CN112626390A - 一种高延伸率压铸铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种高延伸率压铸铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高延伸率压铸铝合金及其制备方法，所述铝合金按照质量百分比计算，包括如下组分：Si为9.0%~11.0%；Mn为0.1%~1.0%；Sr为0.01%~0.1%；RE为0.01~1.0%；杂质元素总和小于0.15%；余量为Al。本发明所述铝合金在压铸状态下延伸率较高，可以有效降低后续热处理的温度，避免了压铸件在热处理过程中出现变形、起泡等质量问题，大大降低了压铸工艺难度，提升了热处理后产品质量，降低了因热处理造成的成本损失。

Description

一种高延伸率压铸铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种高延伸率压铸铝合金及其制备方法。
背景技术
当前，3C产品、汽车通讯电子等领域均面临着日益增加的轻量化压力。特别是新能源汽车行业的兴起，汽车行业面临轻量化的压力越来越大。铝合金具有良好的综合性能，其密度小、强度高、导电导热性好、加工简单等优点较好地满足了产品结构及散热要求，因此被广泛应用于汽车、电子及通讯等领域。
压铸成型工艺相较于挤压、锻造、冲压等成型工艺具有较低的生产成本，作为一种高速、高压的近终成型工艺，压铸成型还具有生产效率高、尺寸精度高、力学性能优异、可以成型形状复杂和轮廓清晰的薄壁深腔铸件等特点，特别适合于汽车结构件的集成化设计和一体成型，还大大降低了制造成本。
目前，以特斯拉为代表的汽车制造企业对用于压铸生产汽车结构件的铝合金材料性能要求较高，其中，铝合金材料的屈服强度要大于120MPa，抗拉强度要大于180MPa，延伸率要大于12%，现有技术只有使用德国莱恩铝业公司的Silafont-36（AlSi10MgMn）铝合金材料，并通过T6/T7热处理才能满足其要求。
而Silafont-36（AlSi10MgMn）铝合金材料在性能上存在不足：1）压铸状态下该材料的塑性不足，比较低，屈服强度和抗拉强度虽然能达到要求，但延伸率仅为3%~6%；2）而为了使延伸率达到12%以上的要求，必须采用T6/T7热处理工艺，这就要求压铸工艺必须采用高真空工艺，而在热处理过程中该材料极易起泡，并且固溶处理的温度较高，产品容易出现变形等质量问题，使得处理后的产品合格率较低，造成成本的严重损失。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种高延伸率压铸铝合金及其制备方法，以解决现有技术铝合金材料在热处理过程中易起泡、变形、合格率较低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种高延伸率压铸铝合金，所述铝合金按照质量百分比计算，包括如下组分：
Si为9.0%~11.0%；Mn为0.1%~1.0%；Sr为0.01%~0.1%；RE为0.01~1.0%；杂质元素总和小于0.15%；余量为Al。
优选地，所述铝合金按照质量百分比计算，包括如下组分：Si为9.5%~10.3%；Mn为0.4%~0.9%；Sr为0.02%~0.1%；RE为0.1~0.5%；杂质元素总和小于0.15%；余量为Al。
优选地，还包括Cu、Zn、Fe、Mg、Ni，其单个元素质量分数均小于0.1%。
一种高延伸率压铸铝合金的制备方法，制备如本发明所述高延伸率压铸铝合金，包括以下步骤：
（1）原料准备：按所述质量百分比，定量配置好原料；
（2）熔化：将Al熔化后，升温至730℃～750℃，加入Si、Mn熔化，搅拌均匀，得到熔体I；降温至700℃，加入Sr熔化，得到熔体II；静置15~40分钟；
（3）合金锭制备：将所述熔体II降温至660℃~720℃，捞净表面浮渣后，浇筑成锭，得到压铸铝合金锭；
（4）压铸：将所述压铸铝合金锭重熔后，保温在660℃~680℃进行压铸；
（5）热处理：将所述步骤（4）得到的压铸件在280℃~330℃条件下保温2~4h。
优选地，所述步骤（2）中在加入Si、Mn的同时加入RE。
优选地，所述Mn、Sr、RE为Al-Sr合金、Al-RE合金、Al-Mn合金。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明对铝合金中各种元素的含量进行了调控，控制Si元素的用量，提升所述铝合金合金在压铸过程中的流动性同时，降低其对延伸率造成的不良影响。
2、本发明采用Mn元素替代Fe元素，Mn元素的加入可以解决压铸件和模具之间的粘模性问题，还不会影响所述铝合金的塑性。
3、本发明加入了Sr元素，可以改变所述铝合金中Si元素的形貌，避免其形成大颗粒的Si质点，从而对所述铝合金的塑性造成不利的影响。
4、本发明还加入了稀土元素RE，在所述铝合金凝固过程中，稀土元素RE可以增加形核率，细化所述铝合金的晶体组织，在提升强度的同时还提高了所述铝合金的延伸率。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
一、一种高延伸率压铸铝合金
所述铝合金按照质量百分比计算，包括如下组分：
Si为9.0%~11.0%；Mn为0.1%~1.0%；Sr为0.01%~0.1%；RE为0.01~1.0%；杂质元素总和小于0.15%；余量为Al。进一步优选为，所述铝合金按照质量百分比计算，包括如下组分：Si为9.5%~10.3%；Mn为0.4%~0.9%；Sr为0.02%~0.1%；RE为0.1~0.5%；杂质元素总和小于0.15%；余量为Al。
在具体实施时，稀土元素的加入可以细化所述铝合金的晶体组织，在铝合金凝固过程中，能够有效提升形核率，使单位时间内、单位体积中形成的晶核数量更多，铝合金晶体更加细致，在提升铝合金强度的同时也能有效提高铝合金的延伸率。对所述铝合金的组分进行进一步优化后，铝合金中杂质元素也是对其延伸率具有影响的因素，要对铝合金中杂质元素的总量要有所控制，所述杂质总的质量百分比小于0.15%。还包括Cu、Zn、Fe、Mg、Ni，其单个元素质量分数均小于0.1%。其中，Cu、Zn、Fe、Mg、Ni属于特殊杂质元素，这类元素会对铝合金的延伸率影响较大，且含量过高会对延伸率造成不良影响，需要单独控制，其含量应当控制在小于0.1%的范围内。而除这几种特殊杂质元素之外，其他杂质元素总的质量百分比小于0.15%，单个杂质元素含量小于0.05%。本发明采用Mn元素替代Fe元素，Mn元素的加入可以解决压铸件和模具之间的粘模性问题，使压铸件脱模更加容易，还不会影响所述铝合金的塑性。本发明还加入了Sr元素，可以改变所述铝合金中Si元素的形貌，避免其形成大颗粒的Si质点，从而对所述铝合金的塑性造成不利的影响，进一步提升铝合金的延伸率。
表1（单位：wt%）
实施例 Si Cu Mn Zn Fe Mg Ni Sr RE 其他杂质总和
1 9.50 0.05 0.65 0.05 0.02 0.01 0.005 0.05 0.10 0.12
2 9.80 0.07 0.75 0.02 0.02 0.02 0.005 0.04 0.20 0.13
3 10.20 0.08 0.82 0.04 0.03 0.03 0.006 0.06 0.50 0.10
4 10.25 0.07 0.55 0.08 0.05 0.03 0.006 0.05 0.40 0.14
5 10.10 0.09 0.45 0.03 0.01 0.02 0.005 0.08 0.30 0.14
二、一种高延伸率压铸铝合金的制备方法
制备如本发明所述高延伸率压铸铝合金，包括以下步骤：
（1）原料准备：按所述质量百分比，定量配置好原料。
（2）熔化：将Al熔化后，升温至730℃～750℃，加入Si、Mn熔化，搅拌均匀，得到熔体I；降温至700℃，加入Sr熔化，得到熔体II；静置15~40分钟。其中，Si采用单质硅3303Si的形式加入，也可以采用合金的形式加入。
（3）合金锭制备：将所述熔体II降温至660℃~720℃，捞净表面浮渣后，浇筑成锭，得到压铸铝合金锭。
（4）压铸：将所述压铸铝合金锭重熔后，保温在660℃~680℃进行压铸。其中，在压铸标准试杆工艺为：压铸机：300吨，低速0.18~0.23m/s，高速速度：2.8~3.5m/s，铸造比压：60~100MPa。
（5）热处理：将所述步骤（4）得到的压铸件在280℃~330℃条件下保温2~4h。
在具体实施时，所述步骤（2）中在加入Si、Mn的同时加入RE。所述Mn、Sr、RE为Al-Sr合金、Al-RE合金、Al-Mn合金。
根据表1中的数据准备实施例1~5的原料，采用上述方法制备得到压铸后的压铸铝合金实施例1~5，并对其测试力学性能，见表2。
表2
实施例 屈服强度（MPa） 抗拉强度（MPa） 延伸率（%）
1 145 233 14
2 155 245 15
3 153 255 17
4 149 268 16
5 160 270 15
再对压铸后的压铸铝合金进行热处理，并测试其热处理后的力学性能，见表3。
表3
实施例 屈服强度（MPa） 抗拉强度（MPa） 延伸率（%）
1 125 209 17
2 135 205 18
3 128 228 20
4 145 225 18
5 150 245 16
结合表2和表3，本发明所述铝合金在压铸状态下延伸率较高，在屈服强度达到140~160MPa、抗拉强度达到230~270MPa时，具有较高的延伸率14-17%，也使后续热处理的温度可以降低到280℃~330℃，避免了压铸件在热处理过程中出现变形、起泡等质量问题，大大降低了压铸工艺难度，提升了热处理后产品质量，降低了因热处理造成的成本损失，通过热处理后，屈服强度达到125~150MPa、抗拉强度达到205~245MPa时，具有较高的延伸率16-20%。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种高延伸率压铸铝合金，其特征在于，所述铝合金按照质量百分比计算，包括如下组分：
Si为9.0%~11.0%；Mn为0.1%~1.0%；Sr为0.01%~0.1%；RE为0.01~1.0%；杂质元素总和小于0.15%；余量为Al。
2.根据权利要求1所述高延伸率压铸铝合金，其特征在于，所述铝合金按照质量百分比计算，包括如下组分：
Si为9.5%~10.3%；Mn为0.4%~0.9%；Sr为0.02%~0.1%；RE为0.1~0.5%；杂质元素总和小于0.15%；余量为Al。
3.根据权利要求1或2所述高延伸率压铸铝合金，其特征在于，还包括Cu、Zn、Fe、Mg、Ni，其单个元素质量分数均小于0.1%。
4.一种高延伸率压铸铝合金的制备方法，其特征在于，制备如权利要求1~3任一所述高延伸率压铸铝合金，包括以下步骤：
（1）原料准备：按所述质量百分比，定量配置好原料；
（2）熔化：将Al熔化后，升温至730℃～750℃，加入Si、Mn熔化，搅拌均匀，得到熔体I；降温至700℃，加入Sr熔化，得到熔体II；静置15~40分钟；
（3）合金锭制备：将所述熔体II降温至660℃~720℃，捞净表面浮渣后，浇筑成锭，得到压铸铝合金锭；
（4）压铸：将所述压铸铝合金锭重熔后，保温在660℃~680℃进行压铸；
（5）热处理：将所述步骤（4）得到的压铸件在280℃~330℃条件下保温2~4h。
5.根据权利要求4所述高延伸率压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中在加入Si、Mn的同时加入RE。
6.根据权利要求5所述高延伸率压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述Mn、Sr、RE为Al-Sr合金、Al-RE合金、Al-Mn合金。
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