CN115786784A - 一种高强韧铸造铝硅铜镁合金、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金、其制备方法及应用，本发明高强韧铸造铝硅铜镁合金包括质量百分比如下的各组分：Si6‑10.5％；Mg0.35‑0.6％；Cu1.0‑2.0％；Mn0.1‑0.20％；Ti0.10‑0.20％；B0.03‑0.10％；Sr0.01‑0.04％；TiB₂0.08‑0.5％；Fe0‑0.15％；余量为Al。本发明通过优化铝硅合金成分，加入一定比例Cu，匹配适量亚微米级TiB₂陶瓷颗粒，并配合热处理工艺，制备得到低成本的强韧铸造铝硅铜镁合金，其力学性能优异，抗拉强度高达390‑440MP，屈服强度高达290‑350MP，延伸率≥6％。

Description

一种高强韧铸造铝硅铜镁合金、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及金属材料技术，尤其涉及一种高强韧铸造铝硅铜镁合金、其制备方法及应用。

背景技术

铝是世界上使用量仅次于钢铁的金属材料，纯铝除了具有较好的塑性、导电导热性、耐蚀性等外，但自身强度不高，为了提高其强韧性和其它综合性能，加入一些合金元素，进行合金化，形成相应所需性能的变形铝合金和铸造铝合金。合金化合金元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn、Li等，通过合金化后的铝合金具有较好铸造性能、切削加工性能、耐磨耐蚀性能、比强度高等特点。但当合金化性能还打不到预期时，科研工作者在此基础上做了大量而细致微合金化工作，以期细化和强化合金组织及提升铝合金的各项性能，加入微合金元素主要集中在稀土元素和部分少量金属元素上，稀土元素主要有Er、La、Y、Yb、Sc、Sr及混合稀土Re等，少量金属元素主要有Ti、Zr、V、Mn、B、Cr、Ni、Ag等。经过以上合金化和微合金化性能仍达不到要求，如何解决铝硅合金晶粒细化、强韧性匹配及消弱杂质对性能的影响，是提高铝硅合金性能及应用的重要途经。

传统A380铝合金主要合金成分为：Si 7.5-9.5％、Mg≤0.1％、Cu3.0-4.0％，Zn≤3。0％，Ti 0.08-0.25％、Be 0.04-0.07％、杂质Fe≤2％，Mn≤0.5％。熔铸时常添加Al₅TiB，AlTiC等晶粒细化剂细化组织，添加钠盐或锶进行变质，该合金通过添加Al₅TiB引入B起到细化作用，但是无法稳定地形成定量的TiB₂。

发明内容

本发明的目的在于，针对传统铝硅合金性能无法满足需求的问题，提出一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，本发明通过优化铝硅合金成分，加入一定比例Cu，匹配适量亚微米级TiB₂陶瓷颗粒，并配合热处理工艺，制备得到低成本的强韧铸造铝硅铜镁合金，其力学性能优异，抗拉强度高达390-440MP，屈服强度高达290-350MP，延伸率≥6％。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，包括质量百分比如下的各组分：

进一步地，所述高强韧铸造铝硅铜镁合金，包括质量百分比如下的各组分：

进一步地，所述高强韧铸造铝硅铜镁合金组分中Ti为单质Ti和/或TiAl₃。

本发明添加TiB₂颗粒可以在凝固过程中作为形核核心细化合金铸态组织的晶粒尺寸，起到细晶强化作用，进而有利于保持材料的延伸率，同时亚微米级的纯相TiB₂颗粒可以起到弥散强化作用，从而有利于提高材料的抗拉强度和屈服强度，解决了现有铝硅合金的强韧性匹配问题及铸造性能较差问题。

进一步地，所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的抗拉强度达到390-440MP，屈服强度达到290-351MP，延伸率≥6％。优选的，所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的抗拉强度达到400-440MPa，屈服强度达到320-351MPa，延伸率≥6.5％。最优选的，所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的抗拉强度达到440MPa，屈服强度达到351MPa，延伸率为6.7％

本发明的另一个目的还公开了一种高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，包括以下步骤：

S1按照重量配比称取各原料熔铸后得到中间熔体；对所述中间熔体进行除杂处理，之后进行精炼，在精炼的同时加入含Sr原料进行变质处理，再经除渣后得到合金铸锭；

S2对所述合金铸锭进行固溶淬火处理；

S3进行时效处理，冷却后得到所述高强韧铸造铝硅铜镁合金。

进一步地，S1将铝锭、含Si原料、含Cu原料、含Mn原料和含Ti原料加入到熔炉中加热熔化，待所有原料溶清后保温静置，再依次加入含B原料、Mg、TiB₂/Al复合材料，溶清后静置，得到中间熔体。

如无特殊说明，本发明所述含Ti原料为Al-Ti10中间合金原料，不包括TiB₂。

进一步地，S1将铝锭、含Si原料、含Cu原料、含Mn原料和含Ti原料依次加入到熔炉中加热至760℃-780℃熔化，待所有原料溶清后保温静置50min-70min，再依次加入含B原料、Mg、TiB₂/Al复合材料，溶清后静置10min-15min，得到中间熔体。

进一步地，所述除杂处理采用打渣剂进行除杂。

进一步地，所述精炼采用除气精炼，向中间熔体中通入惰性气体或者精炼剂。

进一步地，S2所述固溶淬火处理工艺参数为：固溶温度530℃-540℃，固溶时间6h-14h，淬火温度50℃-70℃。优选的固溶温度535℃-540℃，优选的固溶时间10h-14h，优选的淬火温度50℃。

进一步地，S3所述时效处理工艺参数为：时效温度150℃-170℃，时效时间8h-30h。优选的时效温度150℃-160℃，优选的时效时间12h-20h。

进一步地，S3所述冷却为空冷。

进一步地，所述铝锭纯度大于99.00％；

进一步地，所述含Si原料为Al-Si中间合金和/或Si；和/或，

所述含Cu原料为Al-Cu中间合金和/或Cu；和/或，

所述含Mn原料为Al-Mn中间合金和/或Mn；和/或，

所述含Ti原料为Al-Ti中间合金和/或Ti；和/或，

所述含Sr原料为Al-Sr中间合金和/或Sr；和/或，

所述含B原料为Al-B中间合金和/或B。

进一步地，所述TiB₂/Al复合材料中TiB₂的质量百分比为20％-30％，优选质量百分比为25％-30％。

进一步地，所述TiB₂/Al复合材料的粒度直径为100nm-1.0μm。优选粒度直径为200nm-500nm。

进一步地，所述TiB₂/Al复合材料包含质量百分含量为1.0-2.5％的B，Ti/B的摩尔比为＝1/2，余量为Al，TiB₂/Al复合材料物相组成包括α-Al、TiB₂，TiB₂平均颗粒尺寸小于0.6μm，TiB₂颗粒分散相对均匀。

进一步地，所述TiB₂/Al复合材料的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)原料准备，称取H₃BO₃、TiO₂、铝粉、钛粉和铝锭，其中H₃BO₃：TiO₂：Al粉：Ti粉的摩尔比＝(3.5-5.2)：(0.5-2.1)：(3.5-5.7)：(0.2-1.5)，其中Ti/B的摩尔比为＝1/2，铝锭纯度99.9％；

步骤(2)将H₃BO₃和TiO₂混合均匀，在200℃-250℃加热1.5h-2h，去除水分，去除过程中每20-40分钟取出一次，搅拌粉末，使粉末烘干均匀，不易结块；

步骤(3)将加热后的TiO₂、H₃BO₃、铝粉、钛粉混合均匀，将混合均匀的粉末置于模具中，压制成块体；

步骤(4)利用井式电阻炉将铝锭加热至900-1050℃，待铝锭完全熔化，石墨钟罩压入步骤(3)的块体，待反应出现火化后取出钟罩进行熔体自蔓延直接反应，反应时间为5-8min；反应完成后，压入C₂C_l6精炼，搅拌，静置5-20min，扒渣，重复搅拌、静置和扒渣过程1-2次，将所得熔体在750-900℃之间浇注到已预热到250℃-300℃的钢模中，获得大体积分数Al-TiB₂纯相中间合金，即TiB₂/Al复合材料。

本发明的另一个目的还公开了一种高强韧铸造铝硅铜镁合金在航空或汽车铸件领域的应用。

本发明高强韧铸造铝硅铜镁合金、其制备方法及应用，与现有技术相比较具有以下优点：

1)本发明优化铝硅合金成分，添加Cu、Mn、B、Sr等元素微合金化，匹配微量TiB₂颗粒进行细化不补强，同时配合精确热处理工艺保证铝合金具有高强韧和高屈服等特性，抗拉强度为390-440MPa，屈服强度为290-350MPa，延伸率≥6％。添加铜(Cu)会形成θ(CuAL₂)相，铸态时在晶界以AL-θ(CuAL₂)网络状存在，经固溶强化和时效强化后，θ′、θ相弥散分布基体α-AL中，起到强化作用。值得注意的是，在AlSiMg铸造合金中添加Cu，会在时效过程中形成ALSiMgCu低温四元相，容易产生过烧影响性能，所以要对合金进行热处理工艺优化，保证性能。锰(Mn)能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显着细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl₆的另一作用是能溶解杂质铁(Fe)，形成(Fe，Mn)Al6减小铁的有害影响。添加B元素可以起到细化晶粒的作用，进一步优化添加量的Sr元素对Si进行变质处理，保证Si的变质效果及熔体含气量，改变其共晶硅形态以及枝晶细化，减小铝合金的脆性，同时也提高了铝合金的强度。

2)本发明高强韧铸造铝硅铜镁合金中含有TiB₂/Al晶种材料(晶种材料亦可采用添加少量金属元素和Al-TiB₂进行配比、配份得到的复合晶种，如Al-Mn-TiB₂、AL-Ti-TiB₂、Al-Sr-TiB₂等等)。加入纳微米级(100nm-1um)TiB₂，主要起两方面作用：一是在铝合金凝固过程中作为异质形核核心细化晶粒，二是作为质点弥散分布在铝合金基体的晶粒内及晶界处起到弥散强化作用。在略微提升延伸率的前提下，使抗拉强度、屈服强度提升10％以上。进一步解决铝合金强韧性问题。

3)本发明高强韧铸造铝硅铜镁合金(AlSiCuMg)具有强度高、韧性好的优点，能用于航天航空、军工、民用、交通运输用铝合金，尤其能满足汽车领域重要零部件需求，为汽车减重及轻量化提供保证。

4)本发明通过优化铝硅铜镁合金成分，在铝硅合金基础上，调整硅镁比，并添加铜元素，锰元素及硼元素等元素，添加TiB₂颗粒对合金进行细化补强。添加Cu元素可在合金时效过程中形成时效强化相，使铝硅合金抗拉强度突破400MPa，添加Mn元素可以改善铝硅合金中影响力学性能Fe相形貌，消弱Fe杂质对力学性能的影响，改善高力学性能的铝硅铜镁合金受限于杂质原料生产成本高的问题。

附图说明

图1为高强韧铸造铝硅铜镁合金铸态金相图。

具体实施方式

本发明提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金、其制备方法及其在航空或汽车铸件领域的应用，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本发明实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本发明提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，其成分按照质量百分为：Si 6-10.5％，Mg0.35-0.6％，Cu1.0-2.0％，Mn0.1-0.20％，Ti0.10-0.20％，B0.03-0.10％，Sr0.01-0.04％，TiB₂0.08-0.5％，Fe≤0.15％，余量为Al。在一些实施例中，高强韧铸造铝硅铜镁合金成分按照质量百分为：Si8-9.5％，Mg0.45-0.5％，Cu1.0-1.5％，Mn0.1-0.15％，Ti0.15-0.20％，B0.03-0.07％，Sr0.01-0.02％，TiB₂ 0.1-0.2％，Fe≤0.15％，余量为Al。

上述实施例通过优化高强韧铸造铝硅铜镁合金成分，在铝硅合金基础上，调整硅镁比，并添加铜元素，锰元素及硼元素等元素。调整Si含量，有效增加基体共晶硅含量，即增加了共晶硅体积分数，而相应减少α-Al体积分数，对强度增加有增高的影响。Si最大作用是增加铝合金铸造性能，提高流动性，增加补缩能力，减少缩松、缩孔及热裂倾向。Cu元素的加入主要起增强作用，与AL形成主要强化相有θ(CuAL₂)、S(CuAL₂Mg)相等。添加Cu元素可在合金时效过程中形成时效强化相，使铝硅合金抗拉强度突破400MPa，添加Mn元素可以改善铝硅合金中影响力学性能Fe相形貌，消弱Fe杂质对力学性能的影响，改善高力学性能的铝硅铜镁合金受限于杂质原料生产成本高的问题。优化Sr元素的添加量，保证Si的变质效果及熔体含气量；添加TiB₂颗粒可以在凝固过程中作为形核核心细化合金铸态组织的晶粒尺寸，起到细晶强化作用，进而有利于保持材料的延伸率，同时亚微米级的纯相TiB₂颗粒可以起到弥散强化作用，从而有利于提高材料的抗拉强度和屈服强度，解决了现有铝硅合金的强韧性匹配问题及铸造性能较差问题。另外，通过向合金成分中添加TiB₂并确保其含量到达0.08％-0.5％，起到细化剂以及弥散强化作用，有利于在提高材料强度的同时提高延伸率。而现有相关技术中通过添加Al₅TiB、Al₅TiC等细化剂起到细化作用，涉及到通过添加Al₅TiB引入B起到细化作用，但是无法稳定地形成定量的TiB₂。在另一些实施例中，通过优化合金成分并配合热处理工艺，得到一种低成本高强韧性的铝硅铜镁合金材料，其抗拉强度拉强度可高达到440MPa，屈服强度可高达到351MPa，且延伸率大于6％。

相应的，本发明还提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，其包括：

S1，获得合金铸锭。

合金铸锭按照质量百分含量计：Si 6-10.5％，Mg0.35-0.6％，Cu1.0-2.0％，Mn0.1-0.20％，Ti0.10-0.20％，B0.03-0.10％，Sr0.01-0.04％，TiB2 0.08-0.5％，Fe≤0.15％，余量为Al；将各原料熔铸后得到合金铸锭。

需要说明的是，S1步骤中，熔炼采用的铝原料为纯度大于99.00％的铝锭，该纯度的铝锭可以为工业原铝，其纯度一般为99.00-99.77％。该类铝原料是铝电解工业的初级产品，只是在电解过程中经过简单的气体直接精炼而来。而高纯铝，纯度一般为99.999％-99.9999％，这类铝原料是由工业原铝经过电解精炼、偏析联合工艺所获得的产品，其生产制造成本远高于本发明所用的工业原铝。

进一步需要说明的是，S1获得具有上述成分的合金铸锭可以采用常规的熔炼方式得到，例如，分批熔炼法或半连续熔炼法。

S2，对合金铸锭进行固溶淬火处理。

具体为，将铝硅铜镁合金铸锭放入热风循环固熔炉中进行固溶处理，固溶后迅速放入设定温度的水中淬火。

需要说明的是，固溶处理也可以采用除了热风循环固熔炉以外的其他固溶设备。在另一些实施例中，固溶淬火处理采用以下工艺参数：固溶的温度为530℃-545℃，固溶的时间为6h-14h，水中淬火温度为50℃-70℃。固溶温度及固溶时间的匹配，有利于保证Mg₂Si相，Cu相以及Si相等凝固析出相的回溶，合理的淬火温度能保证过饱和固溶体固定不分解，防止材料冷裂，防止强化相析出，降低淬火时效后的力学性能。

在一具体示例中，例如，固溶的温度可以为530℃、531℃、532℃、535℃、540℃的任一温度，当然也可以为上述固溶温度范围内的其他任意取值。固溶的时间可以为6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h或14h的任意一时间，当然也可以为上述固溶时间范围内的其他任意取值。

S3，S2步骤之后进行时效处理，快速冷却后得到铝硅铜镁合金。在一些实施例中，完成时效处理后，采用空冷以对铝硅铜镁合金铸锭进行冷却。

具体为，将经S2步骤固溶淬火处理后的铝硅铜镁合金铸锭放入热风循环时效炉中进行时效处理。在另一些实施例中，时效处理采用以下工艺参数：时效的温度为150℃-170℃，时效的时间为8h-30h；在一具体示例中，例如，时效的温度可以为150℃、155℃、160℃、165℃或170℃的任一温度，当然也可以采用上述时效温度范围内的其他任意温度。时效的时间可以为8h、10h、15h、20h、25h或30h的任一时间，当然也可以采用上述时效时间范围内的其他任意时间。

在本发明另一些实施例中，为了获得相对良好的延伸率，以及更高的抗拉强度和屈服强度的铝硅合金，将上述实施例设计的高强韧铸造铝硅铜镁合金成分配合T6热处理工艺进行处理，处理后得到的材料抗拉强度能达到400MPa以上，屈服强度能达到300MPa以上，延伸率能超过6％。本发明高强韧铸造铝硅铜镁合金相比相同热处理后的A380铝合金，其抗拉强度、屈服强度以及延伸率均有提升。具体可以采用以下优选工艺参数：固溶的温度为540℃，固溶的时间为14h，淬火的温度为50℃，时效的温度为155℃，时效的时间为16h，处理后的铝硅铜镁合金的抗拉强度达到440MPa，屈服强度达到351MPa，延伸率达到6.4％。

需要说明的是，在具体实施时本领域技术人员可以根据实际需求将本发明的合金成分匹配相应的热处理工艺条件，以获得相应性能的高强韧铸造铝硅铜镁合金。

在本发明的一些实施例中，采用以下步骤获得设计合金成分的铝硅合金熔体，包括以下步骤：

S101，按照设计的高强韧铸造铝硅铜镁合金成分进行计算配料。

S102，将纯度大于99.00％的铝锭、含Si原料、含Cu原料、含Mn原料和含Ti原料依次加入至熔炉中加热至760℃-780℃熔化，待所有原料溶清后保温静置50min-70min，再依次加入含B原料、Mg、TiB₂/Al复合材料，溶清后静置10min-15min，取上述熔体进行成分检测，得到熔体各成分质量含量，并根据检测结果调整熔体各成分至合格，得到所需成分的中间熔体。在一具体示例中，可以采用光谱进行成分检测。在另一些实施例中，含Si原料为Al-Si中间合金；含Cu原料为Al-Cu中间合金；含Mn原料为Al-Mn中间合金；含Ti原料为Al-Ti中间合金；含B原料为Al-B中间合金；采用中间合金作为原料，避免了原料的烧损，有利于高熔点合金的熔入。通过添加TiB₂/Al复合材料引入TiB₂，TiB₂极稳定，所以在后续添加过程中，可以根据添加量精确控制TiB₂含量，以匹配所需含量的TiB₂。

需要说明的是，S102步骤中，控制熔炼温度不超过760℃。当熔化温度超过770℃时，会造成铝合金的氧化严重，熔炼过程的吸氢和夹渣增多，在浇铸凝固过程出现晶粒粗大，降低铝硅合金的机械性能。静置的时间为10分钟-15分钟，有利于TiB₂更均匀地分散于铝熔体中，避免TiB₂发生团聚和沉降现象，进而有利于提高TiB₂的细化强化作用。

S103，向中间熔体中加入打渣剂，进行除杂处理。

S104，除杂处理之后进行精炼处理，起到净化铝液的作用，同时加入含Sr原料进行变质处理。含Sr原料为长效变质剂，变质时间可持续6h-8h，使得粗大片状共晶硅细化，成为细小组织，进一步改善机械性能；并且在精炼的同时加入含Sr原料，提高变质效果，可以减少烧损及衰退。在一具体示例中，含Sr原料采用Al-Sr中间合金。

需要说明的是，精炼处理可以采用常规的除气旋转精炼。例如，采用除气精炼，向中间熔体中通入惰性气体或者精炼剂。在一具体示例中，使用旋转喷吹装置向中间熔体中通入氩气，转速为300r/min-700r/min，精炼的时间为10min-20min。

S105，变质处理之后，除去熔体表面的漂浮物进行除渣，后得到铝硅合金熔体。

S106，成分调整，除气精炼并静置后，取铝硅合金熔体试样进行光谱检测，调整至成分合格后得到合金铸锭。

在本发明另一些实施例中，TiB₂/Al复合材料的TiB₂的质量百分比为20％-30％，TiB₂/Al复合材料的粒度直径为100nm-1.0μm。TiB₂颗粒在凝固过程中作为形核核心有效细化铝合金铸态晶粒尺寸，起到细晶强化作用，同时粒度直径为100nm-1.0μm亚微米级的TiB₂颗粒可以起到弥散强化作用，由图1可见TiB₂颗粒均匀分布在晶内，有效细化组织且提高强度。

在一些实施例中，TiB₂/Al复合材料包含质量百分含量为1.0-2.5％的B，Ti/B的摩尔比为＝1/2，余量为Al，TiB₂/Al复合材料物相组成包括α-Al、TiB₂，TiB₂平均颗粒尺寸小于0.6μm，TiB₂颗粒分散相对均匀。

TiB₂/Al复合材料的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)原料准备，称取H₃BO₃、TiO₂、铝粉、钛粉和铝锭，其中H₃BO₃：TiO₂：Al粉：Ti粉的摩尔比＝(3.5-5.2)：(0.5-2.1)：(3.5-5.7)：(0.2-1.5)，其中Ti/B的摩尔比为＝1/2，铝锭纯度99.9％；

步骤(2)将H₃BO₃和TiO₂混合均匀，在200℃-250℃加热1.5h-2h小时，去除水分，去除过程中每20-40分钟取出一次，搅拌粉末，使粉末烘干均匀，不易结块；

步骤(3)将加热后的TiO₂、H₃BO₃、铝粉、钛粉混合均匀，将混合均匀的粉末置于模具中，压制成块体；

步骤(4)利用井式电阻炉将铝锭加热至900-1050℃，待铝锭完全熔化，石墨钟罩压入步骤(3)的块体，待反应出现火化后取出钟罩进行熔体自蔓延直接反应，反应时间为5-8min；反应完成后，压入C₂C_l6精炼，搅拌，静置5-20min，扒渣，重复搅拌、静置和扒渣过程1-2次，将所得熔体在750-900℃之间浇注到已预热到250℃-300℃的钢模中，获得大体积分数Al-TiB₂纯相中间合金，即TiB₂/Al复合材料。

上述方法采用熔体自蔓延直接合成法，利用原料来源广泛成本低廉的TiO₂和H₃BO₃，研制一种制备过程环保、洁净、颗粒含量高的纯相Al-TiB₂中间合金。解决了传统方法制备困难、制备成本高且有TiAl₃残留的问题，中间合金中TiB₂粒子尺寸小，分布均匀，颗粒含量高或大体积分数，体积分数可达25％，一般最高可达50％；所得中间合金为纯相，只有α-Al和TiB₂。

在另一些实施例中，优化后的铝硅铜镁合金成分，配合精确热处理工艺，得到的铝硅铜镁合金，经测试铝硅合金的抗拉强度为390-440MPa，屈服强度为290-351MPa，延伸率≥6％。

本发明提供的高强韧铸造铝硅铜镁合金可以应用于汽车等行业以弥补A357、A380等铝硅合金在性能上的不足，满足汽车轻量化，尤其是簧下减重越来越迫切的需求。

为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例的高强韧铸造铝硅铜镁合金及其制备方法进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。

实施例1

本实施例提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，按照质量百分含量计：Si7.98％，Cu1.78％，Mg 0.519％，Mn 0.139％，Ti 0.143％，B0.043％，Sr 0.013％，TiB2 0.12％，余量为Al

所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，包括以下步骤：

S1，将铝锭、含Si原料、含Cu原料、含Mn原料和含Ti原料依次加入到熔炉中加热至760℃熔化，待所有原料溶清后保温静置70min，再依次加入含B原料、Mg、TiB₂/Al复合材料，溶清后静置15min，得到中间熔体；对所述中间熔体进行除杂处理，之后进行精炼，在精炼的同时加入含Sr原料进行变质处理，再经除渣后得到合金铸锭；

S2，对合金铸锭放入热风循环固熔炉中进行固溶淬火处理，固溶淬火处理采用以下工艺参数：固溶的温度为540℃，固溶的时间为14h，水中淬火温度为50℃。

S3，将经S2固溶淬火处理后的合金铸锭放入热风循环时效炉中进行时效处理，时效处理采用以下工艺参数：时效的温度为155℃，时效的时间为16h；冷却后得到高强韧铸造铝硅铜镁合金。

实施例2

本实施例提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，按照质量百分含量计：Si 8.73％，Cu1.48％，Mg 0.454％，Mn 0.165％，Ti 0.153％，B0.045％，Sr 0.023％，TiB2 0.22％，余量为Al。

本实施例与实施例1采用相同的制备方法。

实施例3

本实施例提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，按照质量百分含量计：Si 9.52％，Cu 1.29％，Mg 0.418％，Mn 0.175％，Ti 0.153％，B0.06％，Sr 0.028％，TiB2 0.43％，余量为Al。

本实施例与实施例1采用相同的制备方法。

实施例4

本实施例提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，按照质量百分含量计：Si 8.17％，Cu1.819％，Mg 0.523％，Mn 0.136％，Ti 0.152％，B0.047％，Sr 0.02％，TiB2 0.09％，余量为Al。

所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，包括以下步骤：

S1，将铝锭、含Si原料、含Cu原料、含Mn原料和含Ti原料依次加入到熔炉中加热至780℃熔化，待所有原料溶清后保温静置70min，再依次加入含B原料、Mg、TiB₂/Al复合材料，溶清后静置15min，得到中间熔体；对所述中间熔体进行除杂处理，之后进行精炼，在精炼的同时加入含Sr原料进行变质处理，再经除渣后得到合金铸锭；

S2，对合金铸锭放入热风循环固熔炉中进行固溶淬火处理，固溶淬火处理采用以下工艺参数：固溶的温度为540℃，固溶的时间为14h，水中淬火温度为55℃。

S3，将经S2固溶淬火处理后的合金铸锭放入热风循环时效炉中进行时效处理，时效处理采用以下工艺参数：时效的温度为155℃，时效的时间为15h；冷却后得到高强韧铸造铝硅铜镁合金。

实施例5

本实施例提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，按照质量百分含量计：Si 8.93％，Cu1.79％Mg 0.419％，Mn 0.152％，Ti 0.137％，B0.053％，Sr 0.014％，TiB₂ 0.12％，余量为Al。

本实施例与实施例4采用相同的制备方法。

实施例6

本实施例提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，按照质量百分含量计：Si 9.93％，Cu1.76％，Mg 0.412％，Mn 0.146％，Ti 0.147％，B0.053％，Sr 0.016％，TiB₂ 0.1％，余量为Al。

本实施例与实施例4采用相同的制备方法。

实施例7

本实施例提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，按照质量百分含量计：Si 9.96％，Cu1.37％，Mg 0.476％，Mn 0.139％，Ti 0.187％，B0.063％，Sr 0.036％，TiB2 0.21％，余量为Al。

所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，包括以下步骤：

S1，将铝锭、含Si原料、含Cu原料、含Mn原料和含Ti原料依次加入到熔炉中加热至760℃熔化，待所有原料溶清后保温静置70min，再依次加入含B原料、Mg、TiB₂/Al复合材料，溶清后静置15min，得到中间熔体；对所述中间熔体进行除杂处理，之后进行精炼，在精炼的同时加入含Sr原料进行变质处理，再经除渣后得到合金铸锭；

S2，对合金铸锭放入热风循环固熔炉中进行固溶淬火处理，固溶淬火处理采用以下工艺参数：固溶的温度为540℃，固溶的时间为14h，水中淬火温度为55℃。

S3，将经S2固溶淬火处理后的合金铸锭放入热风循环时效炉中进行时效处理，时效处理采用以下工艺参数：时效的温度为155℃，时效的时间为20h；冷却后得到高强韧铸造铝硅铜镁合金。

实施例8

本实施例提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，按照质量百分含量计：Si 7.95％，Cu1.26％，Mg 0.453％，Mn 0.128％，Ti 0.167％，B0.053％，Sr 0.026％，TiB₂ 0.31％，余量为Al。

本实施例与实施例7采用相同的制备方法。

实施例9

本实施例提供一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，按照质量百分含量计：Si 7.18％，Cu1.36％，Mg 0.50％，Mn 0.19％，Ti0.155％，B 0.085％，Sr 0.017％，TiB₂ 0.15％、余量为Al，熔铸后得到合金铸锭。

本实施例与实施例7采用相同的制备方法。

对比例

该对比例提供一种A380铝合金材料，其包括：

熔铸获得A380铝合金铸锭：Si 6.5％、Cu 3.4％、Mg 0.05％、Ti 0.15％、杂质Fe≤0.2％、Mn≤0.1％，其余为Al。熔铸时添加Al₅TiB晶粒细化剂细化组织，添加钠盐进行变质。

对获得的A380铝合金铸锭采用T6热处理后，得到A380铝合金材料。

表1为实施例1-9制备的高强韧铸造铝硅铜镁合金与对比例的A380铝合金经热处理后力学性能的对比表：

表1力学性能的对比表

	抗拉强度，MPa	屈服强度，MPa	延伸率，％
				实施例1	440	351	6.7
实施例2	436	341	6.3
				实施例3	423	339	7.2
实施例4	431	340	6.5
				实施例5	414	296	7.7
实施例6	397	308	7.3
				实施例7	427	321	6.0
实施例8	430	317	6.2
				实施例9	395	323	7.5
对比例(QJ3185-2003)1级	323	230	5

综上可知，实施例1-9的高强韧铸造铝硅铜镁合金表现出良好的力学性能，抗拉强度和屈服强度均高于A380铝合金，同时延伸率保持在6％以上。

上述实施例1-9的高强韧铸造铝硅铜镁合金的铸态组织的检测结果，请参照图1相图所示，由图1可见，通过截线法测定二次枝晶臂间距20μm-25μm，结果表明铝合金二次枝晶臂间距得到明显细化，细化后组织均匀。且在基体中未发现针状或片状的β-Fe相，说明添加Mn元素可以改善铝合金中Fe相的形貌。Si相呈圆球或短棒状，变质效果优异。TiB₂颗粒均匀分布在晶内，有效细化组织且提高强度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高强韧铸造铝硅铜镁合金，其特征在于，包括质量百分比如下的各组分：

2.根据权利要求1所述高强韧铸造铝硅铜镁合金，其特征在于，包括质量百分比如下的各组分：

3.根据权利要求1或2所述高强韧铸造铝硅铜镁合金，其特征在于，所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的抗拉强度达到390-440MP，屈服强度达到290-350MP，延伸率≥6％。

4.一种权利要求1-3任意一项所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1按照重量配比称取各原料，熔铸得到中间熔体；对所述中间熔体进行除杂处理，之后进行精炼，在精炼的同时加入含Sr原料进行变质处理，再经除渣后得到合金铸锭；

S2对所述合金铸锭进行固溶淬火处理；

S3进行时效处理，冷却后得到所述高强韧铸造铝硅铜镁合金。

5.根据权利要求4所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，其特征在于，S1将铝锭、含Si原料、含Cu原料、含Mn原料、含B原料和含Ti原料加入到熔炉中加热熔化，待所有原料溶清后保温静置，再依次加入Mg、TiB₂/Al复合材料，溶清后静置，得到中间熔体。

6.根据权利要求4所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，其特征在于，S2所述固溶淬火处理工艺参数为：固溶温度530℃-540℃，固溶时间6h-14h，淬火温度50℃-70℃；和/或，

S3所述时效处理工艺参数为：时效温度150℃-170℃，时效时间8h-30h；和/或，

S3所述冷却为空冷。

7.根据权利要求5所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，其特征在于，所述含Si原料为Al-Si中间合金和/或Si；和/或，

所述含Cu原料为Al-Cu中间合金和/或Cu；和/或，

所述含Mn原料为Al-Mn中间合金和/或Mn；和/或，

所述含Ti原料为Al-Ti中间合金和/或Ti；和/或，

所述含Sr原料为Al-Sr中间合金和/或Sr；和/或，

所述含B原料为Al-B中间合金和/或B。

8.根据权利要求5所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，其特征在于，所述TiB₂/Al复合材料中TiB₂的质量百分比为20％-30％。

9.根据权利要求5所述高强韧铸造铝硅铜镁合金的制备方法，其特征在于，所述TiB₂/Al复合材料的粒度直径为100nm-1.0μm。

10.一种权利要求1-3任意一项所述高强韧铸造铝硅铜镁合金在航空或汽车铸件领域的应用。

Images