CN113293328B - 一种Al-Mg高强韧压铸铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Al‑Mg高强韧压铸铝合金及其制备方法，按照质量百分比计算包含如下组分：Mg为5%~10%；Si为1%~5%；Cu为0.1%~1.0%；Mn为0.1%~1.0%；Ca为0.01%~0.5%；Be为0.001%~0.01%；Fe不超过0.2%；其余杂质总和小于0.15%；余量为Al。本发明所述铝合金可以有效避免铝合金在压铸过程合金元素的烧损，提升了强化效果，有效改善产品造型性能不稳定的问题。

Description

一种Al-Mg高强韧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Al-Mg高强韧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。纯铝在室温下的导热率很高，但需要加入其它合金元素，使铝合金制品满足不同领域的需求。

在现有技术中，铝合金普遍采用压铸成型工艺制备，压铸成型相比挤压、锻造、冲压等成型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，大大降低了制造成本。

目前，由于压铸温度基本保持在700℃以上，压铸过程中Mg元素很容易造成合金中部分元素的烧损，使得强化效果减弱，形成氧化夹渣，导致得到的铝合金材料强度和强韧不稳定，产品造型性能不稳定。

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Al-Mg高强韧压铸铝合金及其制备方法，以解决现有技术铝合金在压铸过程容易造成合金元素烧损、强化效果减弱、产品造型性能不稳定的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种Al-Mg高强韧压铸铝合金，按照质量百分比计算包含如下组分：Mg为5％～10％；Si为1％～5％；Cu为0.1％～1.0％；Mn为0.1％～1.0％；Ca为0.01％～0.5％；Be为0.001％～0.01％；Fe不超过0.2％；还包括其他不可避免杂质，杂质总和小于0.15％；余量为Al。

优选地，按照质量百分比计算包含如下组分：Mg为5％～6.4％；Si为1.8％～2.6％；Cu为0.5％～0.8％；Mn为0.5％～0.8％；Ca为0.05％～0.3％；Be为0.002％～0.006％；Fe不超过0.15％；还包括其他不可避免杂质，杂质总和小于0.15％；余量为Al。

优选地，单个杂质元素质量百分比小于0.05％。

本发明还提供一种Al-Mg高强韧压铸铝合金的制备方法，制备如本发明所述Al-Mg高强韧压铸铝合金的制备方法，包括如下步骤：

(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溶化后，升温至730℃～750℃，加入Si、Ca、Mn和Cu，搅拌均匀，得到熔体I；降温至700℃，加入Be和Mg，得到熔体II；然后静置15～40分钟；

(3)合金锭制备：将熔体II降温至660℃～720℃，捞净表面浮渣后，浇筑成锭，得到所述Al-Mg高强韧压铸铝合金。

优选地，所述步骤(3)压铸后得到的压铸铝合金试样进行T1热处理。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在组分中加入了Mg元素，使其起到强化相的作用，并且加入Si元素增加合金在压铸过程中的流动性，同时形成Mg₂Si相，进一步起到强化相的作用；还加入了Cu元素，可以进一步提升材料的强度(形成Al₂Cu和Q-Al₅Cu₂Mg₈Si₆强化相)，并用Mn元素替代Fe元素，解决压铸件和模具之间的粘模性问题，但并不影响材料的塑性；本发明还加入了Ca和Be，可以在熔体表面形成氧化膜，防止Mg元素被氧化烧损，同时在合金凝固过程中，增加形核率，从而细化合金组织，在提升强度的同时还提高了合金的强韧。

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Al-Mg高强韧压铸铝合金

所述Al-Mg高强韧压铸铝合金按照质量百分比计算包含如下组分：Mg为5％～10％；Si为1％～5％；Cu为0.1％～1.0％；Mn为0.1％～1.0％；Ca为0.01％～0.5％；Be为0.001％～0.01％；Fe不超过0.2％；还包括其他不可避免杂质，杂质总和小于0.15％；余量为Al。

其中，按照质量百分比计算包含如下组分：Mg为5％～6.4％；Si为1.8％～2.6％；Cu为0.5％～0.8％；Mn为0.5％～0.8％；Ca为0.05％～0.3％；Be为0.002％～0.006％；Fe不超过0.15％；还包括其他不可避免杂质，杂质总和小于0.15％；余量为Al。单个杂质元素质量百分比小于0.05％。

本发明中，Mg元素主要起到强化相的作用，可以提升铝合金的强度；Si元素的加入可以增加铝合金在压铸过程中的流动性，同时会与Mg元素形成Mg2Si相，两者共同作用可以进一步提升铝合金的强度；Cu元素也是作为强化相元素，加入后可以提升铝合金的强度；Mn元素用于替代Fe元素，既可以解决压铸件和模具之间的粘模性问题，又不会影响铝合金的塑性；Ca和Be的加入，在铝合金压铸过程中会在熔体表面形成氧化膜，避免铝合金中其他元素，特别是Mg元素的氧化烧损，在铝合金凝固过程中，增加形核率，进一步细化铝合金的组织结构，在提升铝合金强度的同时也提高铝合金的强韧。在本发明中，Fe元素作为不可避免的杂质，要单独对其含量进行严格控制，将其控制在0.15％以下，其他不可避免杂质的总量控制在0.15％以下。

二、实施例

表1(单位：wt％)

编号	Si	Cu	Mn	Fe	Mg	Ca	Be	其他杂质总和
									实施例1	1.8	0.65	0.71	0.08	5.1	0.23	0.003	0.12
实施例2	2	0.67	0.75	0.1	5.6	0.18	0.005	0.13
									实施例3	2.1	0.68	0.78	0.11	5.8	0.12	0.004	0.10
实施例4	2.3	0.63	0.72	0.12	6.0	0.1	0.003	0.14
									实施例5	2.55	0.7	0.79	0.13	6.2	0.15	0.006	0.14
对比例1	2.1	0.05	0.65	0.15	5.5	--	--	0.13
									对比例2	2.2	0.05	0.66	0.14	5.6	--	--	0.11
对比例3	2.3	0.05	0.63	0.15	6.1	--	--	0.15

注：--表示未加入该组分。

选用德国莱恩铝业公司的Magsimal-59[AlMg5Si2Mn]压铸铝合金作为对比例。

二、一种Al-Mg高强韧压铸铝合金的制备方法

制备本发明所述Al-Mg高强韧压铸铝合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料准备：按所述质量百分比，定量配置好原料。其中，各种元素可以选用纯金属的形式加入，也可以采用合金的形式加入。例如，按照质量百分比，定量配置Al锭、Al-Cu合金、Al-Ca合金、Al-Mn合金、Al-Be合金、纯Mg以及单质3303Si。

(2)熔化：将Al溶化后，升温至730℃～750℃，加入Si、Ca、Mn和Cu，搅拌均匀，得到熔体I；降温至700℃，加入Be和Mg，得到熔体II；然后静置15～40分钟。其中，将所述Al锭熔化后，升温至730～750℃，纯Si加入及Al-Ca合金和Al-Mn合金，Al-Cu合金，搅拌均匀，得到熔体Ⅰ。然后，熔体Ⅰ降温至700℃，加入所述Al-Be合金及纯Mg熔化，得到熔体Ⅱ，然后静置15-40分钟。

(3)合金锭制备：将熔体II降温至660℃～720℃，捞净表面浮渣后，浇筑成锭，得到所述Al-Mg高强韧压铸铝合金。

其中，所述步骤(3)压铸后得到的压铸铝合金试样进行T1热处理。

压铸过程是将本发明所述Al-Mg高强韧压铸铝合金进行重熔，保温在660℃～720℃，然后进行压铸，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。

采用表1的原料配比，通过上述方法制备实施例1～5的压铸铝合金，同时，选用德国莱恩铝业公司的Magsimal-59[AlMg5Si2Mn]压铸铝合金作为对比例，并对压铸过程中的铝合金进行性能测试。结果如下：

表2

编号	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率(％)
				实施例1	185	325	16
实施例2	190	315	15
				实施例3	220	343	12
实施例4	240	350	10
				实施例5	258	358	9
对比例1	145	290	11
				对比例2	155	295	13
对比例3	163	310	11

从表2可以看出，压铸状态下本发明所述Al-Mg高强韧压铸铝合金的强度和强韧与对比例相比都有明显提高，在对实施例和对比例的铝合金进行分析后发现，本发明所述Al-Mg高强韧压铸铝合金的组织结构更加细化，形核率明显增加，最终本发明所述Al-Mg高强韧压铸铝合金的强度和强韧都要大大优于对比例。

对实施例1～5和对比例1～3的合金进行T1时效处理，即在190℃～210℃的条件下保温2～4h。再对实施例1～5和对比例1～3的性能进行测试。

表3

编号	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率(％)
				实施例1	210	345	13
实施例2	230	355	12
				实施例3	250	370	11
实施例4	255	380	11
				实施例5	260	410	10
对比例1	165	310	8
				对比例2	175	315	11
对比例3	183	320	9

在进行T1时效处理过程中，本发明所述Al-Mg高强韧压铸铝合金不需要固溶处理，避免了压铸产品在处理过程中的变形、气泡等质量问题，提高了产品的合格率，大大降低了压铸工艺难度和热处理质量损失的成本。

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 (2)

1.一种Al-Mg高强韧压铸铝合金，其特征在于，按照质量百分比计算包含如下组分Mg为5%~6.4%；Si为1.8%~2.6%；Cu为0.5%~0.8%；Mn为0.5%~0.8%；Ca为0.05%~0.3%；Be为0.002%~0.006%；Fe不超过0.15%；还包括其他不可避免杂质，杂质总和小于0.15%；余量为Al；单个杂质元素质量百分比小于0.05%；

制备所述Al-Mg高强韧压铸铝合金包括如下步骤：

（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、Ca、Mn和Cu，搅拌均匀，得到熔体I；降温至700℃，加入Be和Mg，得到熔体II；然后静置15~40分钟；

（3）合金锭制备：将熔体II降温至660℃~720℃，捞净表面浮渣后，浇筑成锭；

（4）压铸：将合金锭进行重熔，保温在660℃~720℃，然后进行压铸；

（5）T1热处理：将压铸后得到的压铸铝合金试样在190℃~210℃的条件下保温2~4h。

2.一种Al-Mg高强韧压铸铝合金的制备方法，其特征在于，制备如权利要求1所述Al-Mg高强韧压铸铝合金的制备方法，包括如下步骤：

（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、Ca、Mn和Cu，搅拌均匀，得到熔体I；降温至700℃，加入Be和Mg，得到熔体II；然后静置15~40分钟；

（3）合金锭制备：将熔体II降温至660℃~720℃，捞净表面浮渣后，浇筑成锭；

（4）压铸：将合金锭进行重熔，保温在660℃~720℃，然后进行压铸；

（5）T1热处理：将压铸后得到的压铸铝合金试样在190℃~210℃的条件下保温2~4h。