CN110904369A - 一种高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金 - Google Patents
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Abstract
一种高性能的铸造Al‑Si‑Mg‑Er合金，属于有色金属材料领域。本发明在于调整Al‑Si‑Mg中的合金元素的质量比，同时添加Er元素，合金主要成分范围为Si：5.00‑8.00wt％，Mg：0.20‑1.00wt％，Er：0.02‑0.55wt％，微量元素包括：Zr：0.02‑0.50wt％，Ti：0‑0.30wt％，余量为Al及一些不可避免的杂质，并对合金进行恰当的热处理。实施例表明，本发明合金铸造性能良好，经过恰当热处理后合金具有良好力学性能，在保证高强度、高塑性的同时兼具良好的耐高温、低温性能及耐腐蚀性能。本发明开发的合金具有重要的使用价值，适用于汽车工业及民用等各个领域。
Description
技术领域
本发明涉及所述一种新型高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金，可用于汽车工业及民用领域，属于有色金属材料领域。
背景技术
Al-Si-Mg系合金由于质量轻、铸造性能良好，而被广泛应用于汽车及交通运输工业，是实现汽车轻量化的重要材料之一。但传统的Al-Si-Mg系铸造合金的组织中普遍存在着较粗大的α-Al树枝晶或胞状晶，使合金熔体的流动性降低。另外Al-Si-Mg系合金中共晶硅多以粗大的块状或针片状形式存在，在受到外力作用时容易形成应力集中，导致材料的最终断裂，对合金的力学性能影响较大，使得Al-Si-Mg系铸造合金难以达到较高的强度、塑性。加入Er、Zr元素能够细化铝硅合金中的α-Al相，明显降低铸态下合金的二次枝晶臂间距。同时使针状、片状的共晶硅相发生熔断，由纤维状转变为球状，降低对合金基体的割裂作用，提升材料塑性。
由于铝合金材料在航空航天、海洋船舶、汽车发动机等重要零部件等领域的不断应用，对合金能够适应高温、低温及腐蚀等环境变化的性能提出了要求。目前应用较多的耐高温铸造合金多为Al-Cu系合金，但其铸造成型性能远不及Al-Si系合金，而传统的Al-Si-Mg系铸造合金难以达到良好耐高温、低温、腐蚀的综合性能。
本发明中合金组织得到改善，晶粒得到细化，共晶硅相由纤维状、针状转变为短棒状、椭球状。提供一种在室温具有较高强度、塑性以及良好耐腐蚀性能，并且在高温、低温等不同环境下性能保持良好的铸造Al-Si-Mg-Er铝合金。
发明内容
本发明中合金的质量百分比为：Si：5.00-8.00wt％，Mg：0.20-1.00wt％，Er：0.01-0.55wt％，微量元素包括：Zr：0.01-0.50wt％，Ti：0-0.30wt％，余量为Al及一些不可避免的杂质。
进一步优选Si：5.00-7.00wt％；Mg：0.50-0.70wt％；Er：0.15-0.25wt％；Zr：0.15-0.25％wt，Ti：0-0.10wt％。
制备一种适用于高低温环境的耐腐蚀Al-Si-Mg-Er合金铸件，制备方法包括但不限于金属型铸造和压力铸造。
对一种适用于高低温环境的耐腐蚀Al-Si-Mg-Er合金进行热处理，包括以下步骤：
第一步：单级固溶处理，固溶温度为525℃-545℃，保温时间为3-15h。或双极固溶处理，第一极固溶温度为275℃-285℃，保温时间为1-5h，第二极固溶温度为525℃-545℃，时间为3-15h，水淬；
第二步：时效处理，时效温度160-180℃，时效时间1h-15h。
本发明合金铸造性能良好，经过恰当热处理后合金具有良好力学性能，在保证高强度、高塑性的同时兼具良好的耐高温、低温性能及耐腐蚀性能。本发明开发的合金具有重要的使用价值，适用于汽车工业及民用等各个领域。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做详细说明，本发明并不限于以下实施例。以下实施例中的Fe元素归为杂质类。
实施例1
选取新型合金的上、中、下限，将纯铝、Al-Si、Al-Er、Al-Zr中间合金连同石墨坩埚放入熔炼炉中熔化，熔炼温度为780℃，待中间合金全部熔化，将用铝箔纸包裹的镁块用钟罩压入完全熔化后的合金液中，缓慢搅拌至镁块完全熔化，取出钟罩后保温15min。铁模浇铸，水冷至室温。对铸态合金进行硬度测试。
对铸锭进行固溶处理，具体固溶处理工艺为：固溶温度280℃，保温3h，升温至530℃，保温3h，水淬。对固溶处理所得的合金进行单级时效处理，具体时效处理工艺为：时效温度170℃，保温3h后空冷至室温。对热处理后合金按照GB/T228.1-2010标准进行室温拉伸测试，合金成分及性能测试结果见表1。
表1合金成分、铸态硬度及热处理后拉伸性能
实施例2
合金成分质量百分比为：Si：6.16wt.％，Mg：0.56wt.％，Er：0.21wt.％，Zr：0.21wt.％，Fe：0.15wt.％，Ti：0.02wt.％，余量为Al。
参照实施例1中进行相同条件的熔炼铸造，对铸锭进行实施例1中相同的固溶时效处理。对热处理后的合金进行150℃、室温以及-100℃拉伸试验，测试结果见表2。
对热处理后的合金进行晶间腐蚀，腐蚀溶液选取为3％NaCl+1％HCl混合水溶液，浸泡温度30℃，浸泡时间24h；对热处理后的合金在300℃下保温1h，对保温处理后的合金进行相同条件晶间腐蚀。晶间腐蚀失重值见表3。
表2不同温度下合金拉伸力学性能
表3不同实验条件合金晶间腐蚀失重值
| 实验条件 | 晶间腐蚀失重值(mg/cm<sup>2</sup>) |
| 室温 | 2.18 |
| 300℃/1h高温保温 | 2.17 |
实施例3
合金成分质量百分比为：Si：5.90wt.％，Mg：0.50wt.％，Er：0.22wt.％，Fe：0.27wt.％，Zr：0.17wt.％，Ti：0.02wt.％，余量为Al。
按元素成分配制原料，通过压力铸造铸造成型。对成型合金进行与实施1中相同的固溶时效处理，对热处理后合金按照GB/T228.1-2010标准进行室温拉伸测试。测试结果见表4。
实施例4
合金成分质量百分比为：Si：5.90wt.％，Mg：0.50wt.％，Er：0.22wt.％，Fe：0.27wt.％，Zr：0.17wt.％，Ti：0.02wt.％，余量为Al。
按照实施例3方法通过压力铸造方式铸造合金。对成型合金进行固溶处理，具体固溶工艺为：固溶温度280℃，保温3h，升温至540℃，保温10h，水淬。对固溶处理所得的合金进行单级时效处理，具体时效处理工艺为：时效温度170℃，保温10h，空冷至室温。对热处理后合金按照GB/T228.1-2010标准进行室温拉伸测试，测试结果见表4。
表4不同热处理工艺压力铸造合金力学性能
在本发明的一个较好的实施例中，热处理后金属型铸造合金室温下抗拉强度≥300MPa，屈服强度≥245MPa，延伸率≥6％；150℃下抗拉强度≥260MPa，屈服强度≥235MPa，延伸率≥10.5％；-100℃下抗拉强度≥365MPa，屈服强度≥290MPa，延伸率≥7.5％。室温下晶间腐蚀失重值≤2.18mg/cm2；300℃下晶间腐蚀失重值≤2.17mg/cm2。
在本发明的另一个较好实施例中，压力铸造合金热处理后室温下抗拉强度≥340MPa，屈服强度≥310MPa，延伸率≥5％。
由实施例可以看出，本发明中的合金具有良好的铸造成型性能。室温、高温、低温环境下均具有较高强度、塑性，耐腐蚀性能优良，具备良好的高温稳定性。本发明合金在150℃高温下屈服强度仅降低约3.7％，并且延伸率提升75％；-100℃低温下屈服强度超过290MPa，较室温性能提升19.6％，延伸率提高50％；合金耐腐蚀性良好，且高温环境下耐腐蚀性能保持良好。
本发明合金有利于解决铝硅铸造合金塑性较差问题，同时兼具良好的耐高温、低温、腐蚀的综合性能。
Claims (9)
1.一种高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金，其特征在于，合金的质量百分比为：Si：5.00-8.00wt％，Mg：0.20-1.00wt％，Er：0.01-0.55wt％，微量元素包括：Zr：0.01-0.50wt％，Ti：0-0.30wt％，余量为Al及一些不可避免的杂质。
2.按照权利要求1所述的一种高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金，其特征在于，Si：5.00-7.00wt％。
3.按照权利要求1所述的一种高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金，其特征在于，Mg：0.50-0.70wt％。
4.按照权利要求1所述的一种高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金，其特征在于，Er：0.15-0.25wt％。
5.按照权利要求1所述的一种高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金，其特征在于，Zr：0.15-0.25％wt。
6.按照权利要求1所述的一种高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金，其特征在于，Ti：0-0.10wt％。
7.权利要求1-6任一项所述高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金的制备方法，其特征在于，包括但不限于金属型铸造、压力铸造中的一种或几种。
8.权利要求1-6任一项所述的高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金的热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：对合金进行单级或双级固溶处理：单级固溶处理温度为525℃-545℃，保温时间为3-15h；双级固溶处理一级固溶温度为275℃-285℃，保温时间为1-5h，第二级固溶温度为525℃-545℃，时间为3-15h。
9.按权利要求8所述的高性能的铸造Al-Si-Mg-Er合金的热处理工艺，其特征在于，还包括时效处理，时效温度160-180℃，时效时间1h-15h。
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