CN113930646A - 一种免处理铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免处理铝合金及其制备方法，包括以下按质量百分数计的组分：Si：9.5%~11.5%，Fe：≤0.25%，Mn：0.4%~0.65%，Mg：0.17%~0.5%，Cu：≤0.05%，Sr：0.02%~0.03%，Zn：0.07%~0.1%，Ti：≤0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素＜0.15%，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.5~2.2。从而无需热处理强化，在保持一定强度的情况下提升延伸率，使获得的产品在铸态下直接达到理想性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种免处理铝合金及其制备方法。
背景技术
目前 Magcimal-59、Castasil-37和Silafont-36等Al-Si系合金因其良好的铸造性能，广泛应用于常规零件的超高真空高压铸造。随着汽车轻量化技术的不断改进，由于Silafont-36合金本身具有的较高强度和延伸率，在车体框架、减震塔等对安全性能要求极高的结构件制造中受到了格外青睐。尤其是，超高真空压力铸造技术的不断革新和大型压铸机工艺的日益成熟，以及新能源汽车的快速发展需求，都使得Silafont-36合金在压铸大尺寸、复杂结构、超薄壁厚结构件的应用中大放异彩。
现有的Silafont-36合金成分为：Si:9.5~11.5%，Mn：0.5~0.8%，Mg:0.1~0.5%，Fe：0.15，Cu：0.03，Ti：0.15，其他为Al，该合金需在真空压铸后，通过T7热处理方能获得良好力学性能。但是由于车身结构件尺寸大、结构复杂的特点，通常对壁厚有着极高的要求，以减震塔为例，其功能区域壁厚都在2~3mm范围内，这些零件在进行T7热处理后容易产生不同程度的不可预测的变形，由此造成的返工矫正及废品率都是极大的成本耗费。这些上游制造成本的增加，加剧了下游整车整装行业的成本上升，使得企业无形之中负重前行。
另外，工业上还有使用微量稀土改善合金性能的情况，这些合金通过在常用成分的基础上增加稀土元素，可取代Silafont-36合金的T7处理。但是稀土元素价格较高，产量较少，如锆，在半导体等领域的应用也较为广泛，价格越来越高，无法长期使用。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种免处理铝合金及其制备方法，无需热处理强化，在保持一定强度的情况下提升延伸率，使获得的产品在铸态下直接达到理想性能。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种免处理铝合金包括以下按质量百分数计的组分：Si：9.5%~11.5%，Fe：≤0 .25%，Mn：0.4%~0.65%，Mg：0.17%~0.5%，Cu：≤0.05%，Sr：0.02%~0.03%，Zn：0.07%~0.1%，Ti：≤0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素＜0.15%，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.5~2.2。
作为一种优选，所述免处理铝合金包括以下按质量百分数计的组分：Si：9.7%~10.4%，Fe：≤0 .15%，Mn：0.47%~0.56%，Mg：0.26%~0.35%，Cu：≤0.05%，Sr：0.02%~0.03%，Zn：0.07%~0.1%，Ti：≤0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素＜0.15%。
作为一种优选，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.73~1.9。
作为一种优选，所述免处理铝合金的共晶硅占比为22%~35%。
作为一种优选，所述免处理铝合金的共晶硅占比为26.62%~30.02%。
作为一种优选，所述免处理铝合金适用于铸造壁厚为2mm~3mm的薄壁压铸合金，铸造的合金抗拉强度≥280MPa、塑性强度≥120MPa、延伸率≥10%。
一种免处理铝合金的制备方法，包括步骤：
S100按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，配料熔化制成铝合金液，使铝合金液中的组分含量满足：Si：9.5%~11.5%，Fe：≤0 .25%，Mn：0.4%~0.65%，Mg：0.17%~0.5%，Cu：≤0.05%，Sr：0.02%~0.03%，Zn：0.07%~0.1%，Ti：≤0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素＜0.15%，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.5~2.2；
S200精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
S300精炼除气合格后静置一段时间，压射至压铸模具中，进行真空压铸，制得薄壁合金铸件。
作为一种优选，所述步骤S200具体包括步骤：待铝合金液温度在715℃~725℃时开始精炼除气，时间为40~60min，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气。
作为一种优选，TCB晶种合金的含量为0.1%~0.5%。
附图说明
图1为压铸合金的拉伸试样图。
图2为Silafont-36合金的铸态组织图。
图3中为根据本发明实施例的免处理铝合金的500倍金相图，（a）壁厚2.2mm的试样金相；（b）壁厚2.5mm的试样金相；（c）壁厚2.7mm的试样金相；（d）壁厚3.0mm的试样金相。
图4为Silafont-36合金和本发明实施例的免处理合金的试样断面SEM图，（a）~（b）为壁厚2.2mm的Silafont-36铸态合金的拉伸断面SEM图；（c）~（d）为壁厚2.5mm的本发明免处理铝合金的铸态合金的拉伸断面SEM图；（e）~（f）为壁厚2.7mm的本发明免处理铝合金的铸态合金的拉伸断面SEM图；（g）~（h）为壁厚3mm的本发明免处理铝合金的铸态合金的拉伸断面SEM图。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，如在本申请中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
为了清楚起见，术语“基本上”或“大体上”在本文中被用来暗示本领域技术人员已知的可接受范围内在数值的变化的可能性。根据一个示例，，在本文使用的术语“基本上”或“大体上”应该被解释为暗示在任何指定值之上或之下高达10％的可能变化。根据另一个示例，在本文使用的术语“基本上”或“大体上”应该被解释为暗示在任何指定值之上或之下高达5％的可能变化。根据另一示例，本文中使用的术语“基本上”或“大体上”应该解释为暗示在任何指定值之上或之下高达2 .5％的可能变化。例如，短语“基本上垂直”应解释为包括恰好是90°的可能变化。
根据本发明提供的一个方面，一种免处理铝合金包括以下按质量百分数计的组分：Si：9.5%~11.5%，Fe：≤0 .25%，Mn：0.4%~0.65%，Mg：0.17%~0.5%，Cu：≤0.05%，Sr：0.02%~0.03%，Zn：0.07%~0.1%，Ti：≤0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素＜0.15%，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.5~2.2。
在一些实施例中，Si的具体含量可以为9.5%、9.7%、9.8%、9.9%、10%、10.1%、10.3%、10.4%、10.5%、10.6%、10.7%、10.9%、11.1%、11.3%、11.5%等，进一步优选的，Si的具体含量可以为9.7%~10.4%。
在一些实施例中，Fe的含量不大于0.25%，Fe的具体含量可以为0.05%、0.07%、0.09%、0.11%、0.12%、0.13%、0.14%、0.15%、0.16%、0.17%、0.19%、0.2%、0.21%、0.23%、0.25%等，进一步优选的，Fe的含量不大于0.15%。
在一些实施例中，Mn的具体含量可以为：0.4%、0.42%、0.44%、0.46%、0.47%、0.48%、0.49%、0.5%、0.51%、0.52%、0.53%、0.54%、0.55%、0.56%、0.58%、0.6%、0.62%、0.65%等，进一步优选的，Mn的含量可以为0.47%~0.56%。
在一些实施例中，Mg的具体含量可以为：0.17%、0.2%、0.22%、0.24%、0.26%、0.27%、0.28%、0.29%、0.3%、0.31%、0.32%、0.33%、0.34%、0.35%、0.36%、0.39%、0.42%、0.45%、0.48%、0.5%等，进一步优选的，Mg的含量可以为0.26%~0.35%。
在一些实施例中，Cu的含量不大于0.05%，Cu的具体含量可以为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%。
在一些实施例中，Sr的具体含量可以为0.02%、0.03%等。
在一些实施例中，Zn的具体含量可以为：0.07%、0.08%、0.09%、0.1%。
在一些实施例中，Ti的含量不大于0.2%，Ti的具体含量可以为0.05%、0.08%、0.1%、0.12%、0.14%、0.15%、0.16%、0.17%、0.18%、0.19%、0.2%。
在一些实施例中，所述免处理铝合金包括以下按质量百分数计的组分：Si：9.7%~10.4%，Fe：≤0 .15%，Mn：0.47%~0.56%，Mg：0.26%~0.35%，Cu：≤0.05%，Sr：0.02%~0.03%，Zn：0.07%~0.1%，Ti：≤0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素＜0.15%。
在一些实施例中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.73~1.9。Mn/Mg的比可以为1.73：1、1.74:1、1.75:1、1.76:1、1.77:1、1.78:1、1.79:1、1.80:1、1.81:1、1.82:1、1.83:1、1.84:1、1.85:1、1.86:1、1.87:1、1.88:1、1.9:1等。当Mn/Mg的比值达到1.73~1.9时，可以测得所述免处理铝合金中初生相α1-Al和二次相α2-Al尺寸明显减小，由Hall-Petch公式：
随着晶粒尺寸的减小，合金的大角晶界数量增加，当合金受外界应力时，晶粒内的位错无法跨过晶界，在晶界上塞积，当外界应力增大时，相邻晶粒的位错源会开动，开始发生塑性变形，因此所述合金的晶粒较小，其强度增加。
当Mn/Mg达到1.73~1.9时，也可以看到所述免处理铝合金的晶粒分布更加均匀，但合金发生塑性变形时，塑性变形可以更加均匀地分布在每个晶粒中，不易产生应力集中，所述免处理铝合金可以承受更多的变形，材料的塑性提高。
在一些实施例中，所述免处理铝合金的共晶硅占比为22%~35%。
在一些实施例中，所述免处理铝合金的共晶硅占比为26.62%~30.02%。相比于Silafont-36中Si的强韧度较低，且会对基体产生一定的撕裂作用，所述免处理铝合金中的共晶硅的比例降低后既可以降低共晶硅引起的强韧度降低，也可以提高所述免处理铝合金的塑性。
在一些实施例中，所述免处理铝合金适用于铸造壁厚为2mm~3mm的薄壁压铸合金，铸造的合金抗拉强度≥280MPa、塑性强度≥120MPa、延伸率≥10%。
根据本发明提供的另一个方面，上述免处理铝合金铸件的制备方法，包括步骤：
S100按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，配料熔化制成铝合金液，使铝合金液中的组分含量满足：Si：9.5%~11.5%，Fe：≤0 .25%，Mn：0.4%~0.65%，Mg：0.17%~0.5%，Cu：≤0.05%，Sr：0.02%~0.03%，Zn：0.07%~0.1%，Ti：≤0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素＜0.15%，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.5~2.2；
S200精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
S300精炼除气合格后静置一段时间，压射至压铸模具中，进行真空压铸，制得薄壁合金铸件。从而，该合金铸件无需热处理强化，在保持一定强度的情况下提升延伸率，使获得的产品在铸态下直接达到理想性能。
在一些实施例中，所述步骤S200具体包括步骤：待铝合金液温度在715℃~725℃时开始精炼除气，时间为40~60min，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气。通过变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金得以同时细化初晶硅和共晶硅。
在一些实施例中，TCB晶种合金的含量为0.1%~0.5%。
实施例1
一种免处理铝合金铸件的制备方法，包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：9.5%，Fe：0 .25%，Mn：0.4%，Mg：0.26%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.1%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.54；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.2mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
实施例2
一种免处理铝合金铸件的制备方法，包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：11.5%，Fe：0 .15%，Mn：0.65%，Mg：0.29%，Cu：0.05%，Sr：0.03%，Zn：0.07%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为2.24；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.2mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
实施例3
一种免处理铝合金铸件的制备方法，包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.51%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.65；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.2mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
实施例4~实施例14
实施例4~14的组份含量和制备方法与实施例3大致相同，不同之处在于Mg含量不同，使得Mn/Mg的比值分别为1.69、1.71、1.73、1.75、1.77、1.75、1.77、1.79、1.81、1.83、1.85、1.88、1.9，具体Mg含量和试样测试结果见表1所示。
对比例1
Silafont-36合金铸件的制备方法，包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .15%，Mn：0.65%，Mg：0.25%，Cu：0.03%，Ti：0.15%，余量为Al，及不可避免的杂质元素；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.2mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
对比例2
一种铝合金铸件的制备方法，其包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.9%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为2.9；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.2mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
对比例3
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.15%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为0.48；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.2mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
实施例15
一种免处理铝合金铸件的制备方法，包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.51%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.65；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.5mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
实施例16~实施例26
实施例16~26的组份含量和制备方法与实施例15大致相同，不同之处在于Mg含量不同，使得Mn/Mg的比值分别为1.69、1.71、1.73、1.75、1.77、1.75、1.77、1.79、1.81、1.83、1.85、1.88、1.9，具体Mg含量和试样测试结果见表2所示。
对比例4
一种铝合金铸件的制备方法，其包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.9%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为2.9；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.5mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
对比例5
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.15%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为0.48；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.5mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
实施例27
一种免处理铝合金铸件的制备方法，包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.51%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.65；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.7mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
实施例28~实施例38
实施例28~38的组份含量和制备方法与实施例27大致相同，不同之处在于Mg含量不同，使得Mn/Mg的比值分别为1.69、1.71、1.73、1.75、1.77、1.75、1.77、1.79、1.81、1.83、1.85、1.88、1.9，具体Mg含量和试样测试结果见表3所示。
对比例6
一种铝合金铸件的制备方法，其包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.9%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为2.9；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.7mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
对比例7
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.15%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为0.48；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为2.7mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
实施例39
一种免处理铝合金铸件的制备方法，包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.51%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.65；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为3mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
实施例40~实施例50
实施例40~50的组份含量和制备方法与实施例39大致相同，不同之处在于Mg含量不同，使得Mn/Mg的比值分别为1.69、1.71、1.73、1.75、1.77、1.75、1.77、1.79、1.81、1.83、1.85、1.88、1.9，具体Mg含量和试样测试结果见表4所示。
对比例8
一种铝合金铸件的制备方法，其包括步骤：
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.9%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为2.9；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为3mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
对比例9
（1）按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，用300kg电阻炉进行铝液熔化，使铝合金液中的组分含量满足：Si：10.1%，Fe：0 .13%，Mn：0.15%，Mg：0.309%，Cu：0.05%，Sr：0.02%，Zn：0.08%，Ti：0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为0.48；
（2）温度稳定在720℃时开始精炼除气，时间为50分钟，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
（3）精炼除气合格后静置10分钟，待铝液温度稳定在710℃后转运至300T-Buhler小型压力铸造机边炉，进行真空压铸，制得壁厚为3mm薄壁合金铸件，试样制备完成后按照GB/T 228标准要求采取线切割的方式制取试样。
将实施例1~50和对比例1~9制备的铸件试样进行性能测试，结果如表1~表4所示。
其中，试验过程中用SPECTRO MAXx07-F元素直读光谱仪进行合金化学成分分析。利用CMT5205-电子万能试验机进行拉伸试验，得出试样的机械性能。每组试验选取四组试棒数据，求取平均值作为试验数据。采用OLYMPUS GX53金相显微镜和扫描电镜（SEM，NovaSU-70, Hitachi）进行试样的微观组织分析。
拉伸试验设计：采用长200mm，宽40mm，厚度分别为2.2mm，2.5mm，2.8mm，3.0mm的四种压铸试件，每种厚度的试件分别调整Mn/Mg为1.65，1.69，1.71，1.73，1.75，1.77，1.79，1.81，1.83，1.85，1.88，1.90。其中，拉伸试样尺寸如图1所示，将标准试样表面的油污等去除干净，按照GB/T228标准设置万能试验机试验参数：拉伸速度4mm/s，选择YYU-10/50的引伸计，输入试样的横截面积，进行拉伸试验，试验结果见表1~4。
表1 实施例1~14和对比例1~3的试样机械性能（壁厚2.2mm）
| 项目 | Mn | Mg | Mn/Mg | 抗拉强度（MPa） | 塑形强度（MPa） | 延伸率 （%） | 共晶硅占比（%） |
| 实施例1 | 0.4 | 0.26 | 1.54 | 304.66 | 155.69 | 10.38 | 32.14 |
| 实施例2 | 0.65 | 0.29 | 2.24 | 306.34 | 157.63 | 10.21 | 32.23 |
| 实施例3 | 0.51 | 0.309 | 1.65 | 284.58 | 122.21 | 11.06 | 31.56 |
| 实施例4 | 0.51 | 0.302 | 1.69 | 285.60 | 122.81 | 11.1 | 31.74 |
| 实施例5 | 0.51 | 0.298 | 1.71 | 285.96 | 123.51 | 11.18 | 30.27 |
| 实施例6 | 0.51 | 0.295 | 1.73 | 286.13 | 123.94 | 11.24 | 30.02 |
| 实施例7 | 0.51 | 0.291 | 1.75 | 286.4 | 123.88 | 11.59 | 28.7 |
| 实施例8 | 0.51 | 0.288 | 1.77 | 287.18 | 124.27 | 11.61 | 27.91 |
| 实施例9 | 0.51 | 0.285 | 1.79 | 288.82 | 124.4 | 11.77 | 26.62 |
| 实施例10 | 0.51 | 0.281 | 1.81 | 288.43 | 123.95 | 11.68 | 27.33 |
| 实施例11 | 0.51 | 0.279 | 1.83 | 288.35 | 123.23 | 11.55 | 27.85 |
| 实施例12 | 0.51 | 0.276 | 1.85 | 287.92 | 122.99 | 11.52 | 28.21 |
| 实施例13 | 0.51 | 0.271 | 1.88 | 286.28 | 122.73 | 11.39 | 28.52 |
| 实施例14 | 0.51 | 0.268 | 1.9 | 285.82 | 123.19 | 11.21 | 28.76 |
| 对比例1 | 0.65 | 0.25 | 2.6 | 252.43 | 120.41 | 5.03 | 36.9 |
| 对比例2 | 0.9 | 0.309 | 2.9 | 266.76 | 120.52 | 7.59 | 35.03 |
| 对比例3 | 0.15 | 0.309 | 0.48 | 256.8 | 119.55 | 7.31 | 35.49 |
表2 实施例15~26和对比例4~5的试样机械性能（壁厚2.5mm）
| 项目 | Mn | Mg | Mn/Mg | 抗拉强度（MPa） | 塑形强度（MPa） | 延伸率 （%） |
| 实施例15 | 0.51 | 0.309 | 1.65 | 285.46 | 125.43 | 11.87 |
| 实施例16 | 0.51 | 0.302 | 1.69 | 285.22 | 125.84 | 11.62 |
| 实施例17 | 0.51 | 0.298 | 1.71 | 286.23 | 126.05 | 11.05 |
| 实施例18 | 0.51 | 0.295 | 1.73 | 286.57 | 126.66 | 10.78 |
| 实施例19 | 0.51 | 0.291 | 1.75 | 287.82 | 127.25 | 10.67 |
| 实施例20 | 0.51 | 0.288 | 1.77 | 285.3 | 125.71 | 11.1 |
| 实施例21 | 0.51 | 0.285 | 1.79 | 283.15 | 122.17 | 11.37 |
| 实施例22 | 0.51 | 0.281 | 1.81 | 281.31 | 121.2 | 12.08 |
| 实施例23 | 0.51 | 0.279 | 1.83 | 280.14 | 120.05 | 12.43 |
| 实施例24 | 0.51 | 0.276 | 1.85 | 280.71 | 120.35 | 12.40 |
| 实施例25 | 0.51 | 0.271 | 1.88 | 282.58 | 121.33 | 12.21 |
| 实施例26 | 0.51 | 0.268 | 1.9 | 284.29 | 123.32 | 11.8 |
| 对比例4 | 0.9 | 0.309 | 2.9 | 278.51 | 118.39 | 7.42 |
| 对比例5 | 0.15 | 0.309 | 0.48 | 269.04 | 116.16 | 8.37 |
表3 实施例27~38和对比例6~7的试样机械性能（壁厚2.7mm）
| 项目 | Mn | Mg | Mn/Mg | 抗拉强度（MPa） | 塑形强度（MPa） | 延伸率 （%） |
| 实施例27 | 0.51 | 0.309 | 1.65 | 288.38 | 128.52 | 10.68 |
| 实施例28 | 0.51 | 0.302 | 1.69 | 290.17 | 129.1 | 11.9 |
| 实施例29 | 0.51 | 0.298 | 1.71 | 291.04 | 129.86 | 11.93 |
| 实施例30 | 0.51 | 0.295 | 1.73 | 289.5 | 128.27 | 11.49 |
| 实施例31 | 0.51 | 0.291 | 1.75 | 289.8 | 128.4 | 11.34 |
| 实施例32 | 0.51 | 0.288 | 1.77 | 288.62 | 127.88 | 10.9 |
| 实施例33 | 0.51 | 0.285 | 1.79 | 287.3 | 125.27 | 11.14 |
| 实施例34 | 0.51 | 0.281 | 1.81 | 286.31 | 124.65 | 10.95 |
| 实施例35 | 0.51 | 0.279 | 1.83 | 285.82 | 123.98 | 11.28 |
| 实施例36 | 0.51 | 0.276 | 1.85 | 285.69 | 123.33 | 10.41 |
| 实施例37 | 0.51 | 0.271 | 1.88 | 284.35 | 123.58 | 10.51 |
| 实施例38 | 0.51 | 0.268 | 1.9 | 283.93 | 122.92 | 10.34 |
| 对比例6 | 0.9 | 0.309 | 2.9 | 280.97 | 120.12 | 6.9 |
| 对比例7 | 0.15 | 0.309 | 0.48 | 279.91 | 119.45 | 7.14 |
表4 实施例39~50和对比例8~9的试样机械性能（壁厚3mm）
| 项目 | Mn | Mg | Mn/Mg | 抗拉强度（MPa） | 塑形强度（MPa） | 延伸率 （%） |
| 实施例39 | 0.51 | 0.309 | 1.65 | 296.05 | 124.28 | 10.59 |
| 实施例40 | 0.51 | 0.302 | 1.69 | 296.96 | 124.64 | 10.78 |
| 实施例41 | 0.51 | 0.298 | 1.71 | 297.84 | 124.74 | 10.57 |
| 实施例42 | 0.51 | 0.295 | 1.73 | 298.49 | 124.92 | 10.53 |
| 实施例43 | 0.51 | 0.291 | 1.75 | 299.21 | 125.72 | 10.4 |
| 实施例44 | 0.51 | 0.288 | 1.77 | 297.88 | 125.12 | 10.91 |
| 实施例45 | 0.51 | 0.285 | 1.79 | 296.89 | 124.79 | 10.98 |
| 实施例46 | 0.51 | 0.281 | 1.81 | 296.48 | 124.35 | 10.86 |
| 实施例47 | 0.51 | 0.279 | 1.83 | 295.79 | 124.41 | 11.15 |
| 实施例48 | 0.51 | 0.276 | 1.85 | 295.14 | 123.83 | 11.24 |
| 实施例49 | 0.51 | 0.271 | 1.88 | 295.71 | 124.15 | 11.09 |
| 实施例50 | 0.51 | 0.268 | 1.9 | 296.77 | 124.75 | 10.74 |
| 对比例8 | 0.9 | 0.309 | 2.9 | 286.5 | 121.4 | 6.84 |
| 对比例9 | 0.15 | 0.309 | 0.48 | 285.45 | 120.31 | 6.94 |
由表1和表4可知，在严格控制壁厚与成分关系的情况下，当Mn元素和Mg元素的含量比值为1.73~1.9时，得到的免处理铝合金铸态试样在保证延伸率均超过10%、塑性强度稳定在120MPa以上的同时，抗拉强度显著提升，均能达到280MPa以上，而原始Silafont-36合金进行T7热处理后的机械性能一般为延伸率10%，抗拉强度200MPa，塑性强度120MPa，本发明制备的免处理铝合铸件并不需要经过T7处理，达到性能要求。
微观组织分析
在500倍光学显微镜下对试样进行组织分析。从图2可以看出，在对比例1的原始Silafont-36合金铸态组织中，白色的较为粗大的组织为初生α1-Al相，细小而圆润的为二次α2-Al相，α-Al相的不规则生长使共晶硅相的生长受到抑制从而不断改变生长方向，最终生成相对封闭的团簇状，降低了与其它相的耦合程度。测量显示α1-Al相的长度大于27.09μm，α2-Al相直径为7.41μm左右，共晶硅占比为36.91%，这种不均匀分布的组织使得合金的韧性下降。
图3所示的（a）是实施例9的壁厚为2.2mm的试样金相，（b）是实施例23的壁厚为2.5mm的试样金相，（c）是实施例29的壁厚为2.7mm的试样金相，（d）是实施例48的壁厚为3mm的试样金相。当Mn/Mg比达到1.73~1.9范围时，α-Al的初生相与二次相并不明显，共晶硅也得到充分的耦合生长，整体分布也相对均匀，这有利于增强HL-111合金的韧性与强度；使用软件计算α1-Al相最大长度仅为16.43μm，二次相直径为7.40μm ，共晶硅占比为降至26.62%~30.02%，在保证合金强度的同时，使得合金延伸率得到进一步加强。若共晶硅占比过大，如大于36%，延伸率小于10%，弯曲度无法达到要求，若共晶硅占比过小，如小于20%，抗拉强度和塑性强度小，导致抗拉强度小于220MPa，塑性强度小于96MPa。
断口韧窝分析
图4所示的（a）~（b）是对比例1的Silafont-36铸态合金拉伸断面，（c）~（d）是实施例23的铸态合金拉伸断面，（e）~（f）是实施例29的铸态合金拉伸断面，（g）~（h）是实施例48的铸态合金拉伸断面。对比发现，当Mn/Mg达到1.73-1.9范围时，所述免处理铝合金的韧窝尺寸较大，且韧窝数量较多，材料的塑性越好，延伸率可以达到10%以上。
从而当Mn/Mg达到1.73~1.9时，可以看到所述免处理铝合金的晶粒分布更加均匀，但合金发生塑性变形时，塑性变形可以更加均匀地分布在每个晶粒中，不易产生应力集中，所述免处理铝合金可以承受更多的变形，材料的塑性提高，同时共晶硅的比例减少，Silafont-36中Si的强韧度较低，且会对基体产生一定的撕裂作用，共晶硅的比例降低后既可以降低共晶硅引起的强韧度降低，也可以提高所述免处理铝合金的塑性。也就是说，当Mn/Mg达到1.73~1.9范围时，能够调节所述免处理铝合金微观组织的结晶规律，使得α-Al的初生相与二次相差距减小，晶粒呈规则且均匀的趋势分布，从而较好地提升合金力学性能。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种免处理铝合金，其特征在于，包括以下按质量百分数计的组分：Si：9.5%~11.5%，Fe：≤0 .25%，Mn：0.4%~0.65%，Mg：0.17%~0.5%，Cu：≤0.05%，Sr：0.02%~0.03%，Zn：0.07%~0.1%，Ti：≤0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素＜0.15%，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.5~2.2。
2.根据权利要求1所述的免处理铝合金，其特征在于，包括以下按质量百分数计的组分：Si：9.7%~10.4%，Fe：≤0 .15%，Mn：0.47%~0.56%，Mg：0.26%~0.35%，Cu：≤0.05%，Sr：0.02%~0.03%，Zn：0.07%~0.1%，Ti：≤0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素＜0.15%。
3.根据权利要求1所述的免处理铝合金，其特征在于，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.73~1.9。
4.根据权利要求1所述的免处理铝合金，其特征在于，合金中的共晶硅占比为22%~35%。
5.根据权利要求1所述的免处理铝合金，其特征在于，合金中的共晶硅占比为26.62%~30.02%。
6.根据权利要求1所述的免处理铝合金，其特征在于，其适用于铸造壁厚为2mm~3mm的薄壁压铸合金，铸造的合金抗拉强度≥280MPa、塑性强度≥120MPa、延伸率≥10%。
7.一种免处理铝合金的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S100按合金成分及化学计量比，计算所需原料的用量，配料熔化制成铝合金液，使铝合金液中的组分含量满足：Si：9.5%~11.5%，Fe：≤0 .25%，Mn：0.4%~0.65%，Mg：0.17%~0.5%，Cu：≤0.05%，Sr：0.02%~0.03%，Zn：0.07%~0.1%，Ti：≤0.2%，余量为Al，及不可避免的杂质元素＜0.15%，其中，Mn元素和Mg元素的含量比值为1.5~2.2；
S200精炼除气，在除气过程中加入变质剂和细化剂；
S300精炼除气合格后静置一段时间，压射至压铸模具中，进行真空压铸，制得薄壁合金铸件。
8.根据权利要求7所述的免处理铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S200具体包括步骤：待铝合金液温度在715℃~725℃时开始精炼除气，时间为40~60min，除气过程中加入变质剂Al-10Sr中间合金和超级细化剂TCB晶种合金，期间不间断除气。
9.根据权利要求8所述的免处理铝合金的制备方法，其特征在于，TCB晶种合金的含量为0.1%~0.5%。
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