Mn2Si强化相,增强半固态压铸铝合金的强度,Mn含量越高,半固态压铸铝合金的强度也越高,但塑性会逐渐下降。Mn含量低于0.10%,半固态压铸铝合金的强度达不到300MPa,Mn含量超过1.00%,则半固态压铸铝合金的塑形达不到8%。并且,Mn的含量过多则将形成大量的不可溶粗大金属间化合物,从而降低铝合金的流动性,从而影响铝合金的强度和塑性。因此,Mn的重量百分比含量范围可以限定为0.10~1.00%。优选地,Mn的重量百分比含量范围可以限定为0.20~0.80%。更优选地,Mn的重量百分比含量范围可以限定为0.30~0.60%。
Cu元素在半固态压铸铝合金中既有固溶强化作用,同时在铝合金时效热处理过程中析出CuAl2强化相,增强铝合金的强度。Cu含量低于0.05%,半固态压铸铝合金的强度达不到300MPa。Cu含量越高,半固态压铸铝合金的强度也越高,但Cu含量超过0.50%时,会明显降低半固态压铸铝合金抗腐蚀性能,增加铝合金的热裂倾向。因此,为了确保半固态压铸铝合金的强度和抗腐蚀性能,避免热裂,Cu的重量百分比含量范围可以限定为0.05~0.50%。优选地,Cu的重量百分比含量范围可以限定为0.10~0.30%。更优选地,Cu的重量百分比含量范围可以限定为0.15~0.25%。
Ti元素在半固态压铸铝合金中主要起到细化α-Al晶粒的作用,改善铝合金的组织成分均匀性,提高半固态压铸铝合金的流动性、强度和塑性。Ti含量小于0.01%,晶粒细化效果不明显。Ti含量越高,晶粒细化效果越好,但Ti含量超过0.10%时,也会导致粗大金属间化合物TiAl3相的出现,恶化半固态压铸铝合金的强度和塑性。因此,Ti的重量百分比含量范围可以限定为0.01~0.10%。优选地,Ti的重量百分比含量范围可以限定为0.01~0.05%。Sr元素在半固态压铸铝合金中主要起到对共晶Si相的细化变质作用。共晶Si相在铝合金中通常都是呈细长的针状,这种细长的针状共晶Si相也会割裂铝合金基体,是导致传统压铸铝合金强度和塑性较低的重要原因。现有技术对共晶Si相的细化变质主要是添加Na,但目前Na元素还存在细化变质效果不稳定、容易引发吸气等问题。发明人通过大量实验研究发现,Sr元素对本发明所述半固态压铸铝合金的共晶Si相具有良好的细化变质作用,其效果明显好于传统的Na元素,还有稳定好、持续时间长、再现性好等优点,还可以避免传统Na元素细化变质引起的吸气问题。添加0.01~0.10%的Sr元素,可使半固态压铸铝合金中共晶Si的形态从细长的针状转变为细小均匀的颗粒状,显著提高半固态压铸铝合金的强度和塑性。优选地,Sr的重量百分比含量范围可以限定为0.01~0.04%。
Fe元素是铝合金中不可避免的杂质元素,在铝合金中常常形成粗大的针状Al-Fe-Si系富Fe相,这种粗大针状富Fe相会严重割裂铝合金基体,是导致传统压铸铝合金强度和塑性较低的主要原因。发明人通过大量实验研究发现,半固态压铸铝合金中杂质元素Fe的含量控制在≤0.2%,优选地,Fe的含量控制在≤0.18%,更优选地,Fe的含量控制在≤0.15%,再添加0.1~0.15%的V元素,通过V元素改变和抑制富Fe相的生长方向,使富Fe相从粗大的针状细化变质为细小均匀的颗粒状,消除富Fe相对铝合金强度和塑性的影响,才能确保半固态压铸铝合金获得高强度和高塑性。
进一步研究中,发明人意外发现,在本发明的高性能半固态压铸铝合金中,控制重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围可以使得铝合金的抗拉强度和屈服强度显著增强,同时具有很高的延伸率,并且促进本发明半固态压铸铝合金α-Al晶粒的球化过程,显著提高半固态压铸铝合金流动性,可以控制重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围为0.75~1.50,优选地,控制重量百分比的比值C2=Mg/Mn的范围为1.00~1.25。控制重量百分比的比值C2=Sr/Ti的范围可以使得铝合金进一步具有更好的机械强度,同时改善铝合金的组织成分均匀性,提高半固态压铸铝合金的流动性,可以控制重量百分比的比值C2=Sr/Ti的范围为0.50~1.00,优选地,控制重量百分比的比值C2=Sr/Ti的范围为0.75~1.00。
另外,本发明提供了一种上述高性能半固态压铸铝合金的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
1S配料及熔炼:按组分配取原料硅源、镁源、铜源、铝源、钛源、锰源,锶源;将配取的原料加热熔炼,得铝合金液,其中熔炼温度为730~760℃;
2S半固态浆料制备:将步骤1S所得的铝合金液采用机械搅拌、电磁搅拌或超声振动方法,制备成温度为580~600℃的铝合金半固态浆料;
3S压铸成型:将步骤2S所得的铝合金半固态浆料压铸成型,得半固态压铸铝合金,其中,压铸温度为200~260℃、压射速度为0.1~0.5m/s、压射比压为90~110MPa、增压压力为165~225MPa,保压时间为5~10s;
4S组合热处理:将步骤3S所得的半固态压铸铝合金在545~550℃温度下固溶处理6~8h,水淬后,在200~205℃温度下时效处理3~5h,随炉冷却后得高性能铝合金。
上述制备方法按照1S)~4S)的顺序依次进行。
步骤1S中,硅源为99.9%的速溶硅,镁源为99.95%的镁锭,铜源为99.99%的电解铜,铝源为99.8%的铝锭,钛源为Al-10Ti合金,锰源为Al-10Mn合金,锶源为Al-10Sr合金。Fe、Zn、Ni、Li、Mn、Zr、Sr、Sc、Cr、Er、Sn、Pb等元素是铝锭、速溶硅、镁锭和电解铜中常见的杂质元素,这些杂质元素在铝合金中会形成硬而脆或者低熔点的金属间化合物,成为铝合金受力断裂的裂纹源和裂纹扩展方向,严重恶化铝合金的强度和塑性,因此,这些杂质元素必须严格进行控制。本发明通过选用纯度为99.8%的铝锭、99.9%的速溶硅、99.95%的镁锭、99.99%的电解铜作为原材料,可将杂质元素Fe的含量控制在0.2%以下,Zn、Ni、Li、Mn、Zr、Sr、Sc、Cr、Er、Sn、Pb等杂质元素的单个含量小于0.05%、总量小于0.15%,确保半固态压铸铝合金获得高强度和高塑性。
步骤2S中,将步骤1S所得的铝合金液采用搅拌振动方法制备成温度为580~600℃的铝合金半固态浆料。其中,搅拌振动方法优选机械搅拌、电磁搅拌或超声振动方法,并且设定具体的搅拌或者振动参数。铝合金半固态浆料中α-Al晶粒的尺寸越小、球形度越高,铝合金半固态浆料的流动性越好,越有利于半固态压铸成形。因此,获得尺寸细小、球形度高的α-Al晶粒铝合金半固态浆料是实现半固态压铸的重要条件。发明人通过大量实验研究发现,在机械搅拌棒转速为1000~1850转/分钟、搅拌时间为10~18s或者电磁搅拌频率为40~50赫兹、搅拌时间为10~15s或者超声波振动频率为20~30赫兹、振动时间为5~10s条件下,本发明的铝合金可以获得平均直径小于60微米、平均球形度大于0.84的α-Al晶粒铝合金半固态浆料,这种铝合金半固态浆料具有优良的流动性,非常适合于半固态压铸成形。
步骤3S中,设定压铸温度为200~260℃、压射速度为0.1~0.5m/s、压射比压为90~110MPa、增压压力为165~225MPa,保压时间为5~10s。半固态压铸铝合金的显微组织为球形和近球形α-Al晶粒与共晶相组成,这种组织与传统压铸铝合金由α-Al树枝晶与共晶相组成的显微组织不同,决定半固态压铸工艺参数及其半固态压铸铝合金的热处理工艺也与传统压铸工艺及热处理工艺也存在较大的不同。发明人对本发明半固态压铸铝合金的压铸工艺和固溶时效工艺进行系统研究后发现,在模具型腔温度为200~260℃、压射速度为0.1~0.5m/s、压射比压为90~110MPa、增压压力为165~225MPa和保压时间为5~10s条件下,将铝合金半固态浆料半固态压铸成铝合金,可以满足各种形状复杂的零部件的成形,避免充型过程产生飞溅而卷入气体和夹杂物。
步骤4S中,将半固态压铸铝合金在545~550℃固溶处理6~8h,水淬后,在200~205℃时效处理3~5h,随炉冷却后,半固态压铸铝合金可得到期望的强度和塑性,即抗拉强度大于310MPa,屈服强度大于250MPa,伸长率大于8.5%。如果半固态压铸工艺和固溶时效工艺不在上述匹配范围内,半固态压铸铝合金均达不到期望的强度和塑性。
本发明通过优化铝合金制备过程中的半固态浆料制备、压铸成型等工艺步骤,可以获得晶粒平均直径小于60微米、晶粒平均球形度大于0.84的铝合金半固态浆料,进一步提高了铝合金半固态浆料的压铸工艺性能,满足高强度、高韧性、高致密度铝合金零部件的半固态压铸生产需求。
本发明中的半固态压铸铝合金与其他半固态铝合金相比有以下优点:1)本发明高性能半固态铝合金由Si、Mg、Mn等元素组成,在优化Si、Mg、Mn主合金元素的基础上,添加Ti元素细化α-Al晶粒,添加Sr元素细化变质共晶Si相,并且控制这些元素以及杂质元素的含量,使其相互配合,最终使的该铝合金具有高强度、良好塑性和优良的半固态压铸工艺性能;2)通过优化铝合金制备过程中的半固态浆料制备、压铸成型等工艺步骤,可以获得晶粒平均直径小于60微米、晶粒平均球形度大于0.84的铝合金半固态浆料,进一步提高了铝合金半固态浆料的压铸工艺性能,满足高强度、高韧性、高致密度铝合金零部件的半固态压铸生产需求;3)本发明的高性能半固态铝合金不用经过T6热处理,同样可以具有强度高和塑性好的显著优点;4)本发明的高性能半固态铝合金,抗拉强度为310~350MPa,屈服强度为250~305MPa,伸长率为8.5~12.9%,巴氏硬度为89~99HBa,适合于半固态挤压压铸工艺制备,满足于汽车、电子电器、高端装备等领域所需的高强度、高韧性、高致密度铝合金零部件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1
高性能半固态压铸铝合金各组分的含量以重量百分比表示如下:Si 6.00%,Mg0.15%,Cu 0.05%,Ti 0.01%,Mn 0.10%,Sr 0.01%,Fe≤0.20%,杂质元素总和<0.15,其余为Al。该高性能半固态压铸铝合金的制备方法包括以下步骤:
1S配料及熔炼:按上述组分配取原料99.9%的速溶硅、99.95%的镁锭、99.99%的电解铜、99.8%的铝锭、Al-10Ti合金、Al-10Mn合金、Al-10Sr合金,将配取的原料加热熔炼,得铝合金液,其中熔炼温度为760℃;
2S半固态浆料制备:将步骤1S所得铝合金液在机械搅拌转速为115转/分钟、搅拌时间为15s条件下制备成温度为600℃的铝合金半固态浆料;
3S压铸成型:将步骤2S所得的铝合金半固态浆料在模具型腔温度为200℃、压射速度为0.1m/s、压射比压为110MPa、增压压力为225MPa和保压时间为10s条件下压铸成型,得半固态压铸铝合金;
4S组合热处理:将步骤3S所得的半固态压铸铝合金在545℃温度下固溶处理8h,水淬后,在205℃温度下时效处理3h,随炉冷却后得高性能半固态压铸铝合金。
实施例2
高性能半固态压铸铝合金各组分的含量以重量百分比表示如下:Si 13.50%,Mg1.00%,Cu 0.50%,Ti 0.10%,Mn 1.00%,Sr 0.10%,Fe≤0.2%,杂质元素总和<0.15,其余为Al。该高性能半固态压铸铝合金的制备方法包括以下步骤:
1S配料及熔炼:按上述组分配取原料99.9%的速溶硅、99.95%的镁锭、99.99%的电解铜、99.8%的铝锭、Al-10Ti合金、Al-10Mn合金、Al-10Sr合金,将配取的原料加热熔炼,得铝合金液,其中熔炼温度为730℃;
2S半固态浆料制备:采用六氯乙烷将步骤1S所得铝合金液进行精炼除气除渣后,在电磁搅拌频率为45赫兹、电磁搅拌时间为12s条件下将铝合金液制备成温度为580℃的铝合金半固态浆料;
3S压铸成型:将步骤2S所得的铝合金半固态浆料在模具型腔温度为260℃、压射速度为0.5m/s、压射比压为90MPa、增压压力为165MPa和保压时间为5s条件下压铸成型,得半固态压铸铝合金;
4S组合热处理:将步骤3S所得的半固态压铸铝合金在550℃温度下固溶处理6h,水淬后,在200℃温度下时效处理5h,随炉冷却后得高性能半固态压铸铝合金。
实施例3
高性能半固态压铸铝合金各组分的含量以重量百分比表示如下:Si 7.50%,Mg0.20%,Cu 0.10%,Ti 0.01%,Mn 0.20%,Sr 0.01%,Fe≤0.20%,杂质元素总和<0.18,其余为Al。该高性能半固态压铸铝合金的制备方法包括以下步骤:
1S配料及熔炼:按上述组分配取原料99.9%的速溶硅、99.95%的镁锭、99.99%的电解铜、99.8%的铝锭、Al-10Ti合金、Al-10Mn合金、Al-10Sr合金,将配取的原料加热熔炼,得铝合金液,其中熔炼温度为755℃;
2S半固态浆料制备:采用六氯乙烷将步骤1S所得铝合金液进行精炼除气除渣后,在超声波振动频率为25赫兹、振动时间为8秒条件下将铝合金液制备成温度为595℃的铝合金半固态浆料;
3S压铸成型:将步骤2S所得的铝合金半固态浆料在模具型腔温度为205℃、压射速度为0.1m/s、压射比压为108MPa、增压压力为220MPa和保压时间为10s条件下压铸成型,得半固态压铸铝合金;
4S组合热处理:将步骤3S所得的半固态压铸铝合金在545℃温度下固溶处理8h,水淬后,在205℃温度下时效处理3h,随炉冷却后得高性能半固态压铸铝合金。
测试例
(1)力学性能测试:按中华人民共和国国家标准GMN/T16865-2013,将上述实施例1~12的铝合金加工成标准拉伸试样,并在DNS500型电子拉伸试验机上进行室温拉伸力学性能,其中,拉伸速率为2毫米/分钟。
(2)晶粒参数测试:在上述实施例1~12的铝合金上取样,试样经磨制、抛光和腐蚀后,在OLYMPUS金相显微镜下对铝合金的显微组织进行观察,采用等积圆直径法分析测量α-Al晶粒的平均直径,采用等效圆度法分析测量α-Al晶粒的平均球形度。
实施例1~12的铝合金的力学性能、晶粒参数测试结果如表1所示,其中,性能检测以及晶粒参数测试均已以相同条件相同时间进行表征:
表1
续表1
从上述实施例我们可以看出,本发明通过优化铝合金制备过程中的半固态浆料制备、压铸成型等工艺步骤,可以获得晶粒平均直径小于60微米、晶粒平均球形度大于0.84、抗拉强度大于310MPa、屈服强度大于250MPa、伸长率大于8.5%的半固态铝合金。特别是实施例6、8、9、10和12,通过进一步优化主元素和微量元素的比例取得了更好的效果。
本发明中的半固态压铸铝合金与其他半固态铝合金相比有以下优点:1)本发明高性能半固态铝合金由Si、Mg、Mn等元素组成,在优化Si、Mg、Mn主合金元素的基础上,添加Ti元素细化α-Al晶粒,添加Sr元素细化变质共晶Si相,并且控制这些元素以及杂质元素的含量,使其相互配合,最终使的该铝合金具有高强度、良好塑性和优良的半固态压铸工艺性能;2)通过优化铝合金制备过程中的半固态浆料制备、压铸成型等工艺步骤,可以获得晶粒平均直径小于60微米、晶粒平均球形度大于0.84的铝合金半固态浆料,进一步提高了铝合金半固态浆料的压铸工艺性能,满足高强度、高韧性、高致密度铝合金零部件的半固态压铸生产需求;3)本发明的高性能半固态铝合金不用经过T6热处理,同样可以具有强度高和塑性好的显著优点;4)本发明的高性能半固态铝合金,抗拉强度为310~350MPa,屈服强度为250~305MPa,伸长率为8.5~12.9%,巴氏硬度为89~99HBa,适合于半固态挤压压铸工艺制备,满足于汽车、电子电器、高端装备等领域所需的高强度、高韧性、高致密度铝合金零部件。
最后应说明的是:在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个…”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高性能半固态压铸铝合金,其特征在于,所述铝合金包括下述组分,且各组分的含量以重量百分比表示如下:Si 6.00~13.50%,Mg 0.15~1.00%,Cu 0.05~0.50%,Ti0.01~0.10%,Mn 0.10~1.00%,Sr 0.01~0.10%,Fe≤0.20%,杂质元素总和<0.15,其余为铝;并且,重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围为0.75-1.50。
2.根据权利要求1所述的高性能半固态压铸铝合金,其特征在于,所述铝合金包括下述组分,且各组分的含量以重量百分比表示如下:Si 7.50~12.50%,Mg 0.20~0.80%,Cu0.10~0.30%,Ti 0.01~0.05%,Mn 0.20~0.80%,Sr 0.01~0.04%,Fe≤0.18%,杂质元素总和<0.15,其余为铝;并且,重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围为0.75-1.50。
3.根据权利要求1所述的高性能半固态压铸铝合金,其特征在于,所述铝合金包括下述组分,且各组分的含量以重量百分比表示如下:Si 8.50~10.50%,Mg 0.25~0.65%,Cu0.15~0.25%,Ti 0.01~0.05%,Mn 0.30~0.60%,Sr 0.01~0.04%,Fe≤0.15%,杂质元素总和<0.15,其余为铝;并且,重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围为0.75~1.50。
4.根据权利要求1-3任一所述的高性能半固态压铸铝合金,其特征在于,重量百分比的比值C1=Mg/Mn的范围为1.00~1.25。
5.根据权利要求1-3任一所述的高性能半固态压铸铝合金,其特征在于,重量百分比的比值C2=Sr/Ti的范围为0.50~1.00。
6.根据权利要求5所述的高性能半固态压铸铝合金,其特征在于,重量百分比的比值C2=Sr/Ti的范围为0.75~1.00。
7.一种如权利要求1-6任一所述的高性能半固态压铸铝合金的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
1S配料及熔炼:按组分配取原料硅源、镁源、铜源、铝源、钛源、锰源,锶源;将配取的原料加热熔炼,得铝合金液,其中熔炼温度为730~760℃;
2S半固态浆料制备:将步骤1S所得的铝合金液采用机械搅拌、电磁搅拌或超声振动方法制备成温度为580~600℃的铝合金半固态浆料;
3S压铸成型:将步骤2S所得的铝合金半固态浆料压铸成型,得半固态压铸铝合金,其中,压铸温度为200~260℃、压射速度为0.1~0.5m/s、压射比压为90~110MPa、增压压力为165~225MPa,保压时间为5~10s;
4S组合热处理:将步骤3S所得的半固态压铸铝合金在545~550℃温度下固溶处理6~8h,水淬后,在200~205℃温度下时效处理3~5h,随炉冷却后得高性能铝合金。
8.根据权利要求7所述的高性能半固态压铸铝合金的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
或2S半固态浆料制备:将步骤1S所得的铝合金液进行精炼除气除渣后,采用机械搅拌方法制备成温度为580~600℃的铝合金半固态浆料;
其中,所述硅源为99.9%的速溶硅,所述镁源为99.95%的镁锭,所述铜源为99.99%的电解铜,所述铝源为99.8%的铝锭,所述钛源为Al-10Ti合金,所述锰源为Al-10Mn合金,所述锶源为Al-10Sr合金。
9.根据权利要求7所述的高性能半固态压铸铝合金的制备方法,其特征在于,在步骤2S中,所述搅拌方法包括机械搅拌、电磁搅拌或超声振动方法,其中,所述机械搅拌方法的搅拌速度为1000~1850转/分钟,搅拌时间为10~18s;所述电磁搅拌方法的搅拌频率为40~50赫兹,搅拌时间为10~15s;所述超声振动方法的振动频率为20~30赫兹,振动时间为5~10s。
10.根据权利要求7所述的高性能半固态压铸铝合金的制备方法,其特征在于,在步骤3S中,压铸模温度为220~240℃、压射速度为0.1~0.5m/s、压射比压为90~110MPa、增压压力为180~220MPa,保压时间为8~10s。
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