CN113462930A - 一种压力铸造铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力铸造铝合金及其制备方法,其中压力铸造铝合金,包括按重量百分数计的如下元素:Si 13‑20%、Mg 1.5‑3.0%、Cu 0‑0.6%、Mn 0.2‑0.8%、Fe 0.2‑1.3%、Zn 0‑1.0%、Ni 0‑0.5%、Ti 0.06‑0.2%、RE 0.05‑1.0%、P 0.01‑0.3%,余量为Al和不可避免的杂质。本发明的铝合金材料基于薄壁成形铝合金较快的冷速速度,实现α‑Al相的显著细化,结合P元素的添加,增加初生Si相的形核核心,显著细化初生Si相;加入RE元素,改变共晶Si相的生长方向,进而实现共晶Si由针状向羽毛状或纤维桩转变,其组织得以显著细化;同时较高的冷却速度,导致Mg在Al基体中的固溶度显著增大;基于细晶强化、固溶强化和第二相强化,显著提高合金的强韧性。
Description
技术领域
本发明属于铝合金铸造技术领域,具体涉及一种压力铸造铝合金及其制备方法。
背景技术
手机中板是指高端智能手机内部的基板,主要用于支撑手机内部电路板,其厚度较薄,一般在0.3mm-0.5mm之间;这要求手机中板不仅具备足够的强度、刚度,还需具备复杂的结构,以适应部件的安装。目前,根据手机中板材料种类的不同,主要分为不锈钢、铝合金、镁合金,随着5G新一代网络通讯时代的到来,以及3D玻璃与陶瓷盖板的崛起,手机对中板强度等各方面的要求越来越高,传统的中板压铸材料无法满足手机对中板的要求。
普通的冲压成型的铝带已无法满足其设计要求,主流生产方式是采用压铸和模压方式应对手机内部的复杂结构,并能够成型超薄的高强手机结构部件;传统材料是ADC12,该合金具有优良的铸造性能,如收缩率低、流动性好和热裂倾向小等,是铸造铝合金中用量最大的合金系列之一。其屈服强度在160-180MPa,延伸率在1.5%。但这样的屈服强度和延伸率已经无法满足5G时代手机中板材料的要求。因而,急需开发适用于手机中板的新材料,用于应对手机内部的复杂结构,并具备成型超薄的高强手机结构部件的能力。
中国专利专利授权CN104264020B公开了一种高强度压铸铝合金及其制造方法:Zn:10wt%-30wt%;Si:5.0wt%-8.0wt%;Cu:3.0wt%-5.0wt%;Mn:0.1wt%-1.0wt%;Ti:0.1wt%-0.5wt%;RE:0.05wt%-0.2wt%;余量为Al和不可避免的杂质;其合金屈服强度达到275-350MPa,延伸率1.2-1.9%,但铝锌系合金铸造成形时有很大的热裂倾向,同时存在应力腐蚀开裂倾向;合金耐腐蚀性较低,密度大,在3C产品应用上受到限制。
中国专利申请CN111690852A公开了一种高屈服高延伸率手机中板用压铸合金材料及其制备方法,合金包括Si:1.8wt%-4.0wt%;Mg:4.0wt%-7.0wt%;Mn:0.1wt%-1.2wt%;Ce<1.0wt%;Zn<0.5wt%;Cu<0.5wt%;Cr<0.5wt%;Fe:0.1wt%-1.0wt%;Ti:0.01wt%-0.25wt%,其余杂质控制在0.1wt%以下,余量为Al;其合金屈服强度达到250-280MPa,延伸率5-10%,但铝镁系压铸铝合金,且由于镁含量较高,工业生产中需要隔绝空气,不易控制,使得生产成本增加,导致其在薄壁类电子产品压铸件场景中使用受限。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的旨在提供一种压力铸造铝合金。
本发明的另一目的是提供一种压力铸造铝合金的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种压力铸造铝合金,其特征在于,包括按重量百分数计的如下元素:Si 13-20%、Mg 1.5-3.0%、Cu 0-0.6%、Mn 0.2-0.8%、Fe 0.2-1.3%、Zn 0-1.0%、Ni 0-0.5%、Ti 0.06-0.2%、RE 0.05-1.0%、P 0.01-0.3%,余量为Al和不可避免的杂质。
优选地,所述杂质总含量小于0.3%。
一种压力铸造铝合金的制备方法,其用于制造上述的压力铸造铝合金,具体包括如下步骤:
S1,烘干:将纯Mg、纯Al、纯Zn、其它中间合金进行烘干处理;
S2,熔炼:先加入纯铝锭,加热到完全熔化;随后依次加入其它中间合金,待完全熔化后,进行降温;加入烘干后的纯Mg、纯Zn;待合金完全熔化后升温至一定温度进行精炼处理,随后进行静置处理,撇去浮渣,得到铝合金熔体或浇注得到铝合金铸锭;
S3,压铸:将所述S2中制备好的铝合金熔体或铝合金铸锭重熔后进行压力铸造,制得铝合金铸件。
优选地,在所述S1中,烘干的温度为200-250℃,时间为2-6h。
优选地,在所述S2中,依次加入其它中间合金,待完全熔化后,进行降温至660-700℃。
优选地,在所述S2中,其它中间合金包括:铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金和铝磷中间合金。
优选地,所述S2中铝磷中间合金的加入温度在800-840℃之间。
优选地,所述S2中铝稀土中间合金的加入温度在730-750℃之间。
优选地,所述S2中的精炼处理是采用纯氩气或纯氮气在740-760℃进行。
优选地,所述S2的静置温度为710-730℃,静置时间10-30min。
优选地,所述S3的压力铸造中,压铸温度为710-760℃,模具温度为150-250℃,压射速度为1.0-3.0m/s,增压压力50-90MPa。
优选地,所述S3得到的铝合金铸件的抗拉强度为360-380MPa,屈服强度为260-295MPa,延伸率为2.5-5.0%。
与现有技术相比,本发明的铝合金材料基于薄壁成形铝合金较快的冷速速度,实现α-Al相的显著细化,结合P元素的添加,增加初生Si相的形核核心,显著细化初生Si相;加入RE元素,改变共晶Si相的生长方向,进而实现共晶Si由针状向羽毛状或纤维桩转变,其组织得以显著细化;同时较高的冷却速度,导致Mg在Al基体中的固溶度显著增大;基于细晶强化、固溶强化和第二相强化,显著提高合金的强韧性;
并且,本发明的制备方法简单,无需气氛保护,显著降低工艺难度;较高的Si含量使得合金的铸造性能优良,显著降低铸造缺陷,工艺稳定性好。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的铝合金的相组织图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供一种压力铸造铝合金,包括按重量百分数计的如下元素:Si 13-20%、Mg 1.5-3.0%、Cu 0-0.6%、Mn 0.2-0.8%、Fe 0.2-1.3%、Zn 0-1.0%、Ni 0-0.5%、Ti0.06-0.2%、RE 0.05-1.0%、P 0.01-0.3%,余量为Al和不可避免的杂质;所述杂质总含量小于0.3%。
一种压力铸造铝合金的制备方法,其用于制造上述的压力铸造铝合金,具体包括如下步骤:
S1,烘干:将纯Mg、纯Al、纯Zn、其它中间合金进行烘干处理;
S2,熔炼:先加入纯铝锭,加热到完全熔化;随后依次加入其它中间合金,待完全熔化后,进行降温;加入烘干后的纯Mg、纯Zn;待合金完全熔化后升温至一定温度进行精炼处理,随后进行静置处理,撇去浮渣,得到铝合金熔体或浇注得到铝合金铸锭;
S3,压铸:将所述S2中制备好的铝合金熔体或铝合金铸锭重熔后进行压力铸造,制得铝合金铸件。
其中,在所述S1中,烘干的温度为200-250℃,时间为2-6h。
其中,在所述S2中,依次加入其它中间合金,待完全熔化后,进行降温至660-700℃。
其中,在所述S2中,其它中间合金包括:铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金和铝磷中间合金。
其中,所述S2中铝磷中间合金的加入温度在800-840℃之间。
其中,所述S2中铝稀土中间合金的加入温度在730-750℃之间。
其中,所述S2中的精炼处理是采用纯氩气或纯氮气在740-760℃进行。
其中,所述S2的静置温度为710-730℃,静置时间10-30min。
其中,所述S3的压力铸造中,压铸温度为710-760℃,模具温度为150-250℃,压射速度为1.0-3.0m/s,增压压力50-90MPa。
其中,所述S3得到的铝合金铸件的抗拉强度为360-380MPa,屈服强度为260-295MPa,延伸率为2.5-5.0%。
实施例1:
本实施例1提供一种压力铸造铝合金,其包括按重量百分数计的如下元素:13%的Si、1.5%的Mg、0.4%的Cu、0.3%的Mn、0.4%的Fe、0.3%的Zn、0.08%的Ti、0.1%的RE、0.01%的P,其它不可避免的杂质小于0.2%,其余为Al。
本实施例提供的压力铸造铝合金的制备方法为:
(1)烘干:将准备好的原材料纯Mg、纯Al、纯Zn、Al-Si中间合金、AlCu中间合金、AlMn中间合金、AlFe中间合金、AlTi中间合金、AlRE中间合金和AlP中间合金进行在200℃下,烘干3h;
(2)熔炼:先加入纯铝锭,加热到完全熔化;随后依次加入其它中间合金,其中AlP中间合金加入温度控制在815℃,随后降温至740℃,分别加入AlRE和AlTi中间合金;待中间合金完全熔化后,温度降至670℃,加入预热后的纯Mg、纯Zn;待合金完全熔化并搅拌均匀后,升温至740℃进行精炼,精炼后降温至720℃,静置20min后撇去浮渣,得到铝合金熔体;
(3)压铸:将步骤(2)中制备好的铝合金熔体进行压力铸造,压铸过程中,浇注温度控制在720℃,模具温度控制在210℃,压射速度控制在1.0m/s,增压压力90MPa,最后制得铝合金铸件A1。
利用万能拉伸试验机测试本发明实施例1得到的压铸铝合金的室温力学性能,化学成分测试见表1,力学性能测试结果见表2。
实施例2:
本实施例2提供一种压力铸造铝合金,其包括按重量百分数计的如下元素:15%的Si、2.4%的Mg、0.1%的Cu、0.2%的Mn、0.2%的Fe、0.3%的Zn、0.08%的Ti、0.05%的RE、0.03%的P,其它不可避免的杂质小于0.2%,其余为Al。
本实施例提供的压力铸造铝合金的制备方法为:
(1)烘干:将准备好的原材料纯Mg、纯Al、纯Zn、Al-Si中间合金、AlCu中间合金、AlMn中间合金、AlFe中间合金、AlTi中间合金、AlRE中间合金和AlP中间合金进行220℃下,进行5h的烘干处理;
(2)熔炼:先加入纯铝锭,加热到完全熔化;随后依次加入其它中间合金,其中AlP中间合金加入温度控制在835℃,随后降温至730-750℃,分别加入AlRE和AlTi中间合金。待中间合金完全熔化后,温度降至660℃,加入预热后的纯Mg、纯Zn;待合金完全熔化并搅拌均匀后,升温至750℃进行精炼,精炼后降温至720℃,静置30min后撇去浮渣,得到铝合金熔体;
(3)压铸:将步骤(2)中制备好的铝合金熔体进行压力铸造,压铸过程中,浇注温度控制在710℃,模具温度控制在250℃,压射速度控制在2.5m/s,增压压力70MPa,最后制得铝合金铸件A2。
利用万能拉伸试验机测试本发明实施例2得到的压铸铝合金的室温力学性能,化学成分测试见表1,力学性能测试结果见表2。
实施例3:
本实施例3提供一种压力铸造铝合金,其包括按重量百分数计的如下元素:15%的Si、3.0%的Mg、0.4%的Cu、0.6%的Mn、0.6%的Fe、1.0%的Zn、0.12%的Ti、0.3%的RE、0.01%的P,其它不可避免的杂质小于0.2%,其余为Al。
本实施例提供的压力铸造铝合金的制备方法为:
(1)烘干:将准备好的原材料纯Mg、纯Al、纯Zn、Al-Si中间合金、AlCu中间合金、AlMn中间合金、AlFe中间合金、AlTi中间合金、AlRE中间合金和AlP中间合金进行200℃-3h的烘干处理;
(2)熔炼:先加入纯铝锭,加热到完全熔化;随后依次加入其它中间合金,其中AlP中间合金加入温度控制在820℃,随后降温至750℃,分别加入AlRE和AlTi中间合金。待中间合金完全熔化后,温度降至680℃,加入预热后的纯Mg、纯Zn;待合金完全熔化并搅拌均匀后,升温至750℃进行精炼,精炼后降温至720℃,静置10min后撇去浮渣,得到铝合金熔体;
(3)压铸:将步骤(2)中制备好的铝合金熔体进行压力铸造,压铸过程中,浇注温度控制在730℃,模具温度控制在210℃,压射速度控制在3.0m/s,增压压力80MPa,最后制得铝合金铸件A3。
利用万能拉伸试验机测试本发明实施例3得到的压铸铝合金的室温力学性能,化学成分测试见表1,力学性能测试结果见表2所示。
实施例4:
本实施例4提供一种压力铸造铝合金,其包括按重量百分数计的如下元素:17%的Si、1.5%的Mg、0.4%的Cu、0.4%的Mn、0.5%的Fe、0.3%的Zn、0.08%的Ti、0.5%的RE、0.1%的P,其它不可避免的杂质小于0.2%,其余为Al。
本实施例提供的压力铸造铝合金的制备方法为:
(1)烘干:将准备好的原材料纯Mg、纯Al、纯Zn、Al-Si中间合金、AlCu中间合金、AlMn中间合金、AlFe中间合金、AlTi中间合金、AlRE中间合金和AlP中间合金进行200℃-3h的烘干处理;
(2)熔炼:先加入纯铝锭,加热到完全熔化;随后依次加入其它中间合金,其中AlP中间合金加入温度控制在818℃,随后降温至748℃,分别加入AlRE和AlTi中间合金。待中间合金完全熔化后,温度降至670℃,加入预热后的纯Mg、纯Zn;待合金完全熔化并搅拌均匀后,升温至745℃进行精炼,精炼后降温至720℃,静置15min后撇去浮渣,得到铝合金熔体;
(3)压铸:将步骤(2)中制备好的铝合金熔体进行压力铸造,压铸过程中,浇注温度控制在715℃,模具温度控制在245℃,压射速度控制在2.0m/s,增压压力90MPa,最后制得铝合金铸件A4。
利用万能拉伸试验机测试本发明实施例4得到的压铸铝合金的室温力学性能,化学成分测试见表1,力学性能测试结果见表2所示。
实施例5:
本实施例5提供一种压力铸造铝合金,其包括按重量百分数计的如下元素:20%的Si、1.9%的Mg、0.1%的Cu、0.2%的Mn、0.2%的Fe、0.2%Z的n、0.2%的Ti、1.0%的RE、0.3%的P,其它不可避免的杂质小于0.2%,其余为Al。
本实施例提供的压力铸造铝合金的制备方法为:
(1)烘干:将准备好的原材料纯Mg、纯Al、纯Zn、Al-Si中间合金、AlCu中间合金、AlMn中间合金、AlFe中间合金、AlTi中间合金、AlRE中间合金和AlP中间合金进行在200℃下,进行3h的烘干处理;
(2)熔炼:先加入纯铝锭,加热到完全熔化;随后依次加入其它中间合金,其中AlP中间合金加入温度控制在805℃,随后降温至732℃,分别加入AlRE和AlTi中间合金。待中间合金完全熔化后,温度降至676℃,加入预热后的纯Mg、纯Zn;待合金完全熔化并搅拌均匀后,升温至740℃进行精炼,精炼后降温至720℃,静置28min后撇去浮渣,得到铝合金熔体;
(3)压铸:将步骤(2)中制备好的铝合金熔体进行压力铸造,压铸过程中,浇注温度控制在760℃,模具温度控制在210℃,压射速度控制在3.0m/s,增压压力90MPa,最后制得铝合金铸件A5。
利用万能拉伸试验机测试本发明实施例5得到的压铸铝合金的室温力学性能,化学成分测试见表1,力学性能测试结果见表2所示。
结合表1和表2的结果可以看出,本发明的高强韧压铸铝合金材料强度得到了提高,抗拉强度达到360MPa以上,屈服强度达到265MPa以上,延伸率达到2.5%以上,能够满足通讯、电子类产品对结构材料的需求。
元素含量 | Si | Mg | Cu | Mn | Fe | Zn | Ti | RE | P |
实施例1 | 13 | 1.5 | 0.6 | 0.8 | 1.3 | 0.3 | 0.08 | 0.10 | 0.03 |
实施例2 | 15 | 2.4 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | 0.3 | 0.06 | 0.05 | 0.2 |
实施例3 | 15 | 3.0 | 0.4 | 0.6 | 0.6 | 1.0 | 0.12 | 0.3 | 0.01 |
实施例4 | 17 | 1.5 | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.3 | 0.08 | 0.5 | 0.1 |
实施例5 | 20 | 1.9 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 1.0 | 0.3 |
表1
铸件代号 | 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) | 延伸率(%) |
A1 | 366.3 | 267.2 | 4.8 |
A2 | 373.5 | 275.4 | 5.0 |
A3 | 377.3 | 292.3 | 3.0 |
A4 | 378.8 | 261.9 | 4.3 |
A5 | 374.3 | 289.9 | 2.5 |
表2
另外,图1为本发明实施例制备的铝合金的相组织图,从图中可以看出,本发明制备的铝合金,其铝基体组织得以大幅细化,晶粒尺寸5-20μm,且第二相得以细化,分布均匀。
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,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (12)
1.一种压力铸造铝合金,其特征在于,包括按重量百分数计的如下元素:Si 13-20%、Mg 1.5-3.0%、Cu 0-0.6%、Mn 0.2-0.8%、Fe 0.2-1.3%、Zn 0-1.0%、Ni 0-0.5%、Ti0.06-0.2%、RE 0.05-1.0%、P 0.01-0.3%,余量为Al和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种压力铸造铝合金,其特征在于,所述杂质总含量小于0.3%。
3.一种压力铸造铝合金的制备方法,其特征在于,其用于制造权利要求1或2所述的压力铸造铝合金,具体包括如下步骤:
S1,烘干:将纯Mg、纯Al、纯Zn、其它中间合金进行烘干处理;
S2,熔炼:先加入纯铝锭,加热到完全熔化;随后依次加入其它中间合金,待完全熔化后,进行降温;加入烘干后的纯Mg、纯Zn;待合金完全熔化后升温至一定温度进行精炼处理,随后进行静置处理,撇去浮渣,得到铝合金熔体或浇注得到铝合金铸锭;
S3,压铸:将所述S2中制备好的铝合金熔体或铝合金铸锭重熔后进行压力铸造,制得铝合金铸件。
4.根据权利要求3所述的一种压力铸造铝合金的制备方法,其特征在于,在所述S1中,烘干的温度为200-250℃,时间为2-6h。
5.根据权利要求4所述的一种压力铸造铝合金的制备方法,其特征在于,在所述S2中,依次加入其它中间合金,待完全熔化后,进行降温至660-700℃。
6.根据权利要求5所述的一种压力铸造铝合金的制备方法,其特征在于,在所述S2中,其它中间合金包括:铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金、铝稀土AlRE中间合金和铝磷中间合金。
7.根据权利要求6所述的一种压力铸造铝合金的制备方法,其特征在于,所述S2中铝磷中间合金的加入温度在800-840℃之间。
8.根据权利要求7所述的一种压力铸造铝合金的制备方法,其特征在于,所述S2中铝稀土中间合金的加入温度在730-750℃之间。
9.根据权利要求3-8任一项所述的一种压力铸造铝合金的制备方法,其特征在于,所述S2中的精炼处理是采用纯氩气或纯氮气在740-760℃进行。
10.根据权利要求9所述的一种压力铸造铝合金材料的制备方法,其特征在于,所述S2的静置温度为710-730℃,静置时间10-30min。
11.根据权利要求10所述的一种压力铸造铝合金材料的制备方法,其特征在于,在所述S3的压力铸造中,压铸温度为710-760℃,模具温度为150-250℃,压射速度为1.0-3.0m/s,增压压力50-90MPa。
12.根据权利要求11所述一种压力铸造铝合金材料的制备方法,其特征在于,所述S3得到的铝合金铸件的抗拉强度为360-380MPa,屈服强度为260-295MPa,延伸率为2.5-5.0%。
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