CN113355567A - 一种铝硅系铸造铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种铝硅系铸造铝合金及其制备方法 Download PDF

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CN113355567A CN202110445191.2A CN202110445191A CN113355567A CN 113355567 A CN113355567 A CN 113355567A CN 202110445191 A CN202110445191 A CN 202110445191A CN 113355567 A CN113355567 A CN 113355567A
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Abstract

本发明涉及一种铝硅系铸造铝合金，包括如下成分及其重量含量：Si7.2‑7.4％，Mg 0.4‑0.8％，B 0.003‑0.007％，Sr 0.005‑0.01％，Ti 0.05‑0.15％，Re 1‑2％，Cu≤0.1％，余量为Al。本发明还涉及一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体；第二步，对第一步获得的铝合金熔体进行液态模锻，获得铝合金铸件；第三步，对第二步获得的铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，即得到铝硅系铸造铝合金。本发明通过成分优化、工艺参数的调整以及不同成分的加入时机调整，制备出的铝合金，其性能优异，抗拉强度≥350Mpa，屈服强度≥310Mpa，延伸率＞10％，减重比例≥60％；制备工艺简单、成本较低、实用性强和便于推广，能够满足商用车驾驶室悬置支架产品更高的需求。

Description

一种铝硅系铸造铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及商用车前悬系统支架生产技术领域，尤其涉及一种铝硅系铸造铝合金及其制备方法。
背景技术
商用车驾驶室前悬系统支架在目前轻量化的技改要求中，需要将原来的铸铁材质更换为更轻的铝合金材质，为了满足整车的减重要求，需要开发性能更高的铝合金材料，在CAE结构设计中壁厚和减重比更好，通常采用的A356.2材料，其抗拉强度为310Mpa，屈服强度250Mpa，延伸率8％，产品设计减重比例约50％，而有些客户对铝合金的性能需求更高。
铸造铝合金最常见的材料为铝硅系，其特点是铸造流动性好、易焊接、缩孔倾向低、有利于产品成型等，本发明在常规铝硅系铸造铝合金的基础上，从材料配方及制备方法的角度出发，开发一种高性能的铝硅系铸造铝合金，用于满足商用车驾驶室悬置支架产品更高的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝硅系铸造铝合金及其制备方法，以解决上述背景技术提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：一种铝硅系铸造铝合金，其包括如下成分及其重量含量：Si 7.2-7.4％，Mg 0.4-0.8％，B 0.003-0.007％，Sr 0.005-0.01％，Ti 0.05-0.15％，Re 1-2％，Cu≤0.1％，余量为Al。
优选的，所述Mg的重量含量为0.6％。
优选的，所述Si、Mg、B、Sr、Ti、Re、Cu、Al分别选自结晶硅、工业纯镁、Al-3％B合金、Al-10％Sr合金、工业钛粉、工业铼粉、工业纯铜和工业纯铝。
为实现上述目的，本发明还采用的一个技术方案是：一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其包括以下步骤：
第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体；
第二步，对第一步获得的铝合金熔体进行液态模锻，获得铝合金铸件；
第三步，对第二步获得的铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，即得到铝硅系铸造铝合金。
优选的，第一步中，需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量保持在0.4-0.8％。
优选的，第一步中，所述熔炼合金具体包括如下步骤：
(1)熔炼：将按重量含量称量好的工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、工业钛粉、工业纯铜置于涂有石墨的熔炼器具中进行熔炼，熔炼温度控制在720-750℃，熔化后将熔液搅拌均匀；
(2)精炼：在730-750℃条件下，向步骤(1)所得熔液中加入打渣剂打渣，打渣后，快速将工业铼粉和精炼剂加入熔液中进行除气精炼，撇去熔液表面浮渣；
(3)加Sr：在720-740℃条件下，向步骤(2)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-10％Sr合金，待充分熔化后，再次加入精炼剂进行除气精炼，撇去表面浮渣；
(4)加B：在720-740℃条件下，向步骤(3)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-3％B合金，搅拌均匀，静置40min，即得铝合金熔体。
优选的，步骤(2)中，所述打渣剂包括以下重量份数的物质：20～45份氯化钠，30～50份氯化钾，3～7份氟化钙，1～6份三氯化铝，1～6份Na3AlF；所述除气精炼，采用氮气除气，精炼时间为20-30min，所述精炼剂为市售的ZS-AJ101A。
优选的，第二步中，所述液态模锻中，铸造温度为680-720℃，需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量为0.4-0.8％。
优选的，第三步中，所述固溶处理中，固溶温度为520-570℃，固溶时间为4-6h；所述冷却处理采用水淬方式进行冷却，水淬温度为40-80℃；所述时效处理中，时效温度为160-200℃，时效时间为4-6h。
与现有技术相比，本发明一种铝硅系铸造铝合金及其制备方法的有益效果在于：通过成分优化、工艺参数的调整以及不同成分的加入时机调整，制备出的铝合金，其性能优异，抗拉强度≥350Mpa，屈服强度≥310Mpa，延伸率＞10％，减重比例≥60％；制备工艺简单、成本较低、实用性强和便于推广，能够满足商用车驾驶室悬置支架产品更高的需求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种铝硅系铸造铝合金，其包括如下成分及其重量含量：Si 7.2-7.4％，Mg0.4-0.8％，B 0.003-0.007％，Sr 0.005-0.01％，Ti 0.05-0.15％，Re 1-2％，Cu≤0.1％，余量为Al，其中Si、Mg、B、Sr、Ti、Re、Cu、Al分别选自结晶硅、工业纯镁、Al-3％B合金、Al-10％Sr合金、工业钛粉、工业铼粉、工业纯铜和工业纯铝；Si能够确保该铝合金的基本强度和流动性；Mg有利于该铝合金固溶处理、冷却处理和时效处理后的稳定性；B、Sr、Ti、Re利于该铝合金的延伸率的提升以及稳定；控制Cu≤0.1％，确保该铝合金的耐腐蚀性。
优选的，Mg的重量含量为0.6％。
本发明一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其包括以下步骤：
第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体，熔炼过程中需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量保持在0.4-0.8％，熔炼合金具体包括如下步骤：
(1)熔炼：将按重量含量称量好的工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、工业钛粉、工业纯铜置于涂有石墨的熔炼器具中进行熔炼，熔炼温度控制在720-750℃，防止铝液吸气量过高以及Mg的烧损，熔化后将熔液搅拌均匀；
(2)精炼：在730-750℃条件下，向步骤(1)所得熔液中加入打渣剂打渣，打渣后，快速将工业铼粉和精炼剂加入熔液中进行除气精炼，撇去熔液表面浮渣；
(3)加Sr：在720-740℃条件下，向步骤(2)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-10％Sr合金，待充分熔化后，再次加入精炼剂进行除气精炼，撇去表面浮渣；
(4)加B：在720-740℃条件下，向步骤(3)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-3％B合金，搅拌均匀，静置40min，即得铝合金熔体。
第二步，对第一步获得的铝合金熔体进行液态模锻，铸造温度为680-720℃，需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量为0.4-0.8％，获得铝合金铸件；
第三步，对第二步获得的铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，固溶处理中，固溶温度为520-570℃，固溶时间为4-6h；冷却处理采用水淬方式进行冷却，水淬温度为40-80℃；时效处理中，时效温度为160-200℃，时效时间为4-6h，即得到铝硅系铸造铝合金。
优选的，步骤(2)中，打渣剂包括以下重量份数的物质：20～45份氯化钠，30～50份氯化钾，3～7份氟化钙，1～6份三氯化铝，1～6份Na3AlF；除气精炼中采用氮气除气，精炼时间为20-30min，精炼剂为市售的ZS-AJ101A。
实施例1：
本实施例一种铝硅系铸造铝合金，其包括如下成分及其重量含量：7.2％Si，0.4％Mg，0.003B％，0.005％Sr，0.05％Ti，1％Re，余量为Al，其中Si、Mg、B、Sr、Ti、Re、Al分别选自结晶硅、工业纯镁、Al-3％B合金、Al-10％Sr合金、工业钛粉、工业铼粉和工业纯铝。
本实施例一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其包括以下步骤：
第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体，熔炼过程中需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量保持在0.4％；熔炼合金具体包括如下步骤：
(1)熔炼：将按重量含量称量好的工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、工业钛粉置于涂有石墨的熔炼器具中进行熔炼，熔炼温度控制在720-750℃，熔化后将熔液搅拌均匀；
(2)精炼：在730℃条件下，向步骤(1)所得熔液中加入打渣剂打渣，打渣后，快速将工业铼粉和精炼剂(市售的ZS-AJ101A)加入熔液中进行除气精炼，采用氮气除气，精炼时间为20min，撇去熔液表面浮渣；
(3)加Sr：在720℃条件下，向步骤(2)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-10％Sr合金，待充分熔化后，再次加入精炼剂(市售的ZS-AJ101A)进行除气精炼，撇去表面浮渣；
(4)加B：在720℃条件下，向步骤(3)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-3％B合金，搅拌均匀，静置40min，即得铝合金熔体。
第二步，对第一步获得的铝合金熔体进行液态模锻，铸造温度为680℃，需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量为0.4％，获得铝合金铸件；
第三步，对第二步获得的铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，固溶处理中，固溶温度为520℃，固溶时间为4h；冷却处理采用水淬方式进行冷却，水淬温度为40℃；时效处理中，时效温度为160℃，时效时间为4h；即得到铝硅系铸造铝合金。
实施例2：
本实施例一种铝硅系铸造铝合金，其包括如下成分及其重量含量：7.3％Si，0.6％Mg，0.005B％，0.0075％Sr，0.1％Ti，1.5％Re，0.05％Cu，余量为Al，其中Si、Mg、B、Sr、Ti、Re、Cu、Al分别选自结晶硅、工业纯镁、Al-3％B合金、Al-10％Sr合金、工业钛粉、工业铼粉、工业纯铜和工业纯铝。
本实施例一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其包括以下步骤：
第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体，熔炼过程中需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量保持在0.6％；熔炼合金具体包括如下步骤：
(1)熔炼：将按重量含量称量好的工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、工业钛粉置于涂有石墨的熔炼器具中进行熔炼，熔炼温度控制在720-750℃，熔化后将熔液搅拌均匀；
(2)精炼：在740℃条件下，向步骤(1)所得熔液中加入打渣剂打渣，打渣后，快速将工业铼粉和精炼剂(市售的ZS-AJ101A)加入熔液中进行除气精炼，采用氮气除气，精炼时间为25min，撇去熔液表面浮渣；
(3)加Sr：在730℃条件下，向步骤(2)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-10％Sr合金，待充分熔化后，再次加入精炼剂(市售的ZS-AJ101A)进行除气精炼，撇去表面浮渣；
(4)加B：在730℃条件下，向步骤(3)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-3％B合金，搅拌均匀，静置40min，即得铝合金熔体。
第二步，对第一步获得的铝合金熔体进行液态模锻，铸造温度为700℃，需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量为0.6％，获得铝合金铸件；
第三步，对第二步获得的铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，固溶处理中，固溶温度为545℃，固溶时间为5h；冷却处理采用水淬方式进行冷却，水淬温度为60℃；时效处理中，时效温度为180℃，时效时间为5h；即得到铝硅系铸造铝合金。
实施例3：
本实施例一种铝硅系铸造铝合金，其包括如下成分及其重量含量：7.4％Si，0.8％Mg，0.007B％，0.01％Sr，0.15％Ti，2％Re，0.1％Cu，余量为Al，其中Si、Mg、B、Sr、Ti、Re、Cu、Al分别选自结晶硅、工业纯镁、Al-3％B合金、Al-10％Sr合金、工业钛粉、工业铼粉、工业纯铜和工业纯铝。
本实施例一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其包括以下步骤：
第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体，熔炼过程中需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量保持在0.8％；熔炼合金具体包括如下步骤：
(1)熔炼：将按重量含量称量好的工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、工业钛粉置于涂有石墨的熔炼器具中进行熔炼，熔炼温度控制在720-750℃，熔化后将熔液搅拌均匀；
(2)精炼：在750℃条件下，向步骤(1)所得熔液中加入打渣剂打渣，打渣后，快速将工业铼粉和精炼剂(市售的ZS-AJ101A)加入熔液中进行除气精炼，采用氮气除气，精炼时间为30min，撇去熔液表面浮渣；
(3)加Sr：在740℃条件下，向步骤(2)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-10％Sr合金，待充分熔化后，再次加入精炼剂进行除气精炼，撇去表面浮渣；
(4)加B：在740℃条件下，向步骤(3)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-3％B合金，搅拌均匀，静置40min，即得铝合金熔体。
第二步，对第一步获得的铝合金熔体进行液态模锻，铸造温度为720℃，需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量为0.8％，获得铝合金铸件；
第三步，对第二步获得的铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，固溶处理中，固溶温度为570℃，固溶时间为6h；冷却处理采用水淬方式进行冷却，水淬温度为80℃；时效处理中，时效温度为200℃，时效时间为6h；即得到铝硅系铸造铝合金。
实施例4：
本实施例一种铝硅系铸造铝合金，其包括如下成分及其重量含量：7.3％Si，0.6％Mg，0.005B％，0.075％Sr，0.1％Ti，1.5％Re、0.1％Cu，余量为Al，其中Si、Mg、B、Sr、Ti、Re、Cu、Al分别选自结晶硅、工业纯镁、Al-3％B合金、Al-10％Sr合金、工业钛粉、工业铼粉、工业纯铜和工业纯铝。
本实施例一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其包括以下步骤：
第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体，熔炼过程中需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量保持在0.6％；熔炼合金具体包括如下步骤：
(1)熔炼：将按重量含量称量好的工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、工业钛粉置于涂有石墨的熔炼器具中进行熔炼，熔炼温度控制在720-750℃，熔化后将熔液搅拌均匀；
(2)精炼：在740℃条件下，向步骤(1)所得熔液中加入打渣剂打渣，打渣后，快速将工业铼粉和精炼剂(市售的ZS-AJ101A)加入熔液中进行除气精炼，采用氮气除气，精炼时间为25min，撇去熔液表面浮渣；
(3)加Sr：在730℃条件下，向步骤(2)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-10％Sr合金，待充分熔化后，再次加入精炼剂(市售的ZS-AJ101A)进行除气精炼，撇去表面浮渣；
(4)加B：在730℃条件下，向步骤(3)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-3％B合金，搅拌均匀，静置40min，即得铝合金熔体。
第二步，对第一步获得的铝合金熔体进行液态模锻，铸造温度为700℃，需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量为0.6％，获得铝合金铸件；
第三步，对第二步获得的铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，固溶处理中，固溶温度为545℃，固溶时间为5h；冷却处理采用水淬方式进行冷却，水淬温度为60℃；时效处理中，时效温度为180℃，时效时间为5h；即得到铝硅系铸造铝合金。
对比例1：
本对比例提供一种铝硅系铸造铝合金铝合金及其制备方法，铝合金的成分及其重量含量与实施例3相同，不同之处在于：第一步和第二步中均不对熔液中Mg的含量进行检测，也不及时补充工业镁。
对比例2：
本对比例提供一种铝硅系铸造铝合金铝合金及其制备方法，铝合金的成分及其重量含量与实施例3相同，不同之处在于：熔炼合金的步骤(1)中，将工业铼粉与工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、工业钛粉一起进行熔炼。
对实施例1-4和对比例1-2制得的铝合金进行性能测试，得到的结果如表1所示。
表1
铝合金 抗拉强度(Mpa) 屈服强度(Mpa) 延伸率(％) 减重比例(％)
实施例1 350 310 10.1 60
实施例2 368 324 13.2 62
实施例3 352 315 11.5 64
实施例4 375 332 14.3 65
对比例1 302 238 5.8 63
对比例2 309 241 6.1 60
从表1中可以看出：
1、实施例1-4制得的铝合金，其性能优异，产品的抗拉强度≥350Mpa，屈服强度≥310Mpa，延伸率＞10％，减重比例≥60％；
2、对比例1中不及时补充工业镁，其制得的铝合金，性能较差，不能满足商用车前悬系统支架的需求；
3、对比例2中工业铼粉与与工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、工业钛粉一起进行熔炼，其制得的铝合金，性能较差，不能满足商用车前悬系统支架的需求。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种铝硅系铸造铝合金，其特征在于：其包括如下成分及其重量含量：Si 7.2-7.4％，Mg 0.4-0.8％，B 0.003-0.007％，Sr 0.005-0.01％，Ti 0.05-0.15％，Re 1-2％，Cu≤0.1％，余量为Al。
2.如权利要求1所述的一种铝硅系铸造铝合金，其特征在于：所述Mg的重量含量为0.6％。
3.如权利要求2所述的一种铝硅系铸造铝合金，其特征在于：所述Si、Mg、B、Sr、Ti、Re、Cu、Al分别选自结晶硅、工业纯镁、Al-3％B合金、Al-10％Sr合金、工业钛粉、工业铼粉、工业纯铜和工业纯铝。
4.一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体；
第二步，对第一步获得的铝合金熔体进行液态模锻，获得铝合金铸件；
第三步，对第二步获得的铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，即得到铝硅系铸造铝合金。
5.如权利要求4所述的一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其特征在于：第一步中，需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量保持在0.4-0.8％。
6.如权利要求5所述的一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其特征在于：第一步中，所述熔炼合金具体包括如下步骤：
(1)熔炼：将按重量含量称量好的工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、工业钛粉、工业纯铜置于涂有石墨的熔炼器具中进行熔炼，熔炼温度控制在720-750℃，熔化后将熔液搅拌均匀；
(2)精炼：在730-750℃条件下，向步骤(1)所得熔液中加入打渣剂打渣，打渣后，快速将工业铼粉和精炼剂加入熔液中进行除气精炼，撇去熔液表面浮渣；
(3)加Sr：在720-740℃条件下，向步骤(2)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-10％Sr合金，待充分熔化后，再次加入精炼剂进行除气精炼，撇去表面浮渣；
(4)加B：在720-740℃条件下，向步骤(3)所得熔液中加入按重量含量称量好的Al-3％B合金，搅拌均匀，静置40min，即得铝合金熔体。
7.如权利要求6所述的一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述打渣剂包括以下重量份数的物质：20～45份氯化钠，30～50份氯化钾，3～7份氟化钙，1～6份三氯化铝，1～6份Na3AlF；所述除气精炼，采用氮气除气，精炼时间为20-30min，所述精炼剂为市售的ZS-AJ101A。
8.如权利要求7所述的一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其特征在于：第二步中，所述液态模锻中，铸造温度为680-720℃，需每隔4h检测一次熔液中Mg的含量，并及时补充工业镁，使Mg的重量含量为0.4-0.8％。
9.如权利要求8所述的一种铝硅系铸造铝合金的制备方法，其特征在于：第三步中，所述固溶处理中，固溶温度为520-570℃，固溶时间为4-6h；所述冷却处理采用水淬方式进行冷却，水淬温度为40-80℃；所述时效处理中，时效温度为160-200℃，时效时间为4-6h。
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