CN115852211A - 免热处理铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种免热处理铝合金，其含有质量百分比含量为7～12％的Si、质量百分比含量为0～0.6％的Fe、质量百分比含量为0.1～0.8％的Mn、质量百分比含量为0.01～1％的Co、质量百分比含量为0～0.2％的Cr、及质量百分比含量为85.6～87.89％的Al。本发明还提供一种免热处理铝合金的制备方法。本发明的免热处理铝合金具有较佳的抗拉强度、屈服强度、及断后延伸率。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种免热处理铝合金、和该免热处理铝合金的制备方法。
背景技术
铝合金压铸件具有良好的强度和较佳的韧性，可用于制作车身。随着新能源汽车的快速发展，汽车结构件(例如，一体热冲压门环，一体压铸车身，一体压铸副车架等)正朝着集成化、轻量化、高效化的方向发展。制备汽车真空压铸件的过程中，热处理会导致汽车真空压铸件出现变形和表面起泡等问题，随着汽车真空压铸件的不断大型化，后续的整形难度以及报废率将大幅提升。免热处理铝合金无需进行热处理，更适于制备汽车真空压铸件。然而，目前主流的免热处理铝合金综合抗拉强度(约为260MPa)、屈服强度(约为120MPa)、及断后延伸率(约为10～12％)均较低。
申请内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种免热处理铝合金，旨在提高铝合金的抗拉强度、屈服强度、及断后延伸率。
本发明提供一种免热处理铝合金，其含有质量百分比含量为7～12％的Si、质量百分比含量为0～0.6％的Fe、质量百分比含量为0.1～0.8％的Mn、质量百分比含量为0.01～1％的Co、质量百分比含量为0～0.2％的Cr、及质量百分比含量为85.6～87.89％的Al。
进一步地，满足以下条件的至少一种：
Si的质量百分比含量为8～11％；
Fe的质量百分比含量为0.05～0.5％；
Mn的质量百分比含量为0.2～0.6％；
Co的质量百分比含量为0.05～0.8％；
Cr的质量百分比含量为0.05～0.1％。
进一步地，满足以下条件的至少一种：
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.2％的Mg；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.2％的Cu；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.005～0.5％的Sr；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.01～0.08％的RE；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.01～0.05％的Zr；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.05～0.1％的Zn；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的Ti；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.05％的Ni；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.05％的Sn；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的B；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的Mo；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的V；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为不大于0.15％的杂质，其中，单种杂质的质量百分比含量小于0.05％。
本发明还提供一种免热处理铝合金的制备方法，包括以下步骤：
提供Al、Si、Fe、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、及Al-Co中间合金；
对Al进行加热处理，获得铝液；
于740～780℃的温度下，向所述铝液中加入Si、及Fe，得到第一混合液；
于730～760℃的温度下，向所述第一混合液中加入Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、及Al-Co中间合金，得到第二混合液；及
对所述第二混合液进行精炼处理和成型处理、及热处理，得到所述免热处理铝合金，其中，所述免热处理铝合金含有质量百分比含量为7～12％的Si、质量百分比含量为0～0.6％的Fe、质量百分比含量为0.1～0.8％的Mn、质量百分比含量为0.01～1％的Co、质量百分比含量为0～0.2％的Cr、及质量百分比含量为85.6～87.89％的Al。
进一步地，满足以下条件的至少一种：
Si的质量百分比含量为8～11％；
Fe的质量百分比含量为0.05～0.5％；
Mn的质量百分比含量为0.2～0.6％；
Co的质量百分比含量为0.05～0.8％；
Cr的质量百分比含量为0.05～0.1％。
进一步地，还包括以下步骤：
提供助剂，所述助剂为Mg、Cu、Sr、RE、Zr、Zn、Ti、Ni、Sn、B、Mo、及V中的至少一种；及
于730～760℃的温度下，向所述第一混合液中加入所述助剂，得到所述第二混合液。
进一步地，满足以下条件的至少一种：
Mg的质量百分比含量为0～0.2％；
Cu的质量百分比含量为0～0.2％；
Sr的质量百分比含量为0.005～0.5％；
RE的质量百分比含量为0.01～0.08％；
Zr的质量百分比含量为0.01～0.05％；
Zn的质量百分比含量为0.05～0.1％；
Ti的质量百分比含量为0～0.1％；
Ni的质量百分比含量为0～0.05％；
Sn的质量百分比含量为0～0.05％；
B的质量百分比含量为0～0.1％；
Mo的质量百分比含量为0～0.1％；
V的质量百分比含量为0～0.1％。
进一步地，所述精炼处理包括以下步骤：
调节所述第二混合液的温度为710～730℃，向所述第二混合液喷吹入惰性气体和精炼剂，保温10～20min。
进一步地，满足以下条件的至少一种：
所述精炼剂包括以下重量份的原料：KF 60～70份、NaC1 50～60份、LiCl 40～60份、冰晶石20～25份、AIF3 10～25份、CaF2 10～15份、轻质碳酸钙5～10份、石墨粉15～20份、滑石粉10～20份、MgCI2 20～30份、稀土酸盐10～30份；
所述惰性气体为氩气和氮气中的至少一种，所述气体纯度>99.99％。
进一步地，对所述第二混合液进行精炼处理后，及对所述第二混合液进行成型处理前，所述免热处理铝合金的制备方法还包括以下步骤：
测量所述精炼处理后的第二混合液的组分及含量；及
根据测得的组分及含量，进行补料或冲淡处理，以使所述精炼处理后的第二混合液的组分及含量达标，其中，所述精炼处理后的第二混合液的组分及含量的标准为：Si的质量百分比含量为7～12％、Fe的质量百分比含量为0～0.6％、Mn的质量百分比含量为0.1～0.8％、Co的质量百分比含量为0.01～1％、Cr的质量百分比含量为0～0.2％、及铝的质量百分比含量为85.6～87.89％。
本发明技术方案中，所述免热处理铝合金含有含有质量百分比含量为7～12％的Si、质量百分比含量为0～0.6％的Fe、质量百分比含量为0.1～0.8％的Mn、质量百分比含量为0.01～1％的Co、质量百分比含量为0～0.2％的Cr、及质量百分比含量为85.6～87.89％的Al，该范围内的Si不仅可使所述免热处理铝合金具有较佳的抗拉强度和屈服强度，还可使所述免热处理铝合金具有较佳的铸造性能和抗蚀性能。Fe作为合金元素，其质量百分比含量设置为0～0.6％，该范围内的Fe元素常以粗大的针状富Fe相形态存在于合金中，虽然能提高合金的力学性能，但也严重割裂Al基体，造成延伸率的急剧下降。但对于以压铸方式生产的铸件，添加一定量的Fe可以降低铸件的粘模倾向；Mn加入Al-Si合金中能够减少合金中富Fe相的有害作用，使针状的β-Al5FeSi相变为汉字状或块状的α-Al5(Fe,Mn)3Si2相，提高合金的伸长率及强度。此外，Mn原子半径与Al原子半径相差较大，故Mn的添加会增加合金的晶格畸变程度，并能够显著细化晶粒，增加合金晶界，显著提高合金的力学性能。但是，Mn/Fe的质量比约为1时才会有较好的强化效果，因此，需加入较多的Mn含量，Co的作用与Mn相似，可以在很大程度上改善Al3Fe相的形貌，加入一定量的Co后，金属间Al3Fe相的体积分数增加，其形态也由针状转变块状。尤其是在合金中复合加入Mn和Co后，不仅能降低两者的使用量，还能形成一些富Mn和富Co的多元相，显著地改善原合金的组织形态及相分布，使粗大的Al3Fe相，分解为细小的Al-(Fe,Co,Mn)-Si相，显著提高强度和伸长率。铝硅合金中加入Cr可以提高合金的伸长率。Cr添加到合金中，针状β-Fe相成为点状或块状α-Fe相，通过前期研究发现，Cr通过固溶方式进入基体和Al-(Fe,Co,Mn，Cr)-Si相中，显著细化此相的的尺寸，提高其体积分数，进一步提高合金力学性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明一实施例提供一种免热处理铝合金，其含有质量百分比含量为7～12％的Si、质量百分比含量为0～0.6％的Fe、质量百分比含量为0.1～0.8％的Mn、质量百分比含量为0.01～1％的Co、质量百分比含量为0～0.2％的Cr、及质量百分比含量为85.6～87.89％的Al。
在一实施例中，Si的质量百分比含量为8～11％；Fe的质量百分比含量为0.05～0.5％；Mn的质量百分比含量为0.2～0.6％；Co的质量百分比含量为0.05～0.8％；Cr的质量百分比含量为0.05～0.1％。
所述Si的质量百分比含量具体可为7％、8％、9％、10％、11％、或12％。
所述Fe的质量百分比含量具体可为0.001％、0.005％、0.01％、0.15％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、或0.6％。
所述Mn的质量百分比含量具体可为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、或0.8％。
所述Co的质量百分比含量具体可为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、或1％。可以理解的，Co作为铝合金元素而非杂质加入至铝合金中。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.2％的Cr。例如，Cr的质量百分比含量为0.001％、0.005％、0.01％、0.15％、或0.2％。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为不大于0.15％的杂质，其中，单种杂质的质量百分比含量小于0.05％。
本发明技术方案中，所述免热处理铝合金含有含有质量百分比含量为7～12％的Si、质量百分比含量为0～0.6％的Fe、质量百分比含量为0.1～0.8％的Mn、质量百分比含量为0.01～1％的Co、质量百分比含量为0～0.2％的Cr、及质量百分比含量为85.6～87.89％的Al，该范围内的Si不仅可使所述免热处理铝合金具有较佳的抗拉强度和屈服强度，还可使所述免热处理铝合金具有较佳的铸造性能和抗蚀性能。Fe作为合金元素，其质量百分比含量设置为0～0.6％，该范围内的Fe元素常以粗大的针状富Fe相形态存在于合金中，虽然能提高合金的力学性能，但也严重割裂Al基体，造成延伸率的急剧下降。但对于以压铸方式生产的铸件，添加一定量的Fe可以降低铸件的粘模倾向；Mn加入Al-Si合金中能够减少合金中富Fe相的有害作用，使针状的β-Al5FeSi相变为汉字状或块状的α-Al5(Fe,Mn)3Si2相，提高合金的伸长率及强度。此外，Mn原子半径与Al原子半径相差较大，故Mn的添加会增加合金的晶格畸变程度，并能够显著细化晶粒，增加合金晶界，显著提高合金的力学性能。但是，Mn/Fe的质量比约为1时才会有较好的强化效果，因此，需加入较多的Mn含量，Co的作用与Mn相似，可以在很大程度上改善Al3Fe相的形貌，加入一定量的Co后，金属间Al3Fe相的体积分数增加，其形态也由针状转变块状。尤其是在合金中复合加入Mn和Co后，不仅能降低两者的使用量，还能形成一些富Mn和富Co的多元相，显著地改善原合金的组织形态及相分布，使粗大的Al3Fe相，分解为细小的Al-(Fe,Co,Mn)-Si相，显著提高强度和伸长率。铝硅合金中加入Cr可以提高合金的伸长率。Cr添加到合金中，针状β-Fe相成为点状或块状α-Fe相，通过前期研究发现，Cr通过固溶方式进入基体和Al-(Fe,Co,Mn，Cr)-Si相中，显著细化此相的的尺寸，提高其体积分数，进一步提高合金力学性能。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.2％的Mg。例如，Mg的质量百分比含量为0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、或0.2％。Mg的质量百分比含量设置为0～0.2％，在该范围内，所述免热处理铝合金的抗拉强度与Mg的质量百分比含量成线性关系，且延伸率不会有明显降低，使得该范围内的Mg可使所述免热处理铝合金具有较佳的抗拉强度和屈服强度。Mg的质量百分比含量大于0.2％后，铝合金在常温下会产生较大的自然时效效应，虽然可提高铝合金的强度，但会降低铝合金的塑性，使用环境温度也会提高，铝合金的强度和塑性变化会更急剧，导致铝合金零部件变形和开裂。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.2％的Cu。例如，Cu的质量百分比含量为0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、或0.2％。Cu的加入通过固溶强化可提高所述免热处理铝合金的抗拉强度和屈服强度及伸长率。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.005～0.5％的Sr，优选为0.005～0.2％。例如，Sr的质量百分比含量为0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、或0.5％。Sr是表面活性元素，在结晶学上Sr能改变金属间化合物相的行为。因此用Sr元素进行变质处理能改善合金的力学性能、塑性加工性和最终产品质量(如改善表面粗糙度等)。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.01～0.08％的RE。例如，RE的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、或0.08％。RE的加入，使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒减少二次晶间距，并获得细小的共晶组织，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化，还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。RE可为La、Ce、Pr、Nd、Y、Er、Sc等。也可为混合稀土，如La-Ce-Pr-Nd。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.01～0.05％的Zr。例如，Zr的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、或0.05％。Zr和Al形成ZrAl3化合物，成为固溶体的外来异质结晶核心，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。Zr亦能细化铸造组织，还能与合金液中的氢反应，生成ZrH，溶于合金液起除气作用，减少针孔、疏松等缺陷。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.05～0.1％的Zn。例如，Zn的质量百分比含量为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。Zn可加入提高免热处理铝合金的综合性能，如加工性能和流动性等。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的Ti。例如，Ti的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。Ti常以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金的形式加入。Ti与Al形成TiAl3相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织的作用。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.05％的Ni。例如，Ni的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、或0.05％。Ni可提高免热处理铝合金的延展性、延伸率、及硬度。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.05％的Sn。例如，Sn的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、或0.05％。Sn可细化晶粒，还可提高免热处理铝合金的耐腐蚀性。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的B。例如，B的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。B可使免热处理铝合金中的Zr由固溶态转变为析出态，以细小的板片状第二相粒子的形态存在于晶粒内部和晶界处，减少晶格畸变，改善基体的有序性，提升合金的力学性能。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的Mo。例如，Mo的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。Mo也可作为细化剂来细化晶粒，并能减少Ti、Mn等元素的使用量。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的V。例如，V的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。V也可作为细化剂来细化晶粒。
本发明实施例还提供一种免热处理铝合金的制备方法，包括以下步骤：
提供纯铝、工业硅、纯铁、纯铬、Al-Mn中间合金、及Al-Co中间合金，对原料进行预热以进行烘干处理；
对纯铝进行加热处理，获得铝液；
于740～780℃的温度下，向所述铝液中加入工业硅、及纯铁，得到第一混合液；
于730～760℃的温度下，向所述第一混合液中加入Al-Co中间合金和纯镁，得到第二混合液；及
对所述第二混合液进行精炼处理和成型处理、及热处理，得到所述免热处理铝合金，其中，所述免热处理铝合金含有质量百分比含量为7～12％的Si、质量百分比含量为0～0.6％的Fe、质量百分比含量为0.1～0.8％的Mn、质量百分比含量为0.01～1％的Co、质量百分比含量为0～0.2％的Cr、及质量百分比含量为85.6～87.89％的Al。
在一实施例中，Si的质量百分比含量为8～11％；Fe的质量百分比含量为0.05～0.5％；Mn的质量百分比含量为0.2～0.6％；Co的质量百分比含量为0.05～0.8％；Cr的质量百分比含量为0.05～0.1％。
在至少一实施例中，所述成型处理可为金属型铸造成型处理，浇铸温度为700～730℃，成型后常温自然放置，得到铝合金铸造品。所述金属型铸造成型处理的模具为符合铝合金标准(HB 962-2001)的金属型试样模具。
所述Si的质量百分比含量具体可为7％、8％、9％、10％、11％、或12％。
所述Fe的质量百分比含量具体可为0.001％、0.005％、0.01％、0.15％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、或0.6％。
所述Mn的质量百分比含量具体可为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、或0.8％。
所述Co的质量百分比含量具体可为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、或1％。可以理解的，Co作为铝合金元素而非杂质加入至铝合金中。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.2％的Cr。例如，Cr的质量百分比含量为0.001％、0.005％、0.01％、0.15％、或0.2％。
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为不大于0.15％的杂质，其中，单种杂质的质量百分比含量小于0.05％。
所述精炼处理包括以下步骤：调节所述第二混合液的温度为710～730℃，向所述第二混合液喷吹入惰性气体和精炼剂，保温10～20min。所述精炼剂包括以下重量份的原料：KF 60～70份、NaC1 50～60份、LiCl 40～60份、冰晶石20～25份、AIF310～25份、CaF2 10～15份、轻质碳酸钙5～10份、石墨粉15～20份、滑石粉10～20份、MgCI2 20～30份、稀土酸盐10～30份。所述稀土酸盐可为轻稀土的氯化物、氟化物、硝酸化合物中的一种及其以上复配。所述稀土酸盐可为重稀土的氯化物、氟化物、硝酸化合物中的一种及其以上复配。所述惰性气体为氩气和氮气中的至少一种，所述气体纯度>99.99％。所述钠盐可为硝酸钠、或氯化钠等。所述钾盐可为硝酸钾、或氯化钾等。
本发明技术方案中，所述免热处理铝合金的制备方法所制得的免热处理铝合金含有质量百分比含量为7～12％的Si、质量百分比含量为0～0.6％的Fe、质量百分比含量为0.1～0.8％的Mn、质量百分比含量为0.01～1％的Co、质量百分比含量为0～0.2％的Cr、及质量百分比含量为85.6～87.89％的Al。本发明的免热处理铝合金为Al-Si系合金，该范围内的Si不仅可使所述免热处理铝合金具有较佳的抗拉强度和屈服强度，还可使所述免热处理铝合金具有较佳的铸造性能和抗蚀性能。Fe作为合金元素，其质量百分比含量设置为0～0.6％，该范围内的Fe元素常以粗大的针状富Fe相形态存在于合金中，虽然能提高合金的力学性能，但也严重割裂Al基体，造成延伸率的急剧下降。但对于以压铸方式生产的铸件，添加一定量的Fe可以降低铸件的粘模倾向，Mn加入Al-Si合金中能够减少合金中富Fe相的有害作用，使针状的β-Al5FeSi相变为汉字状或块状的α-Al5(Fe,Mn)3Si2相，提高合金的强度。此外，Mn原子半径与Al原子半径相差较大，故Mn的添加会增加合金的晶格畸变程度，并能够显著细化晶粒，增加合金晶界，显著提高合金的力学性能。但是，需加入较多的质量的Mn，Mn/Fe的质量比约为1。Co的作用与Mn相似，可以在很大程度上改善Al3Fe相的形貌，加入一定量的Co后，金属间Al3Fe相的体积分数增加，其形态也由针状转变块状。尤其是在合金中复合加入Mn和Co后，不仅能降低两者的使用量，还能形成一些富Mn和富Co的多元相，显著地改善原合金的组织形态及相分布，使粗大的Al3Fe相，分解为细小的Al-(Fe,Co,Mn)-Si相，显著提高强度和伸长率。铝硅合金中加入Cr可以提高合金的伸长率。Cr添加到合金中，针状β-Fe相成为点状或块状α-Fe相，通过前期研究发现，Cr通过固溶方式进入基体和Al-(Fe,Co,Mn，Cr)-Si相中，显著细化此相的的尺寸，提高其体积分数，进一步提高合金力学性能。
所述免热处理铝合金的制备方法还包括以下步骤：
提供助剂，所述助剂为Mg、Cu、Sr、RE、Zr、Zn、Ti、Ni、Sn、B、Mo、及V中的至少一种；及
于730～760℃的温度下，向所述第一混合液中加入所述助剂，得到所述第二混合液。
在至少一实施例中，本发明所用的Cu、Mg、Sr、RE、Zr、Zn、Ti、Cr、Ni、Sn、B、Mo、Cd、及V的原料可为纯铜、纯镁、Al-Sr中间合金、AlRE10中间合金、Al-Zr合金、Al-Zn合金、纯钛、Al-Ni合金、纯锡、纯硼、Al-Mo合金、及Al-v合金。本发明所用的Ti、及B的原料还可为AlTi10B1。
还可对助剂预热以进行烘干处理。
Mg的质量百分比含量为0～0.2％。例如，Mg的质量百分比含量为0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、或0.2％。Mg的质量百分比含量设置为0～0.2％，在该范围内，所述免热处理铝合金的抗拉强度与Mg的质量百分比含量成线性关系，且延伸率不会有明显降低，使得该范围内的Mg可使所述免热处理铝合金具有较佳的抗拉强度和屈服强度。Mg的质量百分比含量大于0.2％后，铝合金在常温下会产生较大的自然时效效应，虽然可提高铝合金的强度，但会降低铝合金的塑性，使用环境温度也会提高，铝合金的强度和塑性变化会更急剧，导致铝合金零部件变形和开裂。
Cu的质量百分比含量为0～0.2％的。例如，Cu的质量百分比含量为0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、或0.2％。Cu可提高所述免热处理铝合金的抗拉强度和屈服强度。
Sr的质量百分比含量为0.005～0.5％，优选为0.005～0.2％。例如，Sr的质量百分比含量为0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、或0.5％。Sr是表面活性元素，在结晶学上Sr能改变金属间化合物相的行为。因此用Sr元素进行变质处理能改善合金的力学性能、塑性加工性和最终产品质量(如改善表面粗糙度等)。
RE的质量百分比含量为0.01～0.08％的。例如，RE的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、或0.08％。RE的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、或0.08％。RE的加入，使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒减少二次晶间距，并获得细小的共晶组织，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化，还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。RE可为La、Ce、Pr、Nd、Y、Er、Sc等。也可为混合稀土，如La-Ce-Pr-Nd。
Zr的质量百分比含量为0.01～0.05％。例如，Zr的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、或0.05％。Zr和Al形成ZrAl3化合物，成为固溶体的外来异质结晶核心，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。Zr亦能细化铸造组织，还能与合金液中的氢反应，生成ZrH，溶于合金液起除气作用，减少针孔、疏松等缺陷。
Zn的质量百分比含量为0.05～0.1％。例如，Zn的质量百分比含量为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09或0.1％，Zn的加入可提高合金力学性能和提高合金流动性。
Ti的质量百分比含量为0～0.1％。例如，Ti的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。Ti常以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金的形式加入。Ti与Al形成TiAl3相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织的作用。
Ni的质量百分比含量为0～0.05％。例如，Ni的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、或0.05％。Ni可提高免热处理铝合金的延展性、延伸率、及硬度。
Sn的质量百分比含量为0～0.05％。例如，Sn的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、或0.05％。Sn可细化晶粒，还可提高免热处理铝合金的耐腐蚀性。
B的质量百分比含量为0～0.1％。例如，B的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。B可使免热处理铝合金中的Zr由固溶态转变为析出态，以细小的板片状第二相粒子的形态存在于晶粒内部和晶界处，减少晶格畸变，改善基体的有序性，提升合金的力学性能。
Mo的质量百分比含量为0～0.1％。例如，Mo的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。Mo也可作为细化剂来细化晶粒，并能减少Ti、Mn等元素的使用量。
V的质量百分比含量为0～0.1％。例如，V的质量百分比含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、或0.1％。V也可作为细化剂来细化晶粒。
进一步地，对所述第二混合液进行精炼处理后，及对所述第二混合液进行成型处理前，所述免热处理铝合金的制备方法还包括以下步骤：
测量所述精炼处理后的第二混合液的组分及含量；及
根据测得的组分及含量，进行补料或冲淡处理，以使所述精炼处理后的第二混合液的组分及含量达标，其中，所述精炼处理后的第二混合液的组分及含量的标准为：Si的质量百分比含量为7～12％、Fe的质量百分比含量为0～0.6％、Mn的质量百分比含量为0.1～0.8％、Co的质量百分比含量为0.01～1％、Cr的质量百分比含量为0～0.2％、及铝的质量百分比含量为85.6～87.89％。
还可采用氯盐精炼法对所述第二混合液进行精炼处理，所述氯盐精炼法包括以下步骤：调节所述第二混合液的温度为710～735℃；混合精炼剂与六氯乙烷，得到混合物；及将所述混合物压入所述第二混合液中，对所述第二混合液进行精炼处理，精炼时长为10～30min。所述混合物与所述第二混合液的质量比为0.01～0.05：1。例如，所述混合物与所述第二混合液的质量比为0.01：1、0.02：1、0.03：1、0.04：1、0.05：1。所述混合物中，所述精炼剂与六氯乙烷的质量比为0.01～0.05：1。例如，所述精炼剂与六氯乙烷的质量比为0.01：1、0.02：1、0.03：1、0.04：1、0.05：1。所述精炼剂含有氟化铝、硝酸钠、及氯化钠，其中，氟化铝、硝酸钠、及氯化钠的质量比为1：0.5～2：0.5～2。例如，氟化铝、硝酸钠、及氯化钠的质量比为1：0.5：0.5、1：0.5：1、1：0.5：2、1：1：0.5、或1：2：0.5。所述精炼剂主要起到除杂的作用。在730℃左右的温度下，所述精炼剂会融化在混合液中，在搅拌过程中或在所述精炼剂从混合液的底层悬浮至混合液的上层的过程中，所述精炼剂会吸附混合液中的渣、杂质、或气体，并将渣、杂质、或气体带至液面，达到除杂除气的作用。
对比例一
对比例一的铝合金含有质量百分比含量为8％的Si、质量百分比含量为0.4％的Fe、质量百分比含量为0.1％的Cu、质量百分比含量为0.01％的Mg、质量百分比含量为0.05％的Sr、质量百分比含量为0.05％的Ti、质量百分比含量为0.01％的Zn、及余量的Al。
实施例一
实施例一的铝合金含有质量百分比含量为10％的Si、质量百分比含量为0.3％的Fe、质量百分比含量为0.2％的Mn、质量百分比含量为0.05％的Co、质量百分比含量为0.2％的Cr、及余量的Al。
实施例二
实施例二的铝合金含有质量百分比含量为11％的Si、质量百分比含量为0.2％的Fe、质量百分比含量为0.3％的Mn、质量百分比含量为0.1％的Co、质量百分比含量为0.05％的Cr、质量百分比含量为0.05％的Cu、质量百分比含量为0.05％的Mg、质量百分比含量为0.01％的Sr、质量百分比含量为0.014％的B、质量百分比含量为0.04％的Ti、质量百分比含量为0.05％的Zn、质量百分比含量为0.01％的RE、及余量的Al。
实施例三
实施例三的铝合金含有质量百分比含量为12％的Si、质量百分比含量为0.4％的Fe、质量百分比含量为0.3％的Mn、质量百分比含量为0.4％的Co、质量百分比含量为0.2％的Cr、质量百分比含量为0.1％的Cu、质量百分比含量为0.2％的Mg、质量百分比含量为0.02％的Sr、质量百分比含量为0.05％的Ti、质量百分比含量为0.1％的Zn、质量百分比含量为0.05％的RE、及余量的Al。
表一对比例一及实施例一至三的铝合金的性能测试结果
| 抗拉强度/MPa | 延伸率/％ | |
| 对比例一 | 276 | 11.45 |
| 实施例一 | 295 | 12.88 |
| 实施例二 | 310 | 15.69 |
| 实施例三 | 320 | 12.43 |
为简化表述，对比例及实施例未示出杂质等微量元素的含量。
实施例一至三的铝合金的抗拉强度显著大于对比例一的铝合金的抗拉强度，且实施例一至三的铝合金的延伸率也较佳。表明：实施例一至三的铝合金高强高韧。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书的内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种免热处理铝合金，其特征在于：所述免热处理铝合金含有质量百分比含量为7～12％的Si、质量百分比含量为0～0.6％的Fe、质量百分比含量为0.1～0.8％的Mn、质量百分比含量为0.01～1％的Co、质量百分比含量为0～0.2％的Cr、及质量百分比含量为85.6～87.89％的Al。
2.根据权利要求1所述的免热处理铝合金，其特征在于：满足以下条件的至少一种：
Si的质量百分比含量为8～11％；
Fe的质量百分比含量为0.05～0.5％；
Mn的质量百分比含量为0.2～0.6％；
Co的质量百分比含量为0.05～0.8％；
Cr的质量百分比含量为0.05～0.1％。
3.根据权利要求1所述的免热处理铝合金，其特征在于：满足以下条件的至少一种：
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.2％的Mg；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.2％的Cu；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.005～0.5％的Sr；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.01～0.08％的RE；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.01～0.05％的Zr；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0.05～0.1％的Zn；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的Ti；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.05％的Ni；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.05％的Sn；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的B；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的Mo；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为0～0.1％的V；
所述免热处理铝合金还包括质量百分比含量为不大于0.15％的杂质，其中，单种杂质的质量百分比含量小于0.05％。
4.一种免热处理铝合金的制备方法，包括以下步骤：
提供Al、Si、Fe、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、及Al-Co中间合金；
对Al进行加热处理，获得铝液；
于740～780℃的温度下，向所述铝液中加入Si、及Fe，得到第一混合液；
于730～760℃的温度下，向所述第一混合液中加入Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、及Al-Co中间合金，得到第二混合液；及
对所述第二混合液进行精炼处理和成型处理、及热处理，得到所述免热处理铝合金，其中，所述免热处理铝合金含有质量百分比含量为7～12％的Si、质量百分比含量为0～0.6％的Fe、质量百分比含量为0.1～0.8％的Mn、质量百分比含量为0.01～1％的Co、质量百分比含量为0～0.2％的Cr、及质量百分比含量为85.6～87.89％的Al。
5.根据权利要求4所述的免热处理铝合金的制备方法，其特征在于：满足以下条件的至少一种：
Si的质量百分比含量为8～11％；
Fe的质量百分比含量为0.05～0.5％；
Mn的质量百分比含量为0.2～0.6％；
Co的质量百分比含量为0.05～0.8％；
Cr的质量百分比含量为0.05～0.1％。
6.根据权利要求4所述的免热处理铝合金的制备方法，其特征在于：还包括以下步骤：
提供助剂，所述助剂为Mg、Cu、Sr、RE、Zr、Zn、Ti、Ni、Sn、B、Mo、及V中的至少一种；及
于730～760℃的温度下，向所述第一混合液中加入所述助剂，得到所述第二混合液。
7.根据权利要求6所述的免热处理铝合金的制备方法，其特征在于：满足以下条件的至少一种：
Mg的质量百分比含量为0～0.2％；
Cu的质量百分比含量为0～0.2％；
Sr的质量百分比含量为0.005～0.5％；
RE的质量百分比含量为0.01～0.08％；
Zr的质量百分比含量为0.01～0.05％；
Zn的质量百分比含量为0.05～0.1％；
Ti的质量百分比含量为0～0.1％；
Ni的质量百分比含量为0～0.05％；
Sn的质量百分比含量为0～0.05％；
B的质量百分比含量为0～0.1％；
Mo的质量百分比含量为0～0.1％；
V的质量百分比含量为0～0.1％。
8.根据权利要求4所述的免热处理铝合金的制备方法，其特征在于：所述精炼处理包括以下步骤：
调节所述第二混合液的温度为710～730℃，向所述第二混合液喷吹入惰性气体和精炼剂，保温10～20min。
9.根据权利要求8所述的免热处理铝合金的制备方法，其特征在于：满足以下条件的至少一种：
所述精炼剂包括以下重量份的原料：KF 60～70份、NaC1 50～60份、LiCl 40～60份、冰晶石20～25份、AIF3 10～25份、CaF2 10～15份、轻质碳酸钙5～10份、石墨粉15～20份、滑石粉10～20份、MgCI2 20～30份、稀土酸盐10～30份；
所述惰性气体为氩气和氮气中的至少一种，所述气体纯度>99.99％。
10.根据权利要求4所述的免热处理铝合金的制备方法，其特征在于：对所述第二混合液进行精炼处理后，及对所述第二混合液进行成型处理前，所述免热处理铝合金的制备方法还包括以下步骤：
测量所述精炼处理后的第二混合液的组分及含量；及
根据测得的组分及含量，进行补料或冲淡处理，以使所述精炼处理后的第二混合液的组分及含量达标，其中，所述精炼处理后的第二混合液的组分及含量的标准为：Si的质量百分比含量为7～12％、Fe的质量百分比含量为0～0.6％、Mn的质量百分比含量为0.1～0.8％、Co的质量百分比含量为0.01～1％、Cr的质量百分比含量为0～0.2％、及铝的质量百分比含量为85.6～87.89％。
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