CN112695230A

CN112695230A - 一种高延伸率耐热铝合金车用零件及其制备方法

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Publication number: CN112695230A
Application number: CN202011514386.XA
Authority: CN
Inventors: 杨仕万; 单宝春
Original assignee: Qingdao Xuyuan Electronics Co ltd
Current assignee: Qingdao Xuyuan Electronics Co ltd
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-04-23
Anticipated expiration: 2040-12-21
Also published as: CN112695230B

Abstract

本发明公开了一种高延伸率耐热铝合金车用零件，具体涉及铝合金车用零件技术领域，包括按重量百分数计的如下元素：Si、Cu、Mg、Sc、Zr、Cr、Sm、Co、Mn，余量为Al和不可避免的杂质。本发明生产的高延伸率耐热铝合金车用零件在铝硅合金中加入Sc、Zr、Cr、Sm和Co，Sc能够提高铝合金再结晶的温度，与Zr协同作用能够形成Al3(ZrXSc1‑X),能够有效抑制铝合金再结晶过程的出现，能够有效提高铝合金的强度，而且Sc、Zr和Mn协同作用能够强化铝合金以及细化铝合金内部晶粒，从而使得铝合金的延伸率大大增加，减少车用零件焊缝处的热裂现象，加入稀土元素Sm能够有效提高铝合金的耐热性，而且Sm和Co能够使铝合金内的晶粒细化，能够改善铝合金的性能。

Description

一种高延伸率耐热铝合金车用零件及其制备方法

技术领域

本发明涉及车用零件技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高延伸率耐热铝合金车用零件及其制备方法。

背景技术

随着汽车市场竞争的日益激烈，消费者对产品品质的要求也日益增加。汽车是由大量的零件部组合而成，而铝合金零件是汽车常用材料之一。铝合金具有密度低，但是强度比较高，接近或者是超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材料，具有优良的导电性，导热性和抗蚀性等特性。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，有航空、航天、汽车、机械制造、船舶、铝合金及化学工业中大量应用。

纯铝的密度小，大约是铁的1/3，熔点低，为660℃，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各种型材和板材，铝合金的抗腐蚀性能好，但是纯铝的强度很低，不宜作结构材料，通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐加入合金元素及运用热处理方法来强化铝，得到各种性能不同的铝合金。添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，这样使得比强度胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重，采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50％以上。

铝硅合金是非常常见的一种铝合金，铝硅比的变化可以使硬度产生非常大的影响，如硅含量7％以下时，铝硅合金具有良好的延展性，而硅含量超过铝硅共晶点(11.7％硅)后，合金中硅颗粒明显增加，合金的硬度和耐磨性也显著的增加，但延展性较低，而且现有的铝硅合金耐热性能不能满足人们的实用需求，导致车用零件的使用寿命降低。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种高延伸率耐热铝合金车用零件及其制备方法，本发明所要解决的问题是：如何提高铝合金车用零件的延伸率和耐热性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高延伸率耐热铝合金车用零件，包括按重量百分数计的如下元素：Si:8-12％、Cu:1-2.5％、Mg:0.8-1.6％、Sc:0.05-0.1％、Zr:0.01-0.05％、Cr:0.01-0.05％、Sm：0.05-0.1％、Co：0.05-0.1％、Mn:0.01-0.1％，余量为Al和不可避免的杂质。

在一个优选的实施方式中，包括按重量百分数计的如下元素：Si:8-11％、Cu:1.5-2％、Mg:1-1.4％、Sc:0.07-0.08％、Zr:0.02-0.04％、Cr:0.02-0.04％、Sm：0.07-0.09％、Co：0.07-0.09％、Mn:0.04-0.06％，余量为Al和不可避免的杂质。

在一个优选的实施方式中，包括按重量百分数计的如下元素：Si:10％、Cu:1.75％、Mg:1.2％、Sc:0.075％、Zr:0.03％、Cr:0.03％、Sm：0.075％、Co：0.075％、Mn:0.05％，余量为Al和不可避免的杂质。

在一个优选的实施方式中，所述不可避免的杂质包括Fe，所述Fe的重量百分数含量不超过0.15％，所述Al重量百分数不低于86％。

本发明还提供一种高延伸率耐热铝合金车用零件的制备方法，具体制备步骤如下：

步骤一：按照高延伸率耐热铝合金的成份分别称取适量的纯铝、纯铜、纯镁、Al-Si中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Sm中间合金、Al-Co中间合金和Al-Mn中间合金备用；

步骤二：将步骤一中称取的纯铝、纯铜、纯镁和Al-Si中间合金表面的氧化层取出并烘干，然后将纯铝和纯镁放入熔化炉中加热熔化，熔化温度为700-750℃，然后继续升温使得熔化炉内部的温度达到1000-1050℃时加入纯铜进行熔化，纯铜熔化后进行搅拌使得纯铝、纯铜和纯镁熔体混合均匀；

步骤三：将步骤二中混合均匀的熔体降温至770-780℃，保持温度为770-780℃的情况下依次加入Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Sm中间合金、Al-Co中间合金和Al-Mn中间合金，待Al-Mn中间合金全部熔化后，通过氮气将精炼剂吹入至熔液面2/3处进行精炼，精炼后静置15-20min进行扒渣撇去熔液面上表面的浮渣；

步骤四：将熔体温度降至725-745℃，加入Al-Si中间合金进行加热熔化，待全部熔化后进行搅拌使得各熔体混合均匀，通过氮气将精炼剂吹入至熔液面2/3处进行精炼，精炼后静置15-20min进行扒渣撇去熔液面上表面的浮渣得到铝合金熔体；

步骤五：将步骤四中得到的铝合金熔体浇注到车用零件的成型模具中，在自然条件下进行冷却成型；

步骤六：将步骤五中成型的车用零件放入温度为480-520℃的环境中处理8-12h，取出后利用90-100℃的热水淬火至室温，然后进行时效处理，时效处理完成后得到高延伸率耐热铝合金车用零件。

在一个优选的实施方式中，所述步骤一称取的Al-Si中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Sm中间合金、Al-Co中间合金和Al-Mn中间合金的质量分别根据Si、Sc、Zr、Cr、Sm、Co和Mn的含量称取。

在一个优选的实施方式中，所述步骤三和步骤四中精炼剂以下重量份的组分组成：硝酸钠18-24份、氟钛酸钾5-10份、氯化钾33-41份、氯化锌15-20份、硫酸钠3-8份、五氯化磷10-15份、氟硼酸钠12-18份、氟化铝8-14份、碳酸钙16-22份、木炭粉10-15份。

在一个优选的实施方式中，所述步骤三和步骤四中精炼时间为8-12min，所述精炼剂的添加量为熔体重量的0.5-2.5％。

在一个优选的实施方式中，所述步骤五中铝合金熔体浇注时，车用零件的成型模具预热到200-240℃。

在一个优选的实施方式中，所述步骤六中在480-520℃环境中处理时在铝合金表面覆盖一层氧化镁粉末，所述时效处理的温度为150-180℃，处理时间为15-20h，时效处理后进行空冷至室温。

本发明的技术效果和优点：

1、采用本发明的原料配方所制备出的高延伸率耐热铝合金车用零件，在铝硅合金中加入Sc、Zr、Cr、Sm和Co，Sc能够提高铝合金再结晶的温度，与Zr协同作用能够形成Al₃(Zr_XSc_1-X),能够有效抑制铝合金再结晶过程的出现，能够有效提高铝合金的强度，而且Sc、Zr和Mn协同作用能够强化铝合金以及细化铝合金内部晶粒，从而使得铝合金的延伸率大大增加，减少车用零件焊缝处的热裂现象，通过添加Cr和Cu能够有效提高铝合金车用零件的强度和延伸率，而且能够使得铝合金材料具有较好的耐腐蚀性，加入稀土元素Sm能够有效提高铝合金的耐热性，而且Sm和Co能够使铝合金内的晶粒细化，能够改善铝合金的性能；

2、本发明通过熔炼的方法将Al-Si中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Sm中间合金、Al-Co中间合金和Al-Mn中间合金加入到Al-Mg-Cu系合金中，对合金进行改性，并将得到的铸态合金进行热处理，所得铝合金显微组织均匀，析出相分布均匀弥散，铝合金车用零件经过固溶处理和时效处理，能够有效提高车用零件的屈服强度和拉伸强度。

具体实施方式

下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例1：

本发明提供了一种高延伸率耐热铝合金车用零件，包括按重量百分数计的如下元素：Si:8％、Cu:1％、Mg:0.8％、Sc:0.05％、Zr:0.01％、Cr:0.01-0.05％、Sm：0.05％、Co：0.05％、Mn:0.01％，余量为Al和不可避免的杂质。

步骤二：将步骤一中称取的纯铝、纯铜、纯镁和Al-Si中间合金表面的氧化层取出并烘干，然后将纯铝和纯镁放入熔化炉中加热熔化，熔化温度为725℃，然后继续升温使得熔化炉内部的温度达到1050℃时加入纯铜进行熔化，纯铜熔化后进行搅拌使得纯铝、纯铜和纯镁熔体混合均匀；

步骤三：将步骤二中混合均匀的熔体降温至775℃，保持温度为775℃的情况下依次加入Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Sm中间合金、Al-Co中间合金和Al-Mn中间合金，待Al-Mn中间合金全部熔化后，通过氮气将精炼剂吹入至熔液面2/3处进行精炼，精炼后静置18min进行扒渣撇去熔液面上表面的浮渣；

步骤四：将熔体温度降至735℃，加入Al-Si中间合金进行加热熔化，待全部熔化后进行搅拌使得各熔体混合均匀，通过氮气将精炼剂吹入至熔液面2/3处进行精炼，精炼后静置18min进行扒渣撇去熔液面上表面的浮渣得到铝合金熔体；

步骤六：将步骤五中成型的车用零件放入温度为500℃的环境中处理10h，取出后利用95℃的热水淬火至室温，然后进行时效处理，时效处理完成后得到高延伸率耐热铝合金车用零件。

在一个优选的实施方式中，所述步骤三和步骤四中精炼剂以下重量份的组分组成：硝酸钠21份、氟钛酸钾8份、氯化钾37份、氯化锌18份、硫酸钠6份、五氯化磷12份、氟硼酸钠15份、氟化铝11份、碳酸钙19份、木炭粉12份。

在一个优选的实施方式中，所述步骤三和步骤四中精炼时间为10min，所述精炼剂的添加量为熔体重量的1.5％。

在一个优选的实施方式中，所述步骤五中铝合金熔体浇注时，车用零件的成型模具预热到220℃。

在一个优选的实施方式中，所述步骤六中在500℃环境中处理时在铝合金表面覆盖一层氧化镁粉末，所述时效处理的温度为165℃，处理时间为16h，时效处理后进行空冷至室温。

实施例2：

与实施例1不同的是，所述高延伸率耐热铝合金车用零件包括按重量百分数计的如下元素：Si:10％、Cu:1.75％、Mg:1.2％、Sc:0.075％、Zr:0.03％、Cr:0.03％、Sm：0.075％、Co：0.075％、Mn:0.05％，余量为Al和不可避免的杂质。

实施例3：

与实施例1-2均不同的是，所述高延伸率耐热铝合金车用零件包括按重量百分数计的如下元素：Si:11％、Cu:1.5％、Mg:1.2％、Sc:0.1％、Zr:0.05％、Cr:0.05％、Sm：0.1％、Co：0.1％、Mn:0.0.1％，余量为Al和不可避免的杂质。

分别选取上述实施例1、实施例2和实施例3生产的铝合金车用零件分别作为实验组1、实验组2和实验组3，利用传统的铝硅合金车用零件作为对照组，分别测量车用零件在20℃、200℃、250℃和300℃条件下的力学性能。测量结果如表一：

表一

由表一可知，本发明生产的铝合金车用零件较传统的铝硅合金车用零件，屈服强度、抗拉强度和延伸率均优于传统的铝硅合金车用零件，而且本发明生产的铝合金车用零件在20-300℃之间随着温度的增加，铝合金车用零件的力学性能较低较少，本发明生产的铝合金车用零件耐热性能较好，由此证明，本发明生产的铝合金车用零件在铝硅合金中加入Sc、Zr、Cr、Sm和Co，Sc能够提高铝合金再结晶的温度，与Zr协同作用能够形成Al₃(Zr_XSc_1-X),能够有效抑制铝合金再结晶过程的出现，能够有效提高铝合金的强度，而且Sc、Zr和Mn协同作用能够强化铝合金以及细化铝合金内部晶粒，从而使得铝合金的延伸率大大增加，减少车用零件焊缝处的热裂现象，通过添加Cr和Cu能够有效提高铝合金车用零件的强度和延伸率，而且能够使得铝合金材料具有较好的耐腐蚀性，加入稀土元素Sm能够有效提高铝合金的耐热性，而且Sm和Co能够使铝合金内的晶粒细化，能够改善铝合金的性能。

实施例4：

本发明提供了一种高延伸率耐热铝合金车用零件，包括按重量百分数计的如下元素：Si:10％、Cu:1.75％、Mg:1.2％、Sc:0.075％、Zr:0.03％、Cr:0.03％、Sm：0.075％、Co：0.075％、Mn:0.05％，余量为Al和不可避免的杂质。

步骤五：将步骤四中得到的铝合金熔体浇注到车用零件的成型模具中，在自然条件下进行冷却成型。

选取实施例2和实施例4生产的铝合金车用零件在20℃下测量产品的力学性能，测量结果如表二：

表二

由表二可知，本发明铝合金车用零件浇注成型后经过固溶处理和时效处理能够有效提高铝合金车用零件的力学性能。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高延伸率耐热铝合金车用零件，其特征在于：包括按重量百分数计的如下元素：Si:8-12％、Cu:1-2.5％、Mg:0.8-1.6％、Sc:0.05-0.1％、Zr:0.01-0.05％、Cr:0.01-0.05％、Sm：0.05-0.1％、Co：0.05-0.1％、Mn:0.01-0.1％，余量为Al和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种高延伸率耐热铝合金车用零件，其特征在于：包括按重量百分数计的如下元素：Si:8-11％、Cu:1.5-2％、Mg:1-1.4％、Sc:0.07-0.08％、Zr:0.02-0.04％、Cr:0.02-0.04％、Sm：0.07-0.09％、Co：0.07-0.09％、Mn:0.04-0.06％，余量为Al和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种高延伸率耐热铝合金车用零件，其特征在于：包括按重量百分数计的如下元素：Si:10％、Cu:1.75％、Mg:1.2％、Sc:0.075％、Zr:0.03％、Cr:0.03％、Sm：0.075％、Co：0.075％、Mn:0.05％，余量为Al和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的一种高延伸率耐热铝合金车用零件，其特征在于：所述不可避免的杂质包括Fe，所述Fe的重量百分数含量不超过0.15％，所述Al重量百分数不低于86％。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高延伸率耐热铝合金车用零件的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：

6.根据权利要求5所述的一种高延伸率耐热铝合金车用零件的制备方法，其特征在于：所述步骤一称取的Al-Si中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Sm中间合金、Al-Co中间合金和Al-Mn中间合金的质量分别根据Si、Sc、Zr、Cr、Sm、Co和Mn的含量称取。

7.根据权利要求5所述的一种高延伸率耐热铝合金车用零件的制备方法，其特征在于：所述步骤三和步骤四中精炼剂以下重量份的组分组成：硝酸钠18-24份、氟钛酸钾5-10份、氯化钾33-41份、氯化锌15-20份、硫酸钠3-8份、五氯化磷10-15份、氟硼酸钠12-18份、氟化铝8-14份、碳酸钙16-22份、木炭粉10-15份。

8.根据权利要求5所述的一种高延伸率耐热铝合金车用零件的制备方法，其特征在于：所述步骤三和步骤四中精炼时间为8-12min，所述精炼剂的添加量为熔体重量的0.5-2.5％。

9.根据权利要求5所述的一种高延伸率耐热铝合金车用零件的制备方法，其特征在于：所述步骤五中铝合金熔体浇注时，车用零件的成型模具预热到200-240℃。

10.根据权利要求5所述的一种高延伸率耐热铝合金车用零件的制备方法，其特征在于：所述步骤六中在480-520℃环境中处理时在铝合金表面覆盖一层氧化镁粉末，所述时效处理的温度为150-180℃，处理时间为15-20h，时效处理后进行空冷至室温。