CN115896514B - 一种铝合金铸件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金铸件的制备方法，该方法以AlSi7Mg0.3合金原生铝锭及再生铝为母合金，加热熔化后采用高纯氩气精炼，加入占母合金重量百分含量为0.3‑0.5%的Al‑5Sr‑2.5Ti‑0.25B‑0.25C中间合金并充分搅拌后静置，扒除表面浮渣，利用差压补缩凝固方法制备出无缺陷且组织均匀细小的AlSi7Mg0.3铝合金铸件，再经过固溶和人工时效热处理获得高拉伸性能的AlSi7Mg0.3铝合金铸件。由此，本发明解决了生产过程中碳排放高、能耗高、生产效率低、模具使用寿命短以及AlSi7Mg0.3延伸率低的问题。

Description

一种铝合金铸件的制备方法

技术领域

本发明属于铝合金铸造技术领域，具体涉及一种铝合金铸件的制备方法。

背景技术

AlSi7Mg0.3铝合金是一种典型的铸造铝合金。因其具有良好的铸造性能、机械性能、可切削加工性能、散热性能、和耐腐蚀性能等特点，被广泛应用于汽车、船舶、航空、航天等领域。尤其被用于汽车底盘零部件，如转向节、控制臂、车轮等，以实现汽车轻量化进而减少碳排放。随着汽车轻量化的需求提高以及碳排放控制要求，在应用最高可达100%再生铝的条件下，对零部件的使用性能提出了更高的要求。由于AlSi7Mg0.3铝合金实际铸造凝固过程中，无法避免出现局部初晶粗大组织、共晶硅偏析、缩松缩孔和夹渣等缺陷，造成AlSi7Mg0.3铝合金拉伸性能下降，尤其是延伸率的下降。因此，采用常规工艺已无法挖掘出AlSi7Mg0.3铝合金更高的拉伸性能，难于满足零件更高性能的要求。

为了提高该合金的拉伸性能，常常采用铝锶中间合金进行变质处、铝钛硼中间合金进行细化和固溶时效热处理，如专利CN104313411B公开了一种能提高A356铝合金力学性能的工艺方法，通过添加经砂型工艺处理的铝锶中间合金进行细化变质处理，改善了A356铝合金的组织，显著提高了其性能，抗拉强度可达242MPa，延伸率可达6.6%。专利CN108588513A公开了一种改性A356铝合金及其多次时效热处理方法，通过添加微量Zr和Sr元素对熔体进行细化晶粒处理和变质处理，再进行固溶处理和多次时效的T6热处理下制备出高性能A356铝合金，抗拉强度可达319MPa、延伸率可达12%。此外，通过La、Ce、Y等稀土元素来提高该合金力学性能的公开文献很多，但是稀土元素相对较贵，使用过程中会大大增加合金材料成本，因此，在生产上难于大量使用。

虽然上述方法能够改善AlSi7Mg0.3铝合金拉伸性能，但改善程度仍未达到要求。仅仅通过合金化很难满足工业生产对AlSi7Mg0.3铝合金的拉伸性能的要求，综合利用材料和工艺改性来实现AlSi7Mg0.3铝合金性能提升，才能适应低成本工业生产以及对零件更高性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种铝合金铸件的制备方法，通过高比例再生铝熔体精炼除气、细化变质、低温近液相线浇铸、差压补缩凝固和固溶时效强化等多种技术相结合，获得高拉伸性能AlSi7Mg0.3铝合金铸件，解决生产过程中碳排放高、能耗高、生产效率低、模具使用寿命短以及AlSi7Mg0.3延伸率低的问题。

根据本发明的目的，提供一种铝合金铸件的制备方法，包括以下步骤：

（1）将AlSi7Mg0.3合金原生铝锭及再生铝为母合金，加热熔化，熔化温度740-760℃；

（2）步骤（1）完成后精炼10-20分钟；

（3）步骤（2）完成后进行合金化，加入占母合金重量百分含量为0.3-0.5%的Al-5Sr-2.5Ti-0.25B-0.25C中间合金并充分搅拌5-10分钟；

（4）将步骤（3）处理后的熔体，静置30-60分钟，扒除表面浮渣，降至620-640℃近液相温度；

（5）将步骤（4）中的熔体以差压补缩凝固方法进行处理，得到铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件；

（6）将步骤（5）中得到的所述铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件进行固溶和人工时效。

按照本发明的一种实施方式，适宜的是，所述步骤（6）得到的AlSi7Mg0.3铝合金铸件的屈服强度为280-290MPa，抗拉强度为340-350MPa，延伸率11.2-16.9%。

按照本发明的一种实施方式，适宜的是，所述步骤（1）中的所述母合金中，所述再生铝重量百分比最高为100%。

按照本发明的一种实施方式，适宜的是，所述再生铝包括工厂内部废料和社会回收铝，二者比例可根据需要任意搭配。

按照本发明的一种实施方式，优选的，所述母合金中原生铝锭及再生铝的比例为1∶1，所述再生铝中工厂内部废料及社会回收铝的比例为1∶1。

按照本发明的一种实施方式，优选的，所述母合金中原生铝锭及再生铝的比例为1∶4，所述再生铝中工厂内部废料及社会回收铝的比例为1∶4。

按照本发明的一种实施方式，优选的，当再生铝重量百分比为100%时，意味着母合金中不包含原生铝锭，即所述母合金中全部为再生铝。更为优选的，所述再生铝全部为社会回收铝。

按照本发明的一种实施方式，可选的，所述再生铝可以全部为社会回收铝。

按照本发明的一种实施方式，适宜的是，所述步骤（1）中加热熔化的方式可以采用在坩埚电阻炉中熔化。

有益的是，上述步骤（1）中，采用AlSi7Mg0.3原生铝锭及再生铝作为母合金生产铸件，是为了控制和降低生产过程中的碳排放。加热熔化过程的熔化温度为740-760℃，是为了能够保证快速熔化和减少高温氧化烧损。

按照本发明的一种实施方式，适宜的是，所述步骤（2）中，所述精炼所用气体为氩气。

有益的是，精炼时采用高纯氩气除气10-20分钟，基于高纯氩气比高纯氮气密度大、惰性强，因此除气除渣效果好，能够使熔体纯净度更高，精炼时间控制在10-20分钟是为了能够充分的除去熔体中的氢和夹杂物，以获得高的熔体密度。

按照本发明的一种实施方式，适宜的是，所述步骤（5）中，所述差压补缩凝固方法参数为：充型压力为100-450毫巴，时间为3-20秒，保压压力为2200-2650毫巴，时间为50-200秒，卸载压力后冷却50-100秒。

按照本发明的一种实施方式，优选的，所述充型压力为400毫巴，时间为15秒，保压压力为2400毫巴，时间为100秒，卸载压力后冷却80秒。

按照本发明的一种实施方式，优选的，所述充型压力为400毫巴，时间为15秒，保压压力为2600毫巴，时间为200秒，卸载压力后冷却50秒。

有益的是，将步骤（4）所获得的熔体应用所述差压补缩凝固方法，能够获得无缺陷高致密度的铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件。

按照本发明的一种实施方式，适宜的是，所述步骤（6）中，所述固溶和人工时效的参数为：固溶温度为535-545℃，固溶时间为280-360分钟，人工时效温度为170-185℃，时效时间为150-350分钟。

有益的是，对铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件采用固溶和人工时效，能够进一步提高铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件的拉伸性能。

此外，有益的是，上述步骤（3）中，加入占母合金重量百分含量为0.3-0.5%的Al-5Sr-2.5Ti-0.25B-0.25C中间合金，一是能够获得有效的细化和变质效果；二是采用这种复合细化变质剂比常用的分别添加一定量的Al-10Sr和Al-5Ti-1B两种中间合金添加方式更易于操作；三是采用这种相对低Sr、低Ti、低B和低C的复合细化变质剂，能够减少变质元素Sr的吸气和烧损，同时降低因细化剂粒子团聚下沉造成的细化能力变差。搅拌5-10分钟是为了能够使中间合金迅速均匀的溶解到熔体内部。

此外，有益的是，上述步骤（4）中，将步骤（3）处理后的熔体静置30-60分钟，能够使熔体内部微小夹杂物上浮和下沉。扒除表面浮渣可以有效避免浮渣在铸造过程中进入铸件内部，从而造成性能下降。将熔体温度降至620-640℃近液相温度开始铸造，一是能够降低能耗和熔体的氧化烧损；二是能够减少高温熔体对模具的热侵蚀，提高模具热疲劳循环能力，从而提高模具热加工过程中的使用寿命；三是减少熔体过热度以减少合金凝固时间，从而提高生产效率；四是减少凝固过程中的体收缩，降低形成缩松或缩孔的倾向性。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

（1）采用原生铝锭及再生铝作为母合金生产铸件，特别是采用高比例再生铝，可有效降低碳排放；

（2）采用复合细化变质剂，保证细化变质效果的前提下易于操作，减少变质元素Sr的吸气和烧损，同时降低因细化剂粒子团聚下沉造成的细化能力变差；

（3）低温近液相温度铸造能够降低能耗，提高模具使用寿命和生产效率；

（4）采用差压补缩凝固方法，能够获得无缺陷高致密度的铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件；

（5）本发明的制备方法能够提高AlSi7Mg0.3铝合金铸件拉伸性能，通过该方法制备的AlSi7Mg0.3铝合金铸件的屈服强度为280-290MPa，抗拉强度为340-350MPa，延伸率11.2-16.9%。

具体实施方式

下文的描述用于阐释本发明的技术方案，以便本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明精神和范围的其他技术方案。同时，值得注意的是，文中结合某一实施例描述的特征或特性并不一定限于该特定的实施方式，也不表示与其他实施方式互斥，在本领域技术人员的能力范围内，可以考虑实现不同实施例中各个特征的不同组合方式。

除非另有限定，否则本文中使用的所有用语（包括技术用语和科学用语），均具有与本领域普通技术人员通常理解相同的含义，并可依据它们在相关技术描述上下文中的语境作具体解释。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，且本发明的内容不限于下述实施例。

实施例1：本实施例的一种铝合金铸件的制备方法包括如下步骤：

（1）以AlSi7Mg0.3合金原生铝锭及再生铝为母合金，在坩埚电阻炉中熔化，熔化温度740-760℃，其中所述母合金中原生铝锭及再生铝的比例为1∶1，再生铝由工厂内部废料和社会回收铝两部分组成，二者比例为1∶1；

（2）步骤（1）完成后用高纯氩气精炼18分钟；

（3）步骤（2）完成后进行合金化，加入占母合金重量百分含量为0.4%的Al-5Sr-2.5Ti-0.25B-0.25C中间合金并充分搅拌8分钟；

（4）将步骤（3）处理后的熔体，静置60分钟，扒除表面浮渣，降至630℃近液相温度；

（5）将步骤（4）中的熔体利用差压补缩凝固方法进行处理，其参数为：充型压力设定为400毫巴，时间为15秒；保压压力设定为2400毫巴，时间为100秒；卸载压力后冷却80秒，获得AlSi7Mg0.3铝合金铸件；

（6）将步骤（5）中得到的铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件进行固溶和人工时效，固溶温度为540℃，固溶时间为360分钟，人工时效温度为170℃，时效时间为350分钟。获得的高拉伸性能的AlSi7Mg0.3铝合金铸件，拉伸性能检测依据ISO6892-1：2016标准执行，5个试样拉伸性能平均值为：屈服强度286MPa，抗拉强度349MPa，延伸率16.9%。

实施例2：本实施例的一种铝合金铸件的制备方法包括如下步骤：

（1）以AlSi7Mg0.3合金原生铝锭及再生铝为母合金，在坩埚电阻炉中熔化，熔化温度740-760℃，其中所述母合金中原生铝锭及再生铝的比例为1∶4，再生铝由工厂内部废料和社会回收铝两部分组成，二者比例为1∶4；

（2）步骤（1）完成后用高纯氩气精炼18分钟；

（3）步骤（2）完成后进行合金化，加入占母合金重量百分含量为0.4%的Al-5Sr-2.5Ti-0.25B-0.25C中间合金并充分搅拌8分钟；

（4）将步骤（3）处理后的熔体，静置60分钟，扒除表面浮渣，降至630℃近液相温度；

（5）将步骤（4）中的熔体利用差压补缩凝固方法进行处理，其参数为：充型压力设定为400毫巴，时间为15秒；保压压力设定为2400毫巴，时间为100秒；卸载压力后冷却80秒，获得AlSi7Mg0.3铝合金铸件；

（6）将步骤（5）中得到的铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件进行固溶和人工时效，固溶温度为540℃，固溶时间为360分钟，人工时效温度为170℃，时效时间为350分钟。获得的高拉伸性能的AlSi7Mg0.3铝合金铸件，拉伸性能检测依据ISO6892-1：2016标准执行，5个试样拉伸性能平均值为：屈服强度287MPa，抗拉强度344MPa，延伸率13.6%。

实施例3：本实施例的一种铝合金铸件的制备方法包括如下步骤：

（1）以AlSi7Mg0.3合金原生铝锭及再生铝为母合金，在坩埚电阻炉中熔化，熔化温度740-760℃，其中所述母合金中不含原生铝锭，全部为再生铝且为社会回收铝。

（2）步骤（1）完成后用高纯氩气精炼18分钟；

（3）步骤（2）完成后进行合金化，加入占母合金重量百分含量为0.4%的Al-5Sr-2.5Ti-0.25B-0.25C中间合金并充分搅拌8分钟；

（4）将步骤（3）处理后的熔体，静置60分钟，扒除表面浮渣，降至630℃近液相温度；

（5）将步骤（4）中的熔体利用差压补缩凝固方法进行处理，其参数为：充型压力设定为400毫巴，时间为15秒；保压压力设定为2600毫巴，时间为200秒；卸载压力后冷却50秒，获得AlSi7Mg0.3铝合金铸件；

（6）将步骤（5）中得到的铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件进行固溶和人工时效，固溶温度为540℃，固溶时间为360分钟，人工时效温度为170℃，时效时间为350分钟。获得的高拉伸性能的AlSi7Mg0.3铝合金铸件，拉伸性能检测依据ISO6892-1：2016标准执行，5个试样拉伸性能平均值为：屈服强度284MPa，抗拉强度340MPa，延伸率11.2%。

通过上述实施例，AlSi7Mg0.3铝合金铸件拉伸性能为：屈服强度280-290MPa，抗拉强度为340-350MPa，延伸率11.2-16.9%。在保持高屈服强度的同时，最大抗拉强度为349MPa，最大延伸率为16.9%。

本发明提供一种铝合金铸件的制备方法，该方法以AlSi7Mg0.3合金原生铝锭及再生铝为母合金，加热熔化后，采用高纯氩气精炼，然后加入Al-5Sr-2.5Ti-0.25B-0.25C中间合金并充分搅拌后静置，扒除表面浮渣，利用差压补缩凝固方法制备出无缺陷且组织均匀细小的AlSi7Mg0.3铝合金铸件，再经过固溶和人工时效热处理获得高拉伸性能的AlSi7Mg0.3铝合金铸件，基于此，本发明能够解决生产过程中碳排放高、能耗高、生产效率低、模具使用寿命短以及AlSi7Mg0.3延伸率低的问题。

以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明，并非用以限定本发明的保护范围。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述组分及方法特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。

Claims (10)

1.一种铝合金铸件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将AlSi7Mg0.3合金原生铝锭及再生铝为母合金，加热熔化，熔化温度740-760℃；

（2）步骤（1）完成后精炼10-20分钟；

（3）步骤（2）完成后进行合金化，加入占母合金重量百分含量为0.3-0.5%的Al-5Sr-2.5Ti-0.25B-0.25C中间合金并充分搅拌5-10分钟；

（4）将步骤（3）处理后的熔体，静置30-60分钟，扒除表面浮渣，降至620-640℃近液相温度；

（5）将步骤（4）中的熔体以差压补缩凝固方法进行处理，得到铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件；

（6）将步骤（5）中得到的所述铸态AlSi7Mg0.3铝合金铸件进行固溶和人工时效；

所述步骤（5）中，所述差压补缩凝固方法参数为：充型压力为100-450毫巴，时间为3-20秒，保压压力为2200-2650毫巴，时间为50-200秒，卸载压力后冷却50-100秒；

所述步骤（6）中，所述固溶和人工时效的参数为：固溶温度为535-545℃，固溶时间为280-360分钟，人工时效温度为170-185℃，时效时间为150-350分钟。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）得到的AlSi7Mg0.3铝合金铸件的屈服强度为280-290MPa，抗拉强度为340-350MPa，延伸率11.2-16.9%。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的所述母合金中，所述再生铝重量百分比最高为100%。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述再生铝包括工厂内部废料和社会回收铝。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述母合金中原生铝锭及再生铝的比例为1∶1，所述再生铝中工厂内部废料及社会回收铝的比例为1∶1。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述母合金中原生铝锭及再生铝的比例为1∶4，所述再生铝中工厂内部废料及社会回收铝的比例为1∶4。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述母合金中全部为再生铝且为社会回收铝。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述精炼所用气体为氩气。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述充型压力为400毫巴，时间为15秒，保压压力为2400毫巴，时间为100秒，卸载压力后冷却80秒。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述充型压力为400毫巴，时间为15秒，保压压力为2600毫巴，时间为200秒，卸载压力后冷却50秒。