CN114231799B - 一种非热处理高韧性压铸铝硅合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非热处理高韧性压铸铝硅合金及其制备方法,该合金通过控制一定的Mn/Fe比例,可有效的抑制Fe元素带来的不利影响;并通过引入一定比例的稀土元素,可有效的细化材料中的Si,并能与Al、Cu等元素形成高温相,提高材料应用于压铸一体式大型结构件中的抗变形能力。该合金可在大型铸件本体取样的压铸态条件下达到:抗拉强度290Mpa,屈服强度140Mpa,延伸率13%;同时具备优良的压铸成型性能;所用能源为清洁能源,达到低碳排放标准。

Description

一种非热处理高韧性压铸铝硅合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域,具体涉及一种非热处理高韧性压铸铝硅合金及其制备方法。
背景技术
随着碳达峰和碳中和政策的深入推进,碳排放指标不断调低,再生铝体现了能源消耗低的明显优势,而且摆脱了铝业“价随电涨”的依赖,将再生铝业作为主导产业更有利于铝业健康稳定和长期发展。再生铝碳排放显著低于火力电解原铝排放,1吨火力电解原铝排放约12吨二氧化碳,而生产1吨再生铝仅排放约300Kg二氧化碳,生产1吨再生铝节约3.4吨标准煤,节水14立方米,减少固体废物排放20吨。按1吨标准煤排放3吨二氧化碳计算,加上其他辅料的碳排放,1吨再生铝总共可减少约11.5吨二氧化碳排放量。同时,再生铝经济效益显著。原铝的生产涉及铝土矿的开采、长途运输等,氧化铝和火力电解铝生产能耗巨大,与原铝生产相比,再生铝的生产成本较低。随着我国废铝的社会保有量快速增长和废旧资源回收体系的不断健全,废铝价格有望进一步下降,再生铝生产相对于火力电解原铝的成本优势将更加突出;或用清洁能源来电解原铝,即无二氧化碳排放,此清洁能源包括水电,风电或光伏能源。
近年来新能源汽车的不断出现及发展,电池驱动的新能源汽车受动力电池重量、动力电池续航里程的制约以及汽车节能减排政策的高压,在车辆设计和材料选用上,比传统汽车更迫切需要车身减重。铝合金作为轻量化材料之一,无论是应用技术还是运行安全性及循环再生利用都具有比较优势,所以铝合金在汽车行业中逐步代替钢铁,并采用压铸成型工艺来生产汽车零部件产品得到了广泛应用。
汽车和航空航天行业对零部件的要求严苛,要求材料在变形时具备优良的冲击韧性和高的延伸率。对此汽车行业提出大型一体式车身结构件要求其铝合金压铸件的抗拉强度大于180MPa,屈服强度大于120MPa,延伸率大于10%。传统的Al-Si系合金虽然具有较好的强度和良好的铸造性能,但其塑性较差,延伸率低,材料不能满足供汽车使用的大型一体式成型压铸件的要求。近年来,为满足汽车行业市场的需求,高韧性铝合金的开发得到越来越多的关注,例如,德国莱茵公司开发的Silafont-36合金(专利公开号:US 6364970B1),该合金室温下延伸率不高于6%,经过长时间的T7热处理后抗拉强度约为210Mpa,屈服强度140Mpa,延伸率15%,才能符合汽车结构件要求,此流程生产效率低,热处理工艺复杂,热处理过程不好管控,热处理成本很高。又如上海交通大学开发的非热处理强化高强高韧压铸Al-Mg-Si系合金(专利公开号:CN 108754256A),该合金力学性能较优异,但Al-Mg-Si合金铸造性能较差,高镁含量易氧化烧损,铝液粘稠度高,收缩率高,对压铸模具有很大的冲蚀,降低模具寿命,对于大型车身结构件并不适用。另外,凤阳爱尔思及上海交通大学开发的非热处理自强化铝硅合金(专利公开号:CN 104831129A),该合金对杂质元素控制较高,无法用废铝进行生产,不能满足未来碳达峰及碳中和背景下的需求组,且精密压铸下铸件延伸率约为7.5%,无法达到现阶段针对大型车身结构件的高韧性要求。例如,上海永茂泰汽车零部件及上海交通大学开发的一种高强韧压铸铝合金(专利公开号:CN109881056A),该合金虽然铸造性能好,但压铸非热处理态下合金延伸率仅为7%,也无法满足汽车结构件高韧性要求;又如苏州慧驰轻合金开发的一种高韧性压铸铝合金(专利公开号:CN106636787A),该合金具有很好的铸造性能及强度,但对杂质元素含量要求小于0.005%,对杂质含量要求极高,也无法用添加废铝进行生产,且压铸件非热处理态的延伸率仅能达到9.7%,无法满足压铸大型一体式结构件的高韧性要求。
发明内容
提供该发明内容部分以便以简要的形式介绍构思,这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。该发明内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征,也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
本发明提供了一种非热处理高韧性压铸铝硅合金及其制备方法,降低了生产过程中产生的碳排放,且无需热处理延伸率即可达到11%-16%。
第一方面,本发明实施例提供了一种用非热处理高韧性压铸铝硅合金,以合金的总重量为基准,所述压铸铝硅合金中各组分的重量百分比为:
Si:6.3-8.3%;Fe:0.07-0.45%;Cu:0.05-0.5%;Mn:0.5-0.8%;Mg:0.15-0.35%;Ti:0.01-0.2%;Sr:0.015-0.035%;稀土总量:0.04%-0.2%,稀土包括La/Ce/Sc中的一种或几种;Ni:0.001-0.1%;Zn:0.005-0.1%;Ga:0.01-0.03%;其他杂质总量应小于或等于0.2%,余量为Al。
可选地,所述压铸铝硅合金中各组分的重量百分比为:
Si:6.3-7.0%;Fe:0.2-0.4%;Cu:0.35-0.45%;Mn:0.5-0.8%;Mg:0.25-0.35%;Ti:0.1-0.2%;Sr:0.015-0.035%;稀土总量:0.04%-0.2%,稀土包括La/Ce/Sc中的一种或几种;Ni:0.001-0.1%;Zn:0.005-0.1%;Ga:0.01-0.03%;其他杂质总量应小于或等于0.2%,余量为Al。
可选地,所述压铸铝硅合金中各组分的重量百分比为:
Si:6.4-7.1%;Fe:0.10-0.25%;Cu:0.05-0.28%;Mn:0.5-0.8%;Mg:0.25-0.35%;Ti:0.03-0.16%;Sr:0.025-0.035%;稀土总量:0.04%-0.15%,所述稀土包括La/Ce/Sc中的的至少一种;Ni:0.001-0.1%;Zn:0.005-0.1%;Ga:0.01-0.03%;其他杂质总量应小于或等于0.2%,余量为Al。
可选地,所述压铸铝硅合金中各组分的重量百分比为:
Si:7.0-7.7%;Fe:0.15-0.3%;Cu:0.2-0.35%;Mn:0.6-0.8%;Mg:0.2-0.3%;Ti:0.05-0.2%;Sr:0.015-0.035%;稀土总量:0.04%-0.2%,稀土包括La/Ce/Sc中的一种或几种;Ni:0.001-0.1%;Zn:0.005-0.1%;Ga:0.01-0.03%;其他杂质总量应小于或等于0.2%,余量为Al。
可选地,所述压铸铝硅合金中各组分的重量百分比为:
Si:7.7-8.3%;Fe:0.07-0.2%;Cu:0.05-0.2%;Mn:0.6-0.8%;Mg:0.15-0.3%;Ti:0.01-0.15%;Sr:0.015-0.035%;稀土总量:0.04%-0.2%,稀土包括La/Ce/Sc中的一种或几种;Ni:0.001-0.1%;Zn:0.005-0.1%;Ga:0.01-0.03%;其他杂质总量应小于或等于0.2%,余量为Al。
可选地,所述压铸铝硅合金的抗拉强度大于或等于270Mpa,屈服强度大于或等于130Mpa,延伸率大于或等于11%。
第二方面,本发明实施例提供了一种制备所述的压铸铝硅合金工艺方法,该方法包括:
先将制备所述压铸铝硅合金的不易烧损的各原料加热熔化,得到铝合金液;然后将所述铝合金液进行除渣及精炼处理后在添加易烧损的各原料,成分达标后进行浇铸处理,得到所述压铸铝硅合金。
可选地,还包括将所述压铸铝硅合金进行压铸成型,所述压铸铝硅合金的压铸成型温度为680-720℃,压铸速度为2.5-5m/s,保温时间为2-10s,然后得到非热处理状态的压铸件。
可选地,还包括在各原料完全熔化后,对所述铝合金液搅拌均匀,静置后进行取样分析,对所需元素含量调整到成分要求范围内。
可选地,还包括所用精炼剂不含Na离子。
本发明提供了一种非热处理高韧性压铸铝硅合金及其制备方法。本发明制备的铝合金打破传统压铸铝合金需要T7热处理后才能满足汽车车身结构件要求的特点,而且可以用废铝进行生产,降低了生产过程中产生的碳排放,且无需热处理延伸率即可达到11-16%。
要理解的是,前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的,并且意图在于提供要求保护的发明创造的进一步说明。
附图说明
结合附图并参考以下具体实施方式,本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中,相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的,原件和元素不一定按照比例绘制。
图1示出了本发明实施例2获得的压铸铝合金微观组织金相图,其中图(a)为100X的微观组织金相图;图(b)为500X微观组织金相图;
图2示出了实施例2获得的压铸铝合金的流动性测试模具;
图3示出了实施例2、对比例1和对比例2获得的压铸铝合金的拉伸应力应变曲线
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例,然而应当理解的是,本公开可以通过各种形式来实现,而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例,相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是,本公开的附图及实施例仅用于示例性作用,并非用于限制本公开的保护范围。
应当理解,本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行,和/或并行执行。此外,方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
本公开提供了一种非热处理高韧性压铸铝硅合金及其制备方法。下面结合附图对本公开的实施例进行说明。
实施例1
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金各组分的重量百分比为:Mg:0.2%;Si:6.5%;Fe:0.15%;Cu:0.1%;Mn:0.5%;Ti:0.03%;Sr:0.025%;La、Ce总量:0.05%;Ni:0.005%;Zn:0.006%;Ga:0.015%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)炉前准备:将炉底清理干净后开始烘炉,直至炉墙呈红色;将操作工具全部涂刷石墨粉后进行烘干预热;
(2)配料:准备金属Al锭、金属Mg锭、工业Si、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Fe、Al-Ti中间合金、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga、Al-Sr中间合金、铝稀土中间合金等作为铝合金中各元素的原料,适当考虑烧损后,按照上述合金组分比例添加;
(3)装炉熔化:先将金属Al锭投入炉内进行熔化,熔化温度控制在760-790℃,待铝锭全部熔化后升温,温度控制在760~780℃,随后添加工业硅、金属Fe、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga进行熔炼;
(4)精炼扒渣:将铝合金熔体温度控制在740~760℃下进行均匀搅拌并加入铝合金专用精炼剂进行一次喷粉精炼和二次喷粉精炼,两次精炼间隔时间控制在50-60min,每次精炼完毕后扒渣,除去液面上的熔剂和浮渣;
(5)加入其它金属元素:熔液温度为740~760℃时,炉中加入Al-Ti中间合金、铝稀土中间合金、金属Mg、Al-Sr中间合金锭进行熔炼,进行细化和变质处理,获得铝合金熔体后进行取样分析;
(6)炉内除气。熔炼温度保持在740~760℃,用气体进行炉内除气,除气时间约为30~50min,随后静置15~30min;
(7)浇铸或压铸:炉前成分分析合格后,在浇铸温度进行浇铸成铸锭成品,或在压铸工艺下进行高压铸造,得到非热处理状态的压铸件。
实施例2
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金各组分的重量百分比为:Mg:0.3%;Si:6.9%;Fe:0.2%;Cu:0.2%;Mn:0.6%;Ti:0.07%;Sr:0.02%;La:0.1%;Ni:0.003%;Zn:0.07%;Ga:0.02%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)炉前准备:将炉底清理干净后开始烘炉,直至炉墙呈红色;将操作工具全部涂刷石墨粉后进行烘干预热。
(2)配料:准备金属Al锭或废铝、金属Mg锭、工业Si、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Fe、Al-Ti中间合金、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga、Al-Sr中间合金、铝稀土中间合金等作为铝合金中各元素的原料,适当考虑烧损后,按照上述合金组分比例添加;
(3)装炉熔化:先将金属Al锭或废铝投入炉内进行熔化,熔化温度控制在760-790℃,待铝锭或废铝全部熔化后升温,温度控制在760~780℃,随后添加工业硅、金属Fe、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga进行熔炼;
(4)精炼扒渣:将铝合金熔体温度控制在740~760℃下进行均匀搅拌并加入铝合金专用精炼剂进行一次喷粉精炼和二次喷粉精炼,两次精炼间隔时间控制在50~60min,每次精炼完毕后扒渣,除去液面上的熔剂和浮渣。
(5)加入其它金属元素:熔液温度为740~760℃时,炉中加入Al-Ti中间合金、铝稀土中间合金、金属Mg、Al-Sr中间合金锭进行熔炼,进行细化和变质处理,获得铝合金熔体后进行取样分析;
(6)炉内除气。熔炼温度保持在740~760℃,用氮气进行炉内除气,除气时间约为30~50min,随后静置15~30min。
(7)浇铸或压铸:炉前成分分析合格后,在浇铸温度进行浇铸成铸锭成品,或在压铸工艺下进行高压铸造,得到非热处理状态的压铸件。
实施例3
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金各组分的重量百分比为:Mg:0.35%;Si:7.5%;Fe:0.25%;Cu:0.3%;Mn:0.7%;Ti:0.15%;Sr:0.03%;Ce:0.08%;Ni:0.08%;Zn:0.09%;Ga:0.025%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)炉前准备:将炉底清理干净后开始烘炉,直至炉墙呈红色;将操作工具全部涂刷石墨粉后进行烘干预热。
(2)配料:准备金属Al锭或废铝、金属Mg锭、工业Si、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Fe、Al-Ti中间合金、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga、Al-Sr中间合金、铝稀土中间合金等作为铝合金中各元素的原料,适当考虑烧损后,按照上述合金组分比例添加;
(3)装炉熔化:先将金属Al锭或废铝投入炉内进行熔化,熔化温度控制在760-790℃,待铝锭或废铝全部熔化后升温,温度控制在760~780℃,随后添加工业硅、金属Fe、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga进行熔炼;
(4)精炼扒渣:将铝合金熔体温度控制在740~760℃下进行均匀搅拌并加入铝合金专用精炼剂进行一次喷粉精炼和二次喷粉精炼,两次精炼间隔时间控制在50~60min,每次精炼完毕后扒渣,除去液面上的熔剂和浮渣。
(5)加入其它金属元素:熔液温度为740~760℃时,炉中加入Al-Ti中间合金、铝稀土中间合金、金属Mg、Al-Sr中间合金锭进行熔炼,进行细化和变质处理,获得铝合金熔体后进行取样分析;
(6)炉内除气。熔炼温度保持在740~760℃,用氮气进行炉内除气,除气时间约为30~50min,随后静置15~30min。
(7)浇铸或压铸:炉前成分分析合格后,在浇铸温度进行浇铸成铸锭成品,或在压铸工艺下进行高压铸造,得到非热处理状态的压铸件。
实施例4
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金各组分的重量百分比为:Mg:0.25%;Si:7.8%;Fe:0.35%;Cu:0.4%;Mn:0.8%;Ti:0.2%;Sr:0.035%;Sc:0.15%;Ni:0.02%;Zn:0.08%;Ga:0.012%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)炉前准备:将炉底清理干净后开始烘炉,直至炉墙呈红色;将操作工具全部涂刷石墨粉后进行烘干预热。
(2)配料:准备金属Al锭或废铝、金属Mg锭、工业Si、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Fe、Al-Ti中间合金、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga、Al-Sr中间合金、铝稀土中间合金等作为铝合金中各元素的原料,适当考虑烧损后,按照上述合金组分比例添加;
(3)装炉熔化:先将金属Al锭或废铝投入炉内进行熔化,熔化温度控制在760-790℃,待铝锭或废铝全部熔化后升温,温度控制在760~780℃,随后添加工业硅、金属Fe、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga进行熔炼;
(4)精炼扒渣:将铝合金熔体温度控制在740~760℃下进行均匀搅拌并加入铝合金专用精炼剂进行一次喷粉精炼和二次喷粉精炼,两次精炼间隔时间控制在50~60min,每次精炼完毕后扒渣,除去液面上的熔剂和浮渣。
(5)加入其它金属元素:熔液温度为740~760℃时,炉中加入Al-Ti中间合金、铝稀土中间合金、金属Mg、Al-Sr中间合金锭进行熔炼,进行细化和变质处理,获得铝合金熔体后进行取样分析;
(6)炉内除气。熔炼温度保持在740~760℃,用氮气进行炉内除气,除气时间约为30~50min,随后静置15~30min。
(7)浇铸或压铸:炉前成分分析合格后,在浇铸温度进行浇铸成铸锭成品,或在压铸工艺下进行高压铸造,得到非热处理状态的压铸件。
实施例5
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金各组分的重量百分比为:Mg:0.15%;Si:8.3%;Fe:0.45%;Cu:0.5%;Mn:0.65%;Ti:0.15%;Sr:0.03%;La和Sc总量:0.2%;Ni:0.08%;Zn:0.01%;Ga:0.018%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)炉前准备:将炉底清理干净后开始烘炉,直至炉墙呈红色;将操作工具全部涂刷石墨粉后进行烘干预热。
(2)配料:准备金属Al锭或废铝、金属Mg锭、工业Si、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Fe、Al-Ti中间合金、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga、Al-Sr中间合金、铝稀土中间合金等作为铝合金中各元素的原料,适当考虑烧损后,按照上述合金组分比例添加;
(3)装炉熔化:先将金属Al锭或废铝投入炉内进行熔化,熔化温度控制在760-790℃,待铝锭或废铝全部熔化后升温,温度控制在760~780℃,随后添加工业硅、金属Fe、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga进行熔炼;
(4)精炼扒渣:将铝合金熔体温度控制在740~760℃下进行均匀搅拌并加入铝合金专用精炼剂进行一次喷粉精炼和二次喷粉精炼,两次精炼间隔时间控制在50~60min,每次精炼完毕后扒渣,除去液面上的熔剂和浮渣。
(5)加入其它金属元素:熔液温度为740~760℃时,炉中加入Al-Ti中间合金、铝稀土中间合金、金属Mg、Al-Sr中间合金锭进行熔炼,进行细化和变质处理,获得铝合金熔体后进行取样分析;
(6)炉内除气。熔炼温度保持在740~760℃,用氮气进行炉内除气,除气时间约为30~50min,随后静置15~30min。
(7)浇铸或压铸:炉前成分分析合格后,在浇铸温度进行浇铸成铸锭成品,或在压铸工艺下进行高压铸造,得到非热处理状态的压铸件。
实施例6
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金采用回收废铝来制备,其制备方法包括以下步骤:
(1)炉前准备:将炉底清理干净后开始烘炉,直至炉墙呈红色;将操作工具全部涂刷石墨粉后进行烘干预热。
(2)配料:将回收的废铝进行分选、处理。然后按合金成分配比准备金属Al锭、金属Mg锭、工业Si、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Fe、Al-Ti中间合金、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga、Al-Sr中间合金、铝稀土中间合金等作为铝合金中各元素的原料,适当考虑烧损后,按照上述合金组分比例添加;
(3)装炉熔炼:在炉中依次加入40%的金属Al锭和60%的废铝进行熔炼,熔炼温度控制在760~790℃,待全部熔化后进行取样分析,然后其它元素根据各自所占比例进行添加。升温,温度控制在760~780℃,随后添加工业硅、金属Fe、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga进行熔炼;
(4)精炼扒渣:将成分合格的铝合金熔体温度控制在740~760℃下进行均匀搅拌并加入铝合金专用精炼剂进行一次喷粉精炼和二次喷粉精炼,两次精炼间隔时间控制在50~60min,每次精炼完毕后扒渣,除去液面上的熔剂和浮渣。
(5)加入其它金属元素:熔液温度为740~760℃时,炉中加入Al-Ti中间合金、铝稀土中间合金、金属Mg、Al-Sr中间合金锭进行熔炼,进行细化和变质处理,获得铝合金熔体后进行取样分析;
(6)炉内除气。熔炼温度保持在740~760℃,用氮气进行炉内除气,除气时间约为30~50min,随后静置15~30min。
(7)浇铸或压铸:最终重量百分比为:Mg:0.25%;Si:7.0%;Fe:0.35%;Cu:0.25%;Mn:0.6%;Ti:0.12%;Sr:0.028%;La、Ce及Sc总量:0.2%;Ni:0.005%;Zn:0.06%;Ga:0.02%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。炉前成分分析合格后,在浇铸温度进行浇铸成铸锭成品,或在压铸工艺下进行高压铸造,得到非热处理状态的压铸件。
实施例7
本实施例的一种低碳排放可再生的非热处理高韧性压铸铝硅合金采用回收废铝来制备,其制备方法包括以下步骤:
(1)炉前准备:将炉底清理干净后开始烘炉,直至炉墙呈红色;将操作工具全部涂刷石墨粉后进行烘干预热。
(2)配料:回收的废铝进行分选。然后按合金成分配比准备金属Mg锭、工业Si、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Fe、Al-Ti中间合金、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga、Al-Sr中间合金、铝稀土中间合金作为铝合金中各元素的原料,适当考虑烧损后,按照所需合金组分比例添加。
(3)装炉熔炼:炉中加入100%的废铝进行熔炼,熔炼温度控制在760~790℃,全部熔化后进行取样分析,然后其它元素根据各自所占比例进行添加。升温,温度控制在760~780℃,随后添加工业硅、金属Fe、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Cu或Al-Cu中间合金、金属Ni、金属Zn及金属Ga进行熔炼;
(4)精炼扒渣:将成分合格的铝合金熔体温度控制在740~760℃下进行均匀搅拌并加入铝合金专用精炼剂进行一次喷粉精炼和二次喷粉精炼,两次精炼间隔时间控制在50~60min,每次精炼完毕后扒渣,除去液面上的熔剂和浮渣。
(5)加入其它金属元素:熔液温度为740~760℃时,炉中加入Al-Ti中间合金、铝稀土中间合金、金属Mg、Al-Sr中间合金锭进行熔炼,进行细化和变质处理,获得铝合金熔体后进行取样分析;
(6)炉内除气。熔炼温度保持在740~760℃,用氮气进行炉内除气,除气时间约为30~50min,随后静置15~30min。
(7)浇铸或压铸:最终重量百分比为:Mg:0.3%;Si:7.7%;Fe:0.15%;Cu:0.3%;Mn:0.7%;Ti:0.15%;Sr:0.035%;Ce:0.08%;Ni:0.1%;Zn:0.1%;Ga:0.03%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。炉前成分分析合格后,在浇铸温度进行浇铸成铸锭成品,或在压铸工艺下进行高压铸造,得到非热处理状态的压铸件。
对比例1
本对比例是针对实施例2的成分基础上进行的调整,比实施例2少添加了Sr元素,也没有添加La元素,各组分的重量百分比为:Si:6.9%;Fe:0.2%;Cu:0.2%;Mn:0.6%;Mg:0.3%;Ti:0.07%;Sr:0.008%;Ni:0.003%;Zn:0.07%;Ga:0.02%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本对比例的一种压铸铝合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)炉前准备:将炉底清理干净后开始烘炉,直至炉墙呈红色;将操作工具全部涂刷石墨粉后进行烘干预热。
(2)配料:准备金属Al锭、金属Mg锭、工业Si、金属Cu、Al-Mn中间合金或金属Mn、金属Fe、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金等作为铝合金中各元素的原料,适当考虑烧损后,按照上述合金组分比例添加。
(3)装炉熔化:先将金属Al锭投入炉内进行熔炼,熔炼温度控制在670~690℃,待铝锭全部熔化后升温,温度控制在760~780℃,随后添加工业Si、金属Fe、金属Cu、Al-Mn中间合金或金属Mn进行熔炼。
(4)精炼扒渣:将成分合格的铝合金熔体温度控制在740~760℃下进行均匀搅拌并加入铝合金专用精炼剂进行一次喷粉精炼和二次喷粉精炼,两次精炼间隔时间控制在50~60min,每次精炼完毕后扒渣,除去液面上的熔剂和浮渣。
(5)加入其它金属元素:熔液温度为740~760℃时,炉中加入Al-Ti中间合金、金属Mg、Al-Sr中间合金锭进行熔炼,获得铝合金熔体后进行取样分析。
(6)炉内除气。熔炼温度保持在740~760℃,用氮气进行炉内除气,除气时间约为30~50min,随后静置15~30min。
(7)浇铸或压铸:炉前成分分析合格后,在浇铸温度进行浇铸成铸锭成品,或在压铸工艺下进行高压铸造,得到非热处理状态的压铸件。
对比例2
本对比例是针对实施例2的成分基础上进行的调整,比实施例2多添加了Sr元素,没有添加La元素,各组分的重量百分比为:Si:6.9%;Fe:0.2%;Cu:0.2%;Mn:0.6%;Mg:0.3%;Ti:0.07%;Sr:0.05%;Ni:0.003%;Zn:0.07%;Ga:0.02%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本对比例的制备方法与对比例1相同。
对比例3
本对比例是针对实施例6的成分基础上进行的调整,与实施例6相比,本实施例并未添加La、Ce、Sc、Zn、Ni及Ga元素,各组分的重量百分比为:Si:7.0%;Fe:0.35%;Cu:0.25%;Mn:0.6%;Mg:0.25%;Ti:0.12%;Sr:0.028%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本对比例的制备方法与对比例1相同。
对比例4
本对比例是针对实施例6的成分基础上进行的调整,与实施例6相比,本实施例并未添加La、Ce、Sc元素,各组分的重量百分比为:Si:7.0%;Fe:0.35%;Cu:0.25%;Mn:0.6%;Mg:0.25%;Ti:0.12%;Sr:0.028%;Ni:0.06%;Zn:0.005%;Ga:0.02%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本对比例的制备方法与对比例1相同。
对比例5
本对比例是针对实施例6的成分基础上进行的调整,与实施例6相比,本实施例了添加了高含量La、Ce、Sc元素,各组分的重量百分比为:Si:7.0%;Fe:0.35%;Cu:0.25%;Mn:0.6%;Mg:0.25%;Ti:0.12%;Sr:0.028%;La:0.2;Ce:0.2;Sc:0.2;Ni:0.06%;Zn:0.005%;Ga:0.02%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本对比例的制备方法与对比例1相同。
对比例6
本对比例是针对实施例6的成分基础上进行的调整,与实施例6相比,本实施例添加了高含量La元素,各组分的重量百分比为:Si:7.0%;Fe:0.35%;Cu:0.25%;Mn:0.6%;Mg:0.25%;Ti:0.12%;Sr:0.028%;La:1.0;Ni:0.06%;Zn:0.005%;Ga:0.02%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本对比例的制备方法与对比例1相同。
对比例7
本对比例是针对实施例6的成分基础上进行的调整,与实施例6相比,本实施例添加了高含量Sc元素,各组分的重量百分比为:Si:7.0%;Fe:0.35%;Cu:0.25%;Mn:0.6%;Mg:0.25%;Ti:0.12%;Sr:0.028%;Sc:0.5;Ni:0.06%;Zn:0.005%;Ga:0.02%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本对比例的制备方法与对比例1相同。
对比例8
本对比例是针对实施例6的成分基础上进行的调整,与实施例6相比,本实施例添加了高含量Sc元素,各组分的重量百分比为:Si:7.0%;Fe:0.35%;Cu:0.25%;Mn:0.6%;Mg:0.25%;Ti:0.12%;Sr:0.028%;La:0.01;Sc:0.01;Ni:0.06%;Zn:0.005%;Ga:0.02%;其余杂质余量小于等于0.2%,余量为铝。
本对比例的制备方法与对比例1相同。
表1是实施例1~7和对比例1~8的铝合金成分。
Figure BDA0003403949130000131
表1合金成分
表2是实施例1~7和对比例1~8获得铝合金铸件本体取样F态及180℃保温30min的室温拉伸力学性能及流动性能。
Figure BDA0003403949130000141
表2力学性能
由表1和表2可知,与实施例2相比,对比例1的Sr元素含量远低于实施例2,同时未添加稀土时,屈服强度降低了26Mpa,延伸率降低了4.2%;与实施例2相比,对比例2的Sr元素含量远高于实施例2,同时未添加稀土时,屈服强度降低了17Mpa,延伸率降低了4.9%;与实施例6相比,对比例3未添加稀土、Zn、Ni及Ga元素时,屈服强度降低了25Mpa,延伸率降低了3.3%;与实施例6相比,对比例4未添加稀土元素时,屈服强度降低了23Mpa,延伸率降低了3.6%;与实施例6相比,对比例5添加稀土元素La、Ce及Sc总和为0.6%时,屈服强度降低了18Mpa,延伸率降低了4.8%;与实施例6相比,对比例6添加稀土元素La为1.0%时,屈服强度降低了16Mpa,延伸率降低了5.1%;与实施例6相比,对比例7添加稀土元素Sc为0.5%时,屈服强度降低了20Mpa,延伸率降低了4.1%;与实施例6相比,对比例8添加稀土元素La及Sc总和为0.02%时,屈服强度降低了16Mpa,延伸率降低了4.2%。综上,只有Sr及稀土元素La、Ce及Sc元素在本专利范围内时,力学性能才能表现优异,Sr及稀土元素La、Ce及Sc元素含量过低或过高时,综合力学性能均较差。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种非热处理高韧性压铸铝硅合金,其特征在于,所述压铸铝硅合金中各组分的重量百分比为:
Si:6.3-7.8%;0.15%<Fe≤0.45%;Cu:0.1-0.5%;Mn:0.5-0.8%;Mg:0.15-0.35%;Ti:0.01-0.2%;Sr:0.015-0.035%;稀土总量:0.04%-0.2%,稀土包括La、Ce、Sc中的一种或几种;Ni:0.001-0.1%;Zn:0.005-0.1%;Ga:0.01-0.03%;其他杂质总量应小于或等于0.2%,余量为Al;
所述压铸铝硅合金的抗拉强度大于或等于270MPa,屈服强度大于或等于130MPa,延伸率大于或等于11%。
2.根据权利要求1所述的一种非热处理高韧性压铸铝硅合金,其特征在于,所述压铸铝硅合金中各组分的重量百分比为:
Si:6.3-7.0%;Fe:0.2-0.4%;Cu:0.35-0.45%;Mn:0.5-0.8%;Mg:0.25-0.35%;Ti:0.1-0.2%;Sr:0.015-0.035%;稀土总量:0.04%-0.2%,稀土包括La、Ce、Sc中的一种或几种;Ni:0.001-0.1%;Zn:0.005-0.1%;Ga:0.01-0.03%;其他杂质总量应小于或等于0.2%,余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种非热处理高韧性压铸铝硅合金,其特征在于,所述压铸铝硅合金中各组分的重量百分比为:
Si:6.4-7.1%;0.15%<Fe ≤0.25%;Cu:0.1-0.28%;Mn:0.5-0.8%;Mg:0.25-0.35%;Ti:0.03-0.16%;Sr:0.025-0.035%;稀土总量:0.04%-0.15%,稀土包括La、Ce、Sc中的一种或几种;Ni:0.001-0.1%;Zn:0.005-0.1%;Ga:0.01-0.03%;其他杂质总量应小于或等于0.2%,余量为Al。
4.根据权利要求1所述的一种非热处理高韧性压铸铝硅合金,其特征在于,所述压铸铝硅合金中各组分的重量百分比为:
Si:7.0-7.7%;0.15%<Fe≤0.3%;Cu:0.2-0.35%;Mn:0.6-0.8%;Mg:0.2-0.3%;Ti:0.05-0.2%;Sr:0.015-0.035%;稀土总量:0.04%-0.2%,稀土包括La、Ce、Sc中的一种或几种;Ni:0.001-0.1%;Zn:0.005-0.1%;Ga:0.01-0.03%;其他杂质总量应小于或等于0.2%,余量为Al。
5.根据权利要求1所述的一种非热处理高韧性压铸铝硅合金,其特征在于,所述压铸铝硅合金中各组分的重量百分比为:
Si:7.5-7.8%;0.15%<Fe≤0.2%;Cu:0.1-0.2%;Mn:0.6-0.8%;Mg:0.15-0.3%;Ti:0.01-0.15%;Sr:0.015-0.035%;稀土总量:0.04%-0.2%,稀土包括La、Ce、Sc中的一种或几种;Ni:0.001-0.1%;Zn:0.005-0.1%;Ga:0.01-0.03%;其他杂质总量应小于或等于0.2%,余量为Al。
6.一种制备权利要求1-5中任一项所述的压铸铝硅合金的方法,其特征在于,包括:
先将制备所述的非热处理高韧性压铸铝硅合金的不易烧损的各原料加热熔化,得到铝合金液;然后将所述的铝合金液进行除渣及精炼处理后再添加易烧损的各原料,成分达标后进行压铸成型,得到非热处理状态的压铸件,所述压铸铝硅合金的压铸成型温度为680-720℃,压铸速度为2.5-5m/s,保温时间为2-10s。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括待完全熔化后,对合金液搅拌均匀,静置后进行取样分析,对所需元素含量调整到成分要求范围内。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括所用精炼剂为不含Na离子。
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