CN115287506B - 一种可免热处理高强韧铸造铝合金和制备方法及应用 - Google Patents

一种可免热处理高强韧铸造铝合金和制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可免热处理高强韧铸造铝合金及制备方法，该铝硅系合金主要微合金化元素包括Mg、Mn、Cu、Cr、Zr、Ti、Sr；通过微合金化元素选择与含量优化，使合金具有优异的流动和铸造性能，非常适合压铸，耦合固溶强化、纳米粒子强化、细晶强化、第二相强化与致密强化，使压铸件在铸态下即具有优异强韧性能，其抗拉强度285～325MPa，屈服强度155～185MPa，伸长率9～14％；亦可仅通过低温时效进一步提高铸件强韧性能，使其抗拉强度320～390MPa，屈服强度200～260MPa，伸长率7～10％。由于不需热处理或仅通过低温时效即可获得高强韧性能，适合新能源汽车用一体化构件低成本制备。

Description

一种可免热处理高强韧铸造铝合金和制备方法及应用
技术领域
本发明涉及高性能铝合金技术领域，特别是涉及一种可免热处理高强韧铸造铝合金和制备方法及应用。
背景技术
铝硅合金是目前应用最为广泛的压铸合金，其中亚共晶铝硅合金不仅具有良好的加工性，而且还具有良好的铸造性能、焊接性能和强韧性能。随着新能源汽车快速发展，以新能源汽车副车架、底盘、减震塔、电池模组为代表的中高端车型的大型薄壁一体化车身结构铝合金压铸件，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甚至鼓泡；尽管对于压铸件热处理变形有时通过矫正工艺可一定程度上改善结构件尺寸精度，但仍不可避免地造成废品率增加和生产成本的大幅提高。
现有Al-Si系铸造铝合金，如ADC10、ADC12、A356.2、ZL114A等，应用广泛。这些牌号的Al-Si系铸造铝合金虽然具有很好的铸造流动性和机械加工性能，但普遍存在铸态下强度或韧性偏低的问题，需要T6热处理(高温固溶+低温时效)强化其力学性能，严重制约了Al-Si系合金在汽车结构件上更为广泛的应用。所以，需要设计一款强韧性能高、流动成形性好、适用于高强韧结构件压铸成形的可免热处理铝硅合金材料；不仅可节省生产工序，节约能源，使得新能源汽车用关键结构件的成本和性能极具市场竞争力，并可减少碳排放。
发明内容
本发明公开了一种可免热处理高强韧铸造铝合金和制备方法及应用，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是：一种可免热处理高强韧铸造铝合金，其特征在于，所述铝合金通过微量Mg与Cu元素的引入发挥协同固溶强化作用、通过Mn与Zr元素引入形成富Mn与富Zr纳米粒子进行基体强化，且使富铁相细化与球化均匀分散在基体中；通过微量Sr与Cr元素引入，使共晶硅细化到亚微米级尺寸；通过Ti元素引入细化α-Al晶粒，且Ti与Zr元素协同引入可减少预结晶产生，既减小晶粒尺寸；且共晶硅形貌为点状。
进一步，所述铝合金的各个组分的质量百分比为：Si 6.5～9.0％，Mg 0.45～1.0％，Cu 0.01～0.2％，Mn 0.4～1.0％，Cr 0.01～0.08％，Zr 0.01～0.10％，Ti 0.1～0.2％，Sr 0.03～0.1％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的杂质，且杂质的总量≤0.15％。
进一步，所述铝合金的各个组分的质量百分比为：Si 6.5～7.5％，Mg 0.5～0.7％，Cu0.04～0.1％，Mn 0.4～0.6％，Cr 0.02～0.06％，Zr 0.02～0.06％，Ti 0.15～0.2％，Sr 0.03～0.05％，Fe≤0.12％，其余杂质总量≤0.15％。
进一步，所述铝合金中具有纳米尺寸的Al2Cu和Mg2Si复合颗粒；以及亚微米级共晶硅和富铁第二相；且共晶硅形貌为点状。
本发明的另一目的是提供一种制备上述的铝合金的方法，该方法包括以下步骤：
S1)按照设计配比分别称取各个原料；
S2)先将铝原料和硅原料置入熔炼炉，进行加热熔化，得到熔体，再将除锶原料以外的其它原材料加入熔体中，熔化后，进行一次搅拌，再加入锶原料，二次搅拌，静置一段时间，得到铝合金熔体；
S3)精炼：将一定量的固态精炼剂或将精炼气体加入到S2)得到的合金熔体中进行精炼，静置1-10min后扒渣；
S4)成形：将经S3)处理后的铝合金熔体降温620～710℃，进行压铸成形，制备出铝合金压铸件，且铸态下其抗拉强度285～325MPa，屈服强度155～185MPa，伸长率9～14％。
进一步，所述原料中的铝为工业纯铝锭，硅为工业硅，镁为镁锭、铜为铜锭、锰为电解锰或铝锰中间合金，铬为金属铬或铝铬中间合金、锆为铝锆中间合金、钛为铝钛中间合金、锶为铝锶中间合金；
其中，Al-(5～50wt％)Mn、Al-(1～20wt％)Cr、Al-(1～20wt％)Zr、Al-(1～20wt％)Ti、Al-(1～20wt％)Sr。
进一步，所述S2)中的加热温度为720-760℃；一次搅拌时间为1～20分钟；二次搅拌时间为1～15分钟，静置时间为5～30min。
进一步，所述S3)中的固态精炼剂为RJ-1精炼剂或无钠精炼剂，加入量为铝合金熔体质量的0.2～0.5％；所述的精炼气体为氩气或氮气，精炼气体通入的速率为4-7L/min；
进一步，所述S4)中的压铸工艺参数为模具温度160～260℃、慢压射速度0.1～0.5m/s，快压射速度2～4m/s、压射比压60～100MPa和保压时间3～20s。
进一步，所制备的铝合金压铸件还可通过低温时效进一步提高其强韧性能，低温时效温度为120～240℃，时间为20min～6h，其抗拉强度320～390MPa，屈服强度200～260MPa，伸长率7～10％。
一种上述的可免热处理高强韧铸造铝合金应用于制备新源汽车副车架、减震塔、电池模组的一体化车身结构压铸件.
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明中的铝合金通过微量Mg与Cu元素的引入发挥协同固溶强化作用(不引入Zn元素，避免增加合金热脆性和降低耐蚀性)；通过Mn与Zr元素引入，在压铸过程形成富Mn与富Zr纳米粒子进行基体强化，且使富铁相(AlSiFeMn)细化与球化均匀分散在基体中；通过微量Sr、Cr等元素引入，使共晶硅细化到亚微米级尺寸；通过Ti元素引入细化α-Al晶粒，且Ti与Zr元素协同引入可减少预结晶产生，既减小晶粒尺寸，又利于压铸充型过程熔体补缩；同时微量Cr和Zr元素的引入延长了Sr元素变质时间、强化其变质效果、减少熔体吸氢量，既解决了提高Mn含量引起的变质效果差和Sr元素变质易损耗易吸氢的难题，又缩小合金结晶温度间隔和线收缩系数，因此压铸件缩孔缩松少，致密性高。本发明铝合金通过微合金化元素选择与含量优化，耦合固溶强化、纳米粒子强化、细晶强化、第二相强化与致密强化，使压铸件在铸态下就具有优异的强韧性能。
(2)本发明铝合金不需要引入稀土元素进行变质，也不需要引入B、Be、Cd、Sb等有毒或昂贵元素，不仅降低了成本，也避免了稀土元素与Sr和Cr元素同时添加易产生毒化现象，通过Sr与Cr等元素的加入及含量控制，不仅使共晶硅尺寸细化到亚微米级，且使共晶硅形貌由传统的条状或棒状转变为点状，大大强化了变质效果，优于稀土变质。需要注意的是，本发明Cr含量不能超过0.08％，防止易割裂基体块状AlMnFeCrSi相的产生，也避免变质时共晶硅粗化。
(3)本发明通过多元微合金化解决了Al-Si系铸造铝合金中Mg和Mn含量提高带来的共晶硅粗化、熔体吸氢严重、富铁富锰相粗大且分布不均匀等难题；也通过提高Mn元素含量和Cr、Zr、Sr多元微合金化解决了由于Fe含量降低带来的压铸件脱模难问题。
(4)本发明铝合金所制备的压铸件在铸态下(未热处理)就具有出色的强韧性能，其抗拉强度285～325MPa，屈服强度155～185MPa，伸长率9～14％，优于目前已开发的Al-Si-(Mg)-(Mn)系铸造铝合金。
(5)本发明铝合金所制备压铸件也可通过低温时效进一步提高其强韧性能，通过低温时效析出大量纳米尺寸Al2Cu和Mg2Si复合颗粒，其强化效果显著优于单独添加Mg或Cu元素效果，且由于微量Cr与Zr元素的引入，亚微米级共晶硅和富铁第二相的尺寸和形貌稳定、不粗化，合金的力学性能进一步改善，其抗拉强度320～390MPa，屈服强度200～260MPa，伸长率7～10％。
(6)本发明铝合金制备的压铸件无需热处理或仅通过低温时效处理(不需高温固溶处理)，即可满足以新能源汽车副车架、减震塔、电池模组为代表的一体化车身结构压铸件强韧性能需求，不仅避免大型车用结构件在高温热处理时易变形易鼓泡，也节约能源，符合双碳发展方向。
(7)本发明铝合金结晶温度间隔小、其硅相有较大的凝固潜热和比热容；线收缩系数、热裂及缩松倾向较小等特点，能很好地兼顾力学性能和铸造性能两方面的要求，因此该合金不仅适合压铸，也可用于低压铸造、金属型铸造、挤压铸造、砂型铸造和半固态铸造。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备的高强韧Al-7Si-0.5Mg-0.5Mn-0.08Cu-0.05Cr-0.04Zr-0.18Ti-0.04Sr铝合金压铸件的金相组织。
图2为本发明实施例1中制备的高强韧Al-7Si-0.5Mg-0.5Mn-0.08Cu-0.05Cr-0.04Zr-0.18Ti-0.04Sr铝合金压铸件的共晶硅组织。
图3为本发明实施例1中制备的高强韧Al-7Si-0.5Mg-0.5Mn-0.08Cu-0.05Cr-0.04Zr-0.18Ti-0.04Sr铝合金压铸件的富铁相形貌。
图4为对比例1中制备的Al-7Si-0.5Mg-0.5Mn-0.08Cu-0.04Zr-0.18Ti铝合金压铸件的金相组织。
图5为对比例1中制备的Al-7Si-0.5Mg-0.5Mn-0.08Cu-0.04Zr-0.18Ti铝合金压铸件的共晶硅组织。
图6为对比例1中制备的Al-7Si-0.5Mg-0.5Mn-0.08Cu-0.04Zr-0.18Ti铝合金压铸件的富铁相形貌。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详述，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明一种可免热处理高强韧铸造铝合金，所述铝合金的各个组分的质量百分比为：Si 6.5～9.0％，Mg 0.45～1.0％，Cu 0.01～0.2％，Mn 0.4～1.0％，Cr 0.01～0.08％，Zr 0.01～0.10％，Ti 0.1～0.2％，Sr 0.03～0.1％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的杂质，且杂质的总量≤0.15％。合金还可用于低压铸造、金属型铸造、挤压铸造和半固态铸造；由于不需要热处理或仅通过低温时效处理即可获得高强韧性能。
所述铝合金的各个组分的质量百分比为：Si 6.5～7.5％，Mg 0.5～0.7％，Cu0.04～0.1％，Mn 0.4～0.6％，Cr 0.02～0.06％，Zr 0.02～0.06％，Ti 0.15～0.2％，Sr0.03～0.05％，Fe≤0.12％，其余杂质总量≤0.15％。
所述铝合金中具有纳米尺寸的Al2Cu和Mg2Si复合颗粒；以及亚微米级共晶硅和富铁第二相；且共晶硅形貌为点状。
一种制备上述的铝合金的方法，包括以下步骤：
S1)按照设计配比分别称取各个原料；
S2)先将铝原料和硅原料置入熔炼炉，进行加热熔化，得到熔体，再将除锶原料以外的其它原材料加入熔体中，熔化后，进行一次搅拌，再加入锶原料，二次搅拌，静置一段时间，得到铝合金熔体；
S3)精炼：将一定量的固态精炼剂或将精炼气体加入到S2)得到的合金熔体中进行精炼，静置1-10min后扒渣；
S4)成形：将经S3)处理后的铝合金熔体降温620～710℃，进行压铸成形，制备出铝合金压铸件，且铸态下其抗拉强度285～325MPa，屈服强度155～185MPa，伸长率9～14％。
所述原料中的铝为工业纯铝锭，硅为工业硅，镁为镁锭、铜为铜锭、锰为电解锰或铝锰中间合金，铬为金属铬或铝铬中间合金、锆为铝锆中间合金、钛为铝钛中间合金、锶为铝锶中间合金；
其中，Al-(5～50)Mn、Al-(1～20)Cr、Al-(1～20)Zr、Al-(1～20)Ti、Al-(1～20)Sr。
所述S2)中的加热温度为720-760℃；一次搅拌时间为1～20分钟；二次搅拌时间为1～15分钟，静置时间为5～30min。
所述S3)中的固态精炼剂为RJ-1精炼剂或无钠精炼剂，加入量为铝合金熔体质量的0.2～0.5％；所述的精炼气体为氩气或氮气，精炼气体通入的速率为4-7L/min；
所述S4)中的压铸工艺参数为模具温度160～260℃、慢压射速度0.1～0.5m/s，快压射速度2～4m/s、压射比压60～100MPa和保压时间3～20s。
所制备的铝合金压铸件还可通过低温时效进一步提高其强韧性能，低温时效温度为120～240℃，时间为20min～6h，其抗拉强度320～390MPa，屈服强度200～260MPa，伸长率7～10％。
一种上述的可免热处理高强韧铸造铝合金应用于制备新源汽车副车架、减震塔、电池模组的一体化车身结构压铸件.
实施例1：
本实施例的一种可免热处理高强韧铸造铝合金具体成分及质量百分比为：Si7.0％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu 0.08％，Cr 0.05％，Zr 0.04％，Ti 0.18％，Sr 0.04％，Fe0.11％，其余杂质总量0.09％，余量为Al；
本发明提供了上述可免热处理高强韧铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1)熔炼：将计算并称重好的工业纯铝锭和金属硅加入熔炼炉中，将熔炼炉加热升温至720℃，待完全熔化后，将镁锭、铜锭、电解锰、Al-5Cr中间合金、Al-5Zr铝锆中间合金和Al-10Ti中间合金加入熔体，待其完全熔化/溶解后，搅拌10分钟；最后加入和Al-5Sr中间合金，待其完全熔化后，搅拌5分钟，然后静置熔体10min；熔体质量为500kg；
S2)精炼：采用旋转喷吹氩气法(通气量0.35m3/h)对步骤(1)得到的铝合金熔体进行除气精炼，静置6min后扒渣；
S3)成形：将S2)得到的铝合金熔体降温至650℃，舀取约1.5kgS2)得到的熔体倒入力劲DCC400冷室压铸机压室，进行压铸成形，制备出铝合金结构件，具体的压铸工艺参数为模具温度210℃、慢压射速度0.2m/s，快压射速度3.0m/s、压射比压70MPa和保压时间4s；压铸件的金相组织见图1；压铸件的共晶硅形貌见图2；压铸件的富铁相形貌见图3。
S4)低温时效热处理：将S3)得到的部分铝合金结构件进行低温时效热处理，具体的热处理工艺为在170℃温度下保温4小时，然后将压铸件取出空冷。
实施例2：
本实施例的一种可免热处理高强韧铸造铝合金具体成分及质量百分比为：Si6.5％，Mg 0.7％，Mn 0.5％，Cu 0.1％，Cr 0.06％，Zr 0.05％，Ti 0.15％，Sr 0.05％，Fe0.10％，其余杂质总量0.10％，余量为Al；
本发明提供了上述可免热处理高强韧铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1)熔炼：将计算并称重好的工业纯铝锭和金属硅加入熔炼炉中，将熔炼炉加热升温至730℃，待完全熔化后，将镁锭、铜锭、Al-10Mn中间合金、Al-5Cr中间合金、Al-5Zr铝锆中间合金和Al-5Ti中间合金加入熔体，待其完全熔化/溶解后，搅拌8分钟；最后加入和Al-3Sr中间合金，待其完全熔化后，搅拌10分钟，然后静置熔体15min；熔体质量为300kg；
S2)精炼：采用RJ-1精炼剂(添加量为熔体质量的0.15％)对步骤(1)得到的熔体进行除气精炼，静置8min后扒渣；
S3)成形：将S2)得到的铝合金熔体降温至680℃，舀取约8.5kgS2)得到的铝合金熔体倒入力劲DCC1600冷室压铸机压室，进行压铸成形，制备出铝合金结构件，具体的压铸工艺参数为模具温度200℃、慢压射速度0.25m/s，快压射速度3.6m/s、压射比压80MPa和保压时间7s；
S4)低温时效热处理：将S3)得到的部分铝合金结构件进行低温时效热处理，具体的热处理工艺为在180℃温度下保温2.5小时，然后将压铸件取出空冷。
实施例3：
本实施例的一种可免热处理高强韧铸造铝合金具体成分及质量百分比为：Si7.5％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu 0.04％，Cr 0.02％，Zr 0.06％，Ti 0.20％，Sr 0.03％，Fe0.12％，其余杂质总量0.10％，余量为Al；
本发明提供了上述可免热处理高强韧铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1)熔炼：将计算并称重好的工业纯铝锭和金属硅加入熔炼炉中，将熔炼炉加热升温至735℃，待完全熔化后，将镁锭、铜锭、Al-10Mn中间合金、Al-5Cr中间合金、Al-5Zr铝锆中间合金和Al-5Ti中间合金加入熔体，待其完全熔化/溶解后，搅拌5分钟；最后加入和Al-5Sr中间合金，待其完全熔化后，搅拌15分钟，然后静置熔体10min；熔体质量为120kg；
S2)精炼：采用旋转喷吹氩气法(通气量0.4m3/h)对步骤(1)得到的铝合金熔体进行除气精炼，静置10min后扒渣；
S3)成形：将S2)得到的铝合金熔体降温至670℃，舀取约4.5kgS2)得到的铝合金熔体倒入力劲DCC800冷室压铸机压室，进行压铸成形，制备出铝合金结构件，具体的压铸工艺参数为模具温度220℃、慢压射速度0.15m/s，快压射速度2.8m/s、压射比压75MPa和保压时间5s；
S4)低温时效热处理：将S3)得到的部分铝合金结构件进行低温时效热处理，具体的热处理工艺为在160℃温度下保温6小时，然后将压铸件取出空冷。
对比例1：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.0％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.08％，Zr 0.04％，Ti 0.18％，Fe 0.12％，其余杂质总量0.08％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例1相同。压铸件的金相组织见图4所示；压铸件的共晶硅形貌见图5所示；压铸件的富铁相形貌见图6所示。
对比例2：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.0％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.08％，Cr 0.05％，Zr 0.04％，Ti 0.18％，Fe 0.10％，其余杂质总量0.11％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例1相同。
对比例3：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.0％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cr0.05％，Zr 0.04％，Ti 0.18％，Sr 0.04％，Fe 0.11％，其余杂质总量0.10％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例1相同。
对比例4：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.0％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.08％，Ti 0.18％，Sr 0.04％，Fe 0.12％，其余杂质总量0.09％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例1相同。
对比例5：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.0％，Mg 0.1％，Mn 0.1％，Cu0.08％，Cr 0.05％，Zr 0.04％，Ti 0.18％，Sr 0.04％，Fe 0.13％，其余杂质总量0.08％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例1相同。
对比例6：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.0％，Mg 1.1％，Mn 0.3％，Cu0.08％，Cr 0.05％，Zr 0.04％，Ti 0.18％，Sr 0.04％，Fe 0.10％，其余杂质总量0.10％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例1相同。
对比例7：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.0％，Mg 0.2％，Mn 1.1％，Cu0.08％，Cr 0.05％，Zr 0.04％，Ti 0.18％，Sr 0.04％，Fe 0.11％，其余杂质总量0.07％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例1相同。
对比例8：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.0％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.08％，Cr 0.05％，Zr 0.04％，Sr 0.04％，Fe 0.11％，其余杂质总量0.09％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例1相同。
对比例9：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.0％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.08％，Zr 0.04％，Sr 0.04％，Fe 0.11％，其余杂质总量0.10％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例1相同。
对比例10：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.0％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.08％，Cr 0.2％，Zr 0.2％，Ti 0.18％，Sr 0.04％，Fe 0.13％，其余杂质总量0.09％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例1相同。
对比例11：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.5％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.04％，Zr 0.06％，Ti 0.20％，Fe 0.10％，其余杂质总量0.08％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例3相同。
对比例12：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.5％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.04％，Cr 0.02％，Sr 0.03％，Fe 0.12％，其余杂质总量0.10％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例3相同。
对比例13：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.5％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.3％，Zr 0.06％，Ti 0.20％，Sr 0.10％，Fe 0.10％，其余杂质总量0.12％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例3相同。
对比例14：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 9.5％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.04％，Cr 0.02％，Zr 0.06％，Ti 0.20％，Fe 0.12％，其余杂质总量0.11％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例3相同。
对比例15：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.5％，Mg 0.2％，Mn 0.1％，Cr0.02％，Zr 0.15％，Ti 0.20％，Sr 0.03％，Fe 0.12％，其余杂质总量0.08％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例3相同。
对比例16：
本对比例的铝合金具体成分及质量百分比为：Si 7.5％，Mg 0.5％，Mn 0.5％，Cu0.04％，Ti 0.20％，Sr 0.03％，Fe 0.12％，其余杂质总量0.10％，余量为Al；本对比例铝合金的成形方法与实施例3相同。
对比例17：
本对比例选用铝合金为商用A356.2铝合金；本对比例铝合金的成形方法与实施例3相同。
对比例18：
本对比例选用铝合金为商用ZL114A铝合金；本对比例铝合金的成形方法与实施例3相同。
将上述实施例1-3制备的压铸高强韧铝合金结构件和对比例1-18制备的压铸铝合金结构件作为对比，分别测定各铝合金结构件在铸态和热处理态(仅时效处理，不做高温固溶处理)条件下的抗拉强度、屈服强度和伸长率，具体结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003763895380000101
Figure BDA0003763895380000111
由表1和图1-6可看出，实施例1-3制备的高强韧铝合金压铸结构件与对比例1-18制备的铝合金压铸结构件相比，不仅微观组织显著细化(共晶硅平均尺寸<1μm，α-Al平均尺寸仅为对比例合金压铸件的一半，富铁相细小且均匀分布)，缩孔缩松等铸造缺陷明显改善，且具有更优异的强韧性能，实施例1-3制备的高强韧铝合金压铸结构件在铸态下即具有出色的强韧性能，且可以通过时效热处理进一步提高其力学性能，因此本发明可免热处理高强韧铸造铝合金在新能源汽车一体化压铸成形领域具有广阔的应用前景。
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 (8)

1.一种可免热处理高强韧铸造铝合金的制备方法，其特征在于，所述铝合金通过微量Mg与Cu元素的引入发挥协同固溶强化作用、通过Mn与Zr元素引入形成富Mn与富Zr纳米粒子进行基体强化，且使富铁相细化与球化均匀分散在基体中；通过微量Sr与Cr元素引入，使共晶硅细化到亚微米级尺寸；通过Ti元素引入细化α-Al晶粒，且Ti与Zr元素协同引入可减少预结晶产生，既减小晶粒尺寸；且共晶硅形貌为点状，具体包括以下步骤：
S1）按照设计配比分别称取各个原料；
S2)先将铝原料和硅原料置入熔炼炉，进行加热熔化，得到熔体，再将除锶原料以外的其它原材料加入熔体中，熔化后，进行一次搅拌，再加入锶原料，二次搅拌，静置一段时间，得到铝合金熔体；
所述铝合金的各个组分的质量百分比为：Si 6.5~9.0%，Mg 0.45~1.0%，Cu 0.01~0.2%，Mn 0.4~1.0%，Cr 0.01~0.08%，Zr 0.01~0.10%，Ti 0.1~0.2%，Sr 0.03~0.1%，Fe ≤0.15%，其余为Al和不可避免的杂质，且杂质的总量≤0.15%；
S3）精炼：将一定量的固态精炼剂或将精炼气体加入到S2）得到的合金熔体中进行精炼，静置1-10min后扒渣；
S4）成形：将经S3）处理后的铝合金熔体降温620~710℃，进行压铸成形，制备出铝合金压铸件，且铸态下其抗拉强度285~325MPa，屈服强度155~185MPa，伸长率9~14%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金的各个组分的质量百分比为：Si 6.5~7.5%，Mg 0.5~0.7%，Cu 0.04~0.1%，Mn 0.4~0.6%，Cr 0.02~0.06%，Zr 0.02~0.06%，Ti 0.15~0.2%，Sr 0.03~0.05%，Fe ≤0.12%，其余杂质总量≤0.15%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原料中的铝为工业纯铝锭，硅为工业硅，镁为镁锭、铜为铜锭、锰为电解锰或铝锰中间合金，铬为金属铬或铝铬中间合金、锆为铝锆中间合金、钛为铝钛中间合金、锶为铝锶中间合金。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S2）中的加热温度为720-760℃；一次搅拌时间为1~20分钟；二次搅拌时间为1~15分钟，静置时间为5~30min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S3）中的固态精炼剂为RJ-1精炼剂或无钠精炼剂，加入量为铝合金熔体质量的0.2~0.5%；所述的精炼气体为氩气或氮气，精炼气体通入的速率为4-7L/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S4）中的压铸工艺参数为模具温度160~260℃、慢压射速度0.1~0.5m/s，快压射速度2~4m/s、压射比压60~100MPa和保压时间3~20s。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备的铝合金压铸件还可通过低温时效进一步提高其强韧性能，低温时效温度为120~240℃，时间为20min~6h，其抗拉强度320~390MPa，屈服强度200~260MPa，伸长率7~10%。
8.一种如权利要求1-6任意一项所述的制备方法制备得到的可免热处理高强韧铸造铝合金应用于制备新源汽车副车架、减震塔、电池模组的一体化车身结构压铸件。
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