CN111500903A - 一种非热处理型高强高韧铸造铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非热处理型高强高韧铸造铝合金及其制备方法，其中各元素含量为：Si:3.0‑15.0wt.％；Mg:0.1‑12wt.％；Fe:0.1‑0.8wt.％；Mn:0.10‑1.5wt.％、Sr：0.005‑0.040wt.％，余量为Al和不可避免的杂质。其铸态抗拉强度在325‑375MPa之间、屈服强度在230‑295MPa之间、延伸率0.7‑4.5％本发明解决的技术问题在于克服了现有压力铸造铝合金不经过热处理的情况强度低，韧性差的缺点，提供了一种新型低成本非热处理型高强度、高韧性铸造铝硅合金的制备方法。

Description

一种非热处理型高强高韧铸造铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种非热处理型高强高韧铸造铝合金及其制备方法。
背景技术
挤压铸造又称液态模，即采用低的充型速度和最小的扰动，使金属液在高压下凝固，已获得高致密的铸件，在制备大型厚壁件优势明显，材料利用率高，节能效果显著，便于实现机械化、自动化，虽然适用于挤压铸造的合金材料较多，但就轻质合金而言，目前应用最广泛的还是A356和A390等传统合金，其强度不能满足工业化越来越高的需求。
高压铸造产品表面光洁度高、尺寸精度高、优异的机械性等特点能被广泛用来制备汽车及工业部件。在过去的十年内，压铸铝合金件逐步取代铸铁件以提升车辆的燃油经济性。几十年来，大量的研究致力于研发高性能的压铸铝合金。
普通的压铸件由于存在不可避免的卷气，在高温热处理时会引起表面起泡，尺寸变形等缺陷，因此压铸件并不适合热处理。目前常见的铸造铝合金有Al-Si系列、Al-Si-Cu系列、Al-Si-Mg系列、Al-Si-Cu-Mg系列以及Al-Mg系列，但其屈服强度基本在120-190MPa，延伸率在1-8％。为了进一步提高压铸合金的性能，一般在这些系列中加入Cu、Mn、Zn或者Mg等元素，虽然这些方法可以改善性能，但始终不能达到某些结构件强度和韧性的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非热处理型高强高韧铸造铝合金，以解决现有技术中的铸造铝合金强度低、韧性差以及成本高等问题，同时提供制备非热处理型高强高韧铸造铝合金的方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种非热处理型高强高韧铸造铝合金,其特征在于，各组分的重量百分比为：Si:Si:3.0-15.0wt.％；Mg:0.1-12wt.％；Fe:0.1-0.8wt.％；Mn:0.10-1.5wt.％；Sr：0.005-0.040wt.％，余量为Al和不可避免的杂质。
进一步地，各组分的重量百分比：Si:4.5-14.5wt.％；Mg:1.5-7.0wt.％；Fe:0.1-0.5wt.％；Mn:0.35-1.0wt.％；Sr：0.01-0.030wt.％，余量为Al和不可避免的杂质。
一种非热处理型高强高韧铸造铝合金的制备方法：
1)清洗和烘干：将准备好的原料：纯铝锭、纯镁锭以及其他中间合金，进行清洗去油并烘干处理备用；
2)熔炼：在坩埚中先加入纯铝锭，将温度升高至710-740℃，再依次加入其他中间合金，待全部熔化后，最后加入纯镁锭，搅拌均匀后并保温20-35min后，利用石墨转子除气：转速350-550rpm，除气时间10-20min，最后除气扒渣，再静置10-20min，保温在690-720℃，进行化学成分检测并等待铸造；
3)压铸：将步骤2)中熔炼好的铝液进行标准压力铸造试验，压铸温度在680-700℃，模具温度控制在160-220℃，初始注射速度0.5-2.5m/s，浇口压射速度55-75m/s；制得标准压铸试样件；或者或者进行挤压铸造试验，铝液温度680-700℃，模具温度控制在160-220℃，挤压压力50-100MPa，制得标准的挤压试样件。
在本发明的一个优选实施例中，所述的中间合金包括铝硅中间合金、铝猛中间合金、铝铁中间合金、铝锶中间合金中的一种或者任意两种以上的组合。
本发明提供了一种非热处理型高强度高韧性铸造铝合金，通过调整凝固组织中共晶组织的体积分数(20-35％)，形成复杂的初生α-Al相、α-AlFeMnSi相；二元(Al+Mg2Si)共晶体以及超细四元(Al+Mg2Si+Si+π-AlFeMnSi)共晶体。纳米尺度共晶Si和微米尺度的α相协调作用钉扎在晶界处阻碍位错运动，从而提高合金的强度。组织的细化抑制了裂纹的形成并阻碍了裂纹的扩展提高了延伸率。
采用上述方案，本发明获得的铝合金压铸件性能良好，其具有较高的强度和韧性，焊接性能及且行性能良好，是一种用途非常广泛的非热处理型高强高韧铸造铝合金。
附图说明
图1是实施例1中合金铸态SEM图；
图2是实施例2中合金铸态SEM图
图3是实施例3中合金铸态SEM图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述。实施例仅为说明本发明的保护范围。另外实施例中为注明具体技术操作步骤或条件者，均按照本领域内的文献或者产品说明书进行。所用试剂或者仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场购置获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。
实施例1
本发明的实施例1的非热处理型高强高韧铸造铝合金的各组分的重量百分比为：Si:5.21wt.％；Mg:2.34wt.％；Fe:0.14wt.％；Mn:0.51wt.％；Sr：0.016wt.％，余量为Al和不可避免的杂质。
本发明的实施例1的非热处理型高强高韧铸造铝合金的制备方法，包括下述步骤：
1)清洗和烘干：将准备好的原料：纯铝锭、纯镁锭以及其铝锰中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锶中间合金，使用中性清洗剂清洗去油，纯铝锭和纯镁锭在200℃下烘干，中间合金在100℃烘干；
2)熔炼：在坩埚中先加入纯铝锭，将温度升高至730℃，再依次加入铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金，待其全部熔化后，在700℃下加入纯镁锭，搅拌均匀，再升温至730℃加入铝锶中间合金，待全部熔化后，最后加入纯镁锭，搅拌均匀后并保温25min，利用石墨转子除气：转速400rpm，除气时间15min，最后除气扒渣，再静置15min，保温在710℃，进行化学成分检测并等待铸造；
3)压铸：将步骤2中熔炼好的铝液进行标准压力铸造试验，压铸温度在690℃，模具温度控制在200℃，初始注射速度2.3m/s，浇口压射速度69m/s；制得标准压铸试样件1。
实施例2
原材料及制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，Si:7.45wt.％；Mg:3.65wt.％；Fe:0.16wt.％；Mn:0.49wt.％；Sr：0.20wt.％，制得标准压铸试样件2。
实施例3
原材料及制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，Si:13.2wt.％；Mg:5.75wt.％；Fe:0.18wt.％；Mn:0.46wt.％；Sr：0.020wt.％，制得标准压铸试样件3。
实施例4
本发明的实施例4的非热处理型高强高韧铸造铝合金的各组分的重量百分比为：Si:7.8wt.％；Mg:0.15wt.％；Fe:0.12wt.％；Mn:0.48wt.％；Sr：0.02wt.％，余量为Al和不可避免的杂质。
本发明的实施例4的非热处理型高强高韧铸造铝合金的制备方法，包括下述步骤：
1)清洗和烘干：将准备好的原料：纯铝锭、纯镁锭以及其铝锰中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锶中间合金，使用中性清洗剂清洗去油，铝和镁锭在200℃下烘干，中间合金在100℃烘干；
2)熔炼：在坩埚中先加入纯铝锭，将温度升高至730℃，再依次加入铝硅中间合金、铝猛中间合金、铝铁中间合金，待其全部熔化后，在700℃下加入纯镁锭，搅拌均匀，再升温至730℃加入铝锶中间合金，待全部熔化后，最后加入纯镁锭，搅拌均匀后并保温25min，利用石墨转子除气：转速400rpm，除气时间15min，最后除气扒渣，再静置15min，保温在710℃，进行化学成分检测并等待铸造；
3)挤压铸造：将步骤2)中熔炼好的铝液进行标准挤压铸造试验，铝液温度在680℃，模具温度控制在190℃，充头压力75MPa；制得标准压铸试样件4。
实施例5
原材料及制备方法与实施例4基本相同，不同之处在于，Si:10.2wt.％；Mg:0.5wt.％；Fe:0.16wt.％；Mn:0.47wt.％；Sr：0.02wt.％，制得标准挤压试样件5。
实施例6
原材料及制备方法与实施例4基本相同，不同之处在于，Si:9.8wt.％；Mg:9.2wt.％；Fe:0.21wt.％；Mn:0.48wt.％；Sr：0.02wt.％，制得标准压铸试样件6。
表1.实施例中的化学成分
元素 Si Mg Mn Fe Sr Al
实施例1 5.27 2.37 0.47 0.17 0.018 余量
实施例2 7.43 3.64 0.51 0.15 0.023 余量
实施例3 13.22 5.77 0.49 0.21 0.017 余量
实施例4 7.51 0.12 0.46 0.13 0.014 余量
实施例5 10.31 0.48 0.48 0.15 0.016 余量
实施例6 9.56 9.05 0.47 0.19 0.018 余量
机械性能测试
将上述实施例1-6制备的压铸铝合金标准件1-6分别进行性能测试(万能试验机)，所得的检测结果见表2。
表2.性能测试表
Figure BDA0002437132330000081
根据表1、表2的数据可以得出，本铸造铝合金铸态性能极高，屈服强度比德国莱茵福尔德公司的SF36和SF38系列高70MPa以上。屈服强度实施例3最高，但结合实际应用要求延伸率高于2％，因此实施例2中的合金成分最优。
本发明提供了一种非热处理型高强度高韧性铸造铝合金，通过调整凝固组织中共晶组织的体积分数(20-35％)，形成复杂的初生α-Al相、α-AlFeMnSi相；二元(Al+Mg2Si)共晶体以及超细四元(Al+Mg2Si+Si+π-AlFeMnSi)共晶体。纳米尺度共晶Si和微米尺度的α相协调作用钉扎在晶界处阻碍位错运动，从而提高合金的强度。组织的细化抑制了裂纹的形成并阻碍了裂纹的扩展提高了延伸率。
本发明的技术方案获得的铝合金压铸性能良好，在非热处理状态下具有非常高的强度、韧性，是一种用途极为广泛的高强高热非热处理型铸造铝合金，适用于强度和韧性要求高的铸造铝合金应用领域。
以上仅为本发明较佳的实例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种非热处理型高强高韧铸造铝合金,其特征在于，各组分的重量百分比为：Si:3.0-15.0wt.％；Mg:0.1-12wt.％；Fe:0.1-0.8wt.％；Mn:0.10-1.5wt.％、Sr：0.005-0.040wt.％，余量为Al和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种非热处理型高强高韧铸造铝合金,其特征在于，各组分的重量百分比为：Si:4.5-14.5wt.％；Mg:1.5-7.0wt.％；Fe:0.1-0.5wt.％；Mn:0.35-1.0wt.％；Sr：0.01-0.030wt.％，余量为Al和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的非热处理型高强高韧铸造铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)清洗和烘干：将准备好的原料：纯铝锭、纯镁锭以及其他中间合金，进行清洗去油并烘干处理；
2)熔炼：在坩埚中先加入纯铝锭，将温度升高至710-740℃，再依次加入其他中间合金，待全部熔化后，最后加入纯镁锭，搅拌均匀后并保温20-35min后，利用石墨转子除气：转速350-550rpm，除气时间10-20min，最后除气扒渣，再静置10-20min，保温在690-720℃，进行化学成分检测并等待铸造；
3)铸造：将步骤2)中熔炼好的铝液进行标准压力铸造试验，压铸温度在680-700℃，模具温度控制在160-220℃，初始注射速度0.5-2.5m/s，浇口压射速度55-75m/s；制得标准压铸试样件，或者进行挤压铸造试验，铝液温度680-700℃，模具温度控制在160-220℃，挤压压力50-100MPa，制得标准的挤压试样件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的中间合金由铝硅中间合金、铝猛中间合金、铝铁中间合金、铝锶中间合金中的一种或任意两种以上的组合。
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