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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