CN114164362B - 一种免热处理高强韧铝合金及其成形方法 - Google Patents

一种免热处理高强韧铝合金及其成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种免热处理高强韧铝合金及其成形方法，该铝合金成分的质量百分比为：Si 8.5~11.5%，Cu 0.05~0.5%，Mg 0.05~0.5%，Mo 0.1~0.5%，Sr 0.005~0.1%，B 0.005~0.1%，Cd 0.05~0.3%，Zr 0.05~0.25%，其余为Al和不可避免杂质，本发明的铝合金的成形时利用硼化处理细化晶粒，利用锶变质细化共晶硅，且Mo的加入不仅避免B与Sr同时添加产生的毒化现象，且将共晶硅细化到亚微米级尺寸，大幅提高合金强韧性能；同时结合固溶强化和弥散强化，赋予合金优异力学性能。合金流动性能好、铸造性能优，且无需热处理强化，节省生产工序，降低生产成本；应用前景光明。

Description

一种免热处理高强韧铝合金及其成形方法
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，特别是涉及一种免热处理高强韧铝合金及其成形方法。
背景技术
目前以(新能源)汽车副车架、底盘、减震器、一体化电池包为代表的中高端车型的大型薄壁车身结构压铸件，需要经高温固溶和时效热处理来满足车身性能所需强度、耐久性、抗冲击性，但大型薄壁结构件在高温热处理时易变形；尽管通过矫正工艺可改善构件一定的尺寸精度，但不可避免地造成废品率增加。同时，增加热处理工序也增加生产流程，降低生产效率，提高生产成本。
开发免热处理的汽车用高强韧铝合金，采用压铸、液态模锻、半固态成形等工艺直接制备大型薄壁高强韧铝合金构件，不仅可节省生产工序，节约能源，使得汽车用关键构件的成本和性能极具市场竞争力，并可减少碳排放，意义重大。
免热处理力学性能自强化铝合金，其特点是零部件不需要经过高温固溶处理和人工时效，仅通过自然时效即可获得较高的强韧性能。德国Aluminum Rheinfelden GmbH公司于20世纪90年代开发出第一种高韧压铸铝合金，Silafont-36系列铝合金，即美标的A365.0合金。加拿大铝业公司开发的压铸铝合金Aural-2和Aural-3合金也是Al-Si-Mg-Mn系合金，其Fe含量上限达到了0.2％，Mn为0.5％。日本开发的ADC3SF合金，Mn含量更低甚至只有0.3-0.4％。同时，德国Aluminum Rheinfelden GmbH公司也开发出Al-Si系和Al-Mg系免热处理高强韧合金。免热处理高韧性铝合金的出现使车身结构件的成本和性能获得较大优势。
Castasil-37合金是一种高韧性Al-Si合金，其铸态抗拉强度达250～300MPa的同时，伸长率高达12％以上。不添加时效强化的Mg元素，主要通过添加Mo、Zr等元素在压铸过程中形成含Mo、Zr等细小弥散相来提高合金强度，其与压铸件壁厚有较大关系，壁厚越薄、冷却速度越快，晶粒尺寸越小，最终压铸件强度越高；此合金适用于车身零件轻量化的薄壁化高强度高韧性需求。
除了Al-Si系之外，高强韧Al-Mg系压铸铝合金主要包括Magsimal-59、Magsimal-25和Magsimal-22。Magsimal系列铝合金对化学成分控制严格，均采用添加Mn代替Fe以利于脱模；Magsimal-59和Magsimal-22的Fe低于0.15％，以提高伸长率；控制Na和Ca含量均低于10ppm，增加熔体流动性，增强抗热裂性；Magsimal-25和Magsimal-22则添加一定量的Co元素，抵消由于添加Mn导致的伸长率降低，同时Co也有一定的脱模作用。
虽然近些年免热处理高强韧铝合金开发取得较大进展，但在成本降低(低成本合金化元素选择)、强韧性能提高和成形能力改善等方面仍需进一步突破，满足大型薄壁复杂高强韧铝合金构件的制备。
发明内容
针对目前免热处理高强韧铝合金存在的问题和不足，本发明提供一种低成本免热处理高强韧铝合金及其成形方法，以满足(新能源)汽车等构件强韧要求。
为了达到上述目的，本公开实施例公开了一种低成本免热处理高强韧铝合金及其制备方法，所述合金成分及质量百分比为：Si 8.5～11.5％，Cu 0.05～0.5％，Mg 0.05～0.5％，Mo 0.1～0.5％，Sr 0.005～0.1％，B 0.005～0.1％，Cd 0.05～0.3％，Zr 0.05～0.25％，其余为Al和不可避免杂质；所述不可避免杂质元素总量≤0.2％；所述铝合金中Cu+Mg质量分数为0.1～0.6％。
本公开实施例的另一目的是提供一种上述的低成本免热处理高强韧铝合金的成形方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料，在加热至100～500℃的干燥炉内预热后，再将各种原材料分别按顺序加入熔炼炉中，并升温至700～800℃使原材料完全熔化，搅拌1～10分钟均匀熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往熔体内部通入氮气或惰性气体或向熔体中加入固态精炼剂，从而对熔体进行除气除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体直接送入成形设备进行成形，或将铝合金熔体进行半固态浆料制备后再送入成形设备进行成形，制备出高强韧铝合金结构件。
所述的免热处理高强韧铝合金成形工艺包括压铸、液态模锻(挤压铸造)、半固态成形和低压铸造。
所述得到的高强韧铝合金结构件的抗拉强度300～400MPa，屈服强度180～320MPa，伸长率8～21％。
本发明与现有技术相比，具有以下优势：
(1)对于亚共晶Al-Si系合金，单独的添加Sr或B均能提高合金的力学性能，但是若这两种元素同时添加，会产生毒化现象，主要原因在于Sr与B相遇形成SrB6化合物，从而毒化变质-细化效果，不仅恶化合金微观组织(共晶硅粗化)，而且降低合金的力学性能，这也是目前该行业遇到的一个共性问题。本发明中的免热处理高强韧铝合金利用硼化处理细化晶粒，利用锶变质细化共晶硅，且Mo元素的加入不仅避免B与Sr同时添加产生的毒化现象，抑制SrB6化合物形成，且细化-变质同步效果优良，其中共晶硅细化到亚微米级尺寸，大幅提高合金强韧性能。
(2)本发明铝合金由于细化-变质同步进行，晶粒与共晶硅均显著细化，同时结合Cu和Mg元素带来的固溶强化和Cd元素在自然时效过程中纳米尺寸的富Cd颗粒析出带来的弥散强化(这是由于Cd元素引入使溶质原子和空位的过饱和度降低，自然时效益于稳定GP形成，在后续自然时效过程中得到分布均匀、尺寸细小的弥散强化相，自然时效时间越长，强化相数量和密度越大)，赋予合金优异的力学性能；另外，微量Zr元素的加入赋予合金良好的耐蚀性能和抗热裂性能。
(3)本发明铝合金中不含稀土、Co、Ti等成本较高的合金化元素，降低合金成本，提高高强韧结构件的市场竞争力。
(4)本发明铝合金在保证合金优异强韧性能的基础上，保持铝合金优良的铸造性能和流动性能，同时减小合金铸造热裂倾向，利于成形大型复杂壁厚不均匀的高强韧铝合金结构件，提高良品率。
(5)本发明铝合金适于采用压铸、液态模锻(挤压铸造)、低压铸造或半固态成形工艺生产对强韧性能有较高要求的结构件，且成形构件的抗拉强度300～400MPa，屈服强度180～320MPa，伸长率8～21％，高于常规免热处理高强韧铝合金成形构件性能。
附图说明
图1为本发明的低免热处理高强韧铝合金半固态压铸成形件微观组织。
图2为本发明的低成本免热处理高强韧铝合金半固态压铸成形件共晶硅组织。
图3为对比例Al-10.5Si-0.2Cu-0.1Mg-0.03Sr-0.03B-0.15Cd-0.15Zr铝合金半固态压铸成形件微观组织。
图4为对比例Al-10.5Si-0.2Cu-0.1Mg-0.03Sr-0.03B-0.15Cd-0.15Zr铝合金半固态压铸成形件共晶硅组织。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例对本发明所述技术方案作进一步详述，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
本发明一种免热处理高强韧铝合金，所述铝合金各个成分的质量百分比为：Si8.5～11.5％，Cu 0.05～0.5％，Mg 0.05～0.5％，Mo 0.1～0.5％，Sr 0.005～0.1％，B0.005～0.1％，Cd 0.05～0.3％，Zr 0.05～0.25％，其余为Al和不可避免杂质。
所述铝合金中Cu+Mg质量分数为0.1～0.6％；所述不可避免杂质元素总量≤0.2％。
本发明还提供一种成形上述的低成本免热处理高强韧铝合金的方法，所述方法具体包括以下步骤：
S1)按照设计成分分别称取各个原料，先对各个原料进行干燥预热，再将预热后各个原料分别按顺序加入熔炼炉中，加热融化搅拌均匀，得到合金熔体；
S2)向S1)得到的合金熔体保护气体，再加入固态精炼剂，进行精炼除气除杂；
S3)将S2)处理后的金熔体送入成形设备进行成形，或将金熔体进行半固态浆料制备后再送入成形设备进行成形，即得到高强韧铝合金构件。
所述S1)中原料的预热干燥的温度为100～500℃，溶化温度为700～800℃，搅拌时间为1～10分钟。
所述S1)中原材料的加入顺序为：将Al-Si合金锭加入熔炼炉中熔化，待其完全熔化后，再加入含Cu元素和含Mg元素的纯金属或中间合金，待其完全溶解后，加入Al-Mo、Al-Zr和Al-Cd中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-B中间合金和Al-Sr中间合金。
所述S2)中的保护性气体的体通入量为0.01～5L/min，加入固态精炼剂的含量为熔体质量的0.01～1％，精炼时间为2-30min。
所述保护性气体为氮气或惰性气体。
所述S3)中的成形设备为压铸机、低压铸造机、液态模锻机、注射成形机或铸锻一体机。
所述得到的高强韧铝合金构件的抗拉强度300～400MPa，屈服强度180～320MPa，伸长率8～21％。
实施例1：
本实施例的一种低成本免热处理高强韧铝合金，由以下具体成分及质量百分比：Si 10.5％，Cu 0.2％，Mg 0.1％，Mo 0.25％，Sr 0.03％，B 0.03％，Cd 0.15％，Zr 0.15％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.12％；
本发明提供了上述免热处理高强韧铝合金的成形方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至300℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si合金锭和纯铝加入熔炼炉内，升温至720℃，待其完全熔化后，再加入纯Cu和纯Mg，待其完全溶解后，加入Al-10Mo中间合金和Al-5Zr中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-3B、Al-5Cd和Al-10Sr中间合金；完全熔化后，搅拌3分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内部通入氩气精炼，氩气通入量0.1L/min，精炼时间5min，静置5min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体采用机械搅拌法制备半固态浆料，并送入压铸机进行半固态流变压铸成形，压铸机锁模力260吨，压射比压80MPa，压射速度3m/s，模具温度180℃，制备出高强韧铝合金拉力棒。
上述方法所制备的拉力棒微观组织如图1所示，其平均晶粒尺寸仅为25μm；共晶硅微观组织如图2所示，其平均尺寸仅为480nm；另外，对拉力棒进行拉伸测试，其抗拉强度342MPa，屈服强度218MPa，伸长率14％。
实施例2：
本实施例的一种低成本免热处理高强韧铝合金，由以下具体成分及质量百分比：Si 11.5％，Cu 0.5％，Mg 0.1％，Mo 0.3％，Sr 0.05％，B 0.05％，Cd 0.05％，Zr 0.25％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.15％；
本发明提供了上述免热处理高强韧铝合金的成形方法，包括以下步骤：
(2)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至300℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si合金锭加入熔炼炉内，升温至730℃，待其完全熔化后，再加入Al-50Cu和纯Mg，待其完全溶解后，加入Al-10Mo中间合金和Al-5Zr中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-3B、Al-5Cd和Al-10Sr中间合金；完全熔化后，搅拌5分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内部通氮气氩气精炼，氮气通入量0.05L/min，精炼时间10min，静置5min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体直接送入压铸机进行压铸成形，压铸机锁模力800吨，压射比压70MPa，压射速度2.8m/s，模具温度190℃，制备出汽车用高强韧铝合金转向器。
从上述方法所制备的铝合金构件上切取拉伸试样，进行力学拉伸测试，其抗拉强度316MPa，屈服强度182MPa，伸长率12％。
实施例3：
本实施例的一种低成本免热处理高强韧铝合金，由以下具体成分及质量百分比：Si 8.5％，Cu 0.1％，Mg 0.5％，Mo 0.1％，Sr 0.1％，B 0.005％，Cd 0.3％，Zr 0.05％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.15％；
本发明提供了上述免热处理高强韧铝合金的成形方法，包括以下步骤：
(3)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至200℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si合金锭和纯铝加入熔炼炉内，升温至720℃，待其完全熔化后，再加入Al-50Cu和纯Mg，待其完全溶解后，加入Al-10Mo中间合金和Al-5Zr中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-5B、Al-5Cd和Al-5Sr中间合金；完全熔化后，搅拌10分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内加入固态精炼剂，精炼剂含量为熔体质量的1％，精炼时间10min，静置10min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体直接送入315吨液态模锻设备进行液态挤压成形，压力100MPa，模具温度160℃，制备出高强韧铝合金拉伸棒。
对上述方法所制备的铝合金拉力棒进行力学拉伸测试，其抗拉强度301MPa，屈服强度203MPa，伸长率20％。
实施例4：
本实施例的一种低成本免热处理高强韧铝合金，由以下具体成分及质量百分比：Si 10.5％，Cu 0.3％，Mg 0.1％，Mo 0.2％，Sr 0.05％，B 0.05％，Cd 0.2％，Zr 0.25％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.11％；
本发明提供了上述免热处理高强韧铝合金的成形方法，包括以下步骤：
(4)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至400℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si和Al-20Si合金锭加入熔炼炉内，升温至720℃，待其完全熔化后，再加入Al-10Cu和Al-10Mg中间合金，待其完全溶解后，加入Al-5Mo中间合金和Al-5Zr中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-3B、Al-5Cd和Al-2Sr中间合金；完全熔化后，搅拌1分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内加入固态精炼剂，精炼剂含量为熔体质量的0.2％，精炼时间8min，静置10min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体直接送入315吨液态模锻设备进行液态挤压成形，压力120MPa，模具温度210℃，制备出高强韧铝合金拉力棒。
将上述方法所制备的铝合金拉力棒在室温环境放置2个月后，进行力学拉伸测试，其抗拉强度395MPa，屈服强度313MPa，伸长率11％。
实施例5：
本实施例的一种低成本免热处理高强韧铝合金，由以下具体成分及质量百分比：Si 9.5％，Cu 0.15％，Mg 0.15％，Mo 0.2％，Sr 0.03％，B 0.03％，Cd 0.1％，Zr 0.2％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.18％；
本发明提供了上述免热处理高强韧铝合金的成形方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至400℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si合金和纯铝加入熔炼炉内，升温至730℃，待其完全熔化后，再加入Al-50Cu中间合金和纯镁，待其完全溶解后，加入Al-5Mo中间合金和Al-5Zr中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-3B、Al-5Cd和Al-5Sr中间合金；完全熔化后，搅拌10分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内加入固态精炼剂，精炼剂含量为熔体质量的0.1％，精炼时间30min，静置10min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体直接送入低压铸造设备进行成形，升液速度0.1m/s，加压速率1.3kPa/s，保压时间20s，模具温度300℃，制备出高强韧铝合金拉力棒。
将上述方法所制备的铝合金拉力棒在室温环境放置1.5个月后，进行力学拉伸测试，其抗拉强度363MPa，屈服强度262MPa，伸长率14％。
对比例1：
本对比例铝合金材料由以下具体成分及质量百分比：Si 10.5％，Cu 0.2％，Mg0.1％，Sr 0.03％，B 0.03％，Cd 0.15％，Zr 0.15％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.12％；
本对比例铝合金材料的成形方法，包括以下步骤：
(5)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至300℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si合金锭和纯铝加入熔炼炉内，升温至720℃，待其完全熔化后，再加入纯Cu和纯Mg，待其完全溶解后，加入Al-5Zr中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-3B、Al-5Cd和Al-10Sr中间合金；完全熔化后，搅拌3分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内部通入氩气精炼，氩气通入量0.1L/min，精炼时间5min，静置5min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体采用机械搅拌法制备半固态浆料，并送入压铸机进行半固态流变压铸成形，压铸机锁模力260吨，压射比压80MPa，压射速度3m/s，模具温度180℃，制备出高强韧铝合金拉力棒。
上述方法所制备的拉力棒微观组织如图3所示，其平均晶粒尺寸为87μm；共晶硅微观组织如图4所示，其平均尺寸(长度方向)为26μm；另外，对拉力棒进行拉伸实验，其抗拉强度269MPa，屈服强度162MPa，伸长率11％。
对比例2：
本对比例铝合金材料由以下具体成分及质量百分比：Si 11.5％，Cu 0.5％，Mg0.1％，Mn 0.3％，Sr 0.05％，B 0.05％，Zr 0.25％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.15％；
本对比例铝合金材料的成形方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至300℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si合金锭加入熔炼炉内，升温至730℃，待其完全熔化后，再加入Al-50Cu和纯Mg，待其完全溶解后，加入Al-10Mn和Al-5Zr中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-3B中间合金和Al-10Sr中间合金；完全熔化后，搅拌5分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内部通氮气氩气精炼，氮气通入量0.05L/min，精炼时间10min，静置5min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体直接送入压铸机进行压铸成形，压铸机锁模力800吨，压射比压70MPa，压射速度2.8m/s，模具温度190℃，制备出汽车用高强韧铝合金转向器。
从上述方法所制备的铝合金构件上切取拉伸试样，进行力学拉伸测试，其抗拉强度258MPa，屈服强度164MPa，伸长率6％。
对比例3：
本对比例铝合金材料由以下具体成分及质量百分比：Si 8.5％，Cu 0.1％，Mg0.5％，Mo 0.1％，Cd 0.3％，Zr 0.05％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.15％；
本对比例铝合金材料的成形方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至200℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si铝合金锭和纯铝加入熔炼炉内，升温至720℃，待其完全熔化后，再加入Al-50Cu和纯Mg，待其完全溶解后，加入Al-10Mo中间合金和Al-5Zr中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-5Cd中间合金；完全熔化后，搅拌10分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内加入固态精炼剂，精炼剂含量为熔体质量的1％，精炼时间10min，静置10min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体直接送入315吨液态模锻设备进行液态挤压成形，压力100MPa，模具温度160℃，制备出高强韧铝合金拉伸棒。
对上述方法所制备的铝合金拉力棒进行力学拉伸测试，其抗拉强度259MPa，屈服强度154MPa，伸长率8％。
对比例4：
本对比例铝合金材料由以下具体成分及质量百分比：Si 10.5％，Cu 0.3％，Mg0.1％，Sr 0.05％，B 0.05％，Zr 0.25％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.11％；
本对比例铝合金材料的成形方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至400℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si和Al-20Si合金锭加入熔炼炉内，升温至720℃，待其完全熔化后，再加入Al-10Cu和Al-10Mg中间合金，待其完全溶解后，加入Al-5Zr中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-3B和Al-2Sr中间合金；完全熔化后，搅拌1分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内加入固态精炼剂，精炼剂含量为熔体质量的0.2％，精炼时间8min，静置10min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体直接送入315吨液态模锻设备进行液态挤压成形，压力120MPa，模具温度210℃，制备出高强韧铝合金拉力棒。
将上述方法所制备的铝合金拉力棒在室温环境放置2个月后，进行力学拉伸测试，其抗拉强度287MPa，屈服强度184MPa，伸长率8％。
对比例5：
本对比例铝合金材料由以下具体成分及质量百分比：Si 9.5％，Mo 0.2％，Sr0.03％，B 0.03％，Cd 0.1％，Zr 0.2％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.18％；
本对比例铝合金材料的成形方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至400℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si合金和纯铝加入熔炼炉内，升温至730℃，待其完全熔化后，加入Al-5Mo中间合金和Al-5Zr中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-3B、Al-5Cd和Al-5Sr中间合金；完全熔化后，搅拌10分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内加入固态精炼剂，精炼剂含量为熔体质量的0.1％，精炼时间30min，静置10min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体直接送入低压铸造设备进行成形，升液速度0.1m/s，加压速率1.3kPa/s，保压时间20s，模具温度300℃，制备出高强韧铝合金拉力棒。
将上述方法所制备的铝合金拉力棒在室温环境放置1.5个月后，进行力学拉伸测试，其抗拉强度313MPa，屈服强度221MPa，伸长率15％。
对比例6：
本对比例铝合金材料AlSi9MnMoZr由以下具体成分及质量百分比：Si 10.0％，Mn0.4％，Mo 0.15％，Zr 0.15％，其余为Al和不可避免的杂质，杂质元素总量为0.12％；
本对比例铝合金材料的成形方法，包括以下步骤：
(2)熔炼：按照设计成分分别称取各种原材料并放入加热至400℃的干燥炉内干燥。将Al-12Si合金和纯铝加入熔炼炉内，升温至730℃，待其完全熔化后，加入Al-5Mo、Al-5Zr和Al-10Mn中间合金，待其完全溶解后，搅拌5分钟均匀铝合金熔体成分，得到铝合金熔体；
(2)精炼：往铝合金熔体内加入固态精炼剂，精炼剂含量为熔体质量的0.2％，精炼时间10min，静置10min后，扒渣除杂；
(3)成形：将精炼后的铝合金熔体直接送入压铸机进行压铸成形，压铸机锁模力800吨，压射比压70MPa，压射速度2.8m/s，模具温度190℃，制备出汽车用高强韧铝合金转向器。
从上述方法所制备的铝合金构件上切取拉伸试样，进行力学拉伸测试，其抗拉强度281MPa，屈服强度148MPa，伸长率9％。
将上述实施例1-5成形的低成本免热处理高强韧铝合金结构件和对比例1-5成形的铝合金结构件及对比例6常规免热处理高强韧AlSi9MnMoZr铝合金成形结构件做对比，分别测定各成形铝合金结构件的力学性能，具体结果见表1。
表1
Figure BDA0003378326790000111
Figure BDA0003378326790000121
由表1可看出，与对比例1-6的铝合金成形结构件相比，本发明铝合金成形结构件强韧性能优异，无需热处理强化，同时铸造性能优良、强韧性能匹配良好，适于采用压铸、液态模锻(挤压铸造)、低压铸造或半固态成形工艺生产对强韧性能有较高要求的结构件，且成形结构件力学性能高于常规免热处理高强韧铝合金成形构件性能。因此本发明低成本免热处理铝合金具有广阔的应用范围和良好的经济效益和社会效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种免热处理高强韧铝合金的成形方法，其特征在于，所述成形方法具体包括以下步骤：
S1）按照铝合金各个成分的质量百分比为：Si 8.5~11.5%，Cu 0.05~0.5%，Mg 0.05~0.5%，Mo 0.1~0.5%，Sr 0.005~0.1%，B 0.005~0.1%，Cd 0.05~0.3%，Zr 0.05~0.25%，其余为Al和不可避免杂质，分别称取各个原料，先对各个原料进行干燥预热，再将预热后各个原料分别按顺序加入熔炼炉中，待加热熔化后搅拌均匀，得到合金熔体；
S2) 对S1）得到的合金熔体进行精炼处理，完成除气和除杂；
所述精炼处理的具体工艺为：向合金熔体中通入保护性气体或加入固态精炼剂，精炼时间为2-30min；
且保护性气体的通入量为0.01~5L/min，加入固态精炼剂的含量为熔体质量的0.01~1%；
S3) 将S2)处理后的合金熔体送入成形设备进行成形或进行半固态浆料制备后再送入成形设备进行成形，即得到免热处理高强韧铝合金构件；
所述免热处理高强韧铝合金构件的抗拉强度300~400MPa，屈服强度180~320MPa，伸长率8~21%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝合金中Cu+Mg质量分数为0.1~0.6%;所述不可避免杂质元素总量≤0.2%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1）中原料的预热干燥的温度为100~500℃，溶化温度为700~800℃，搅拌时间为1~10分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1）中原料的加入顺序为：将Al-Si合金锭加入熔炼炉中熔化，待其完全熔化后，再加入含Cu元素和含Mg元素的纯金属或中间合金，待其完全溶解后，加入Al-Mo、Al-Zr和Al-Cd中间合金，待其完全溶解后，再加入Al-B中间合金和Al-Sr中间合金。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2）中保护性气体为氮气或惰性气体。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3）中的成形设备为压铸机、液态模锻机、注射成形机或铸锻一体机。
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