CN115896556A - 一种铝合金及铝合金结构件 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种铝合金，以质量百分含量计，包括如下组分：Si的含量为8％～11％，Cr的含量为0.01％～0.4％，P的含量为0.001％～0.01％，Sr的含量为0.001％～0.05％，Fe的含量＜0.12％，Mn的含量＜0.005％，Al的含量为87.515％～91.988％。本申请通过严格控制Mn、Fe的含量，并含有特定量的Si、Cr、P、Sr元素，能够得到具有超高延伸率，且能够同时保持良好的压铸性的铝合金。该铝合金无需经过热处理，即可具有超高延伸率，可适用于各种对延伸率有较高要求的结构件。

Description

一种铝合金及铝合金结构件

技术领域

本发明涉及合金领域，具体涉及一种铝合金及铝合金结构件。

背景技术

铝合金具有良好的综合性能，其密度小、强度高、导电导热性好、加工简单等优点较好地满足了产品结构及散热要求，因此被广泛应用于汽车、电子及通讯等领域。

随着新能源汽车行业的兴起，汽车行业面临轻量化的压力越来越大。轻量化对降本的迫切需求，让一体式压铸成为现实，采用压铸成型工艺可以使原来多个零件直接变成一个零件，生产周期短，更适合量产。

目前，汽车结构件压铸铝合金应用最广泛的是Silafont-36铝合金，行业内称为AlSi10MnMg铝合金(美国牌号A365)；该款合金材料制作的压铸件需要经过T6或T7热处理提升延伸率后才能够满足使用要求，但压铸件经高温热处理会造成压铸件尺寸发生变化，尤其对于大型压铸件更严重，因此大型压铸件应避免进行高温热处理，目前市场上成熟的AlSi10MnMg铝合金已无法满足性能需求。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的目的在于提出一种铝合金及铝合金结构件。

在本申请的一个方面，本申请提供了一种铝合金，以质量百分含量计，包括如下组分：Si的含量为8％～11％，Cr的含量为0.01％～0.4％，P的含量为0.001％～0.01％，Sr的含量为0.001％～0.05％，Fe的含量＜0.12％，Mn的含量＜0.005％，Al的含量为87.515％～91.988％。

在本申请的又一方面，本申请提供一种铝合金结构件，所述铝合金结构件的至少一部分是由上述的铝合金形成的。

传统压铸铝合金为了防止铝合金压铸粘模，一般都会添加一定量的Fe元素或Mn元素来改善粘模。然而，Fe元素和Mn元素会形成针状相或大尺寸沉淀相严重损害铝合金的延伸率。而本申请为了获得超高延伸率，采用的技术方案是严格控制Mn元素以及Fe元素的含量，使得铝合金在压铸状态下就能获得到高延伸率，从而使得大型压铸件无需经热处理，就可以满足使用要求。然而压铸过程中，Mn、Fe元素的含量被严格控制，高温熔融的铝合金在高压下与模具钢接触时，容易产生反应生成单斜晶体结构的β-Fe相(Al5FeSi)，β-Fe相为针状形貌，不断长大后易与铝液粘在一起造成粘模。为进一步解决严格Mn、Fe元素的含量带来的粘膜问题，本申请铝合金含有一定量的Cr元素，能够形成四方晶体结构的α-Fe相(Al-Cr-Fe-Si)，可以抑制β-Fe相的形成来改善粘模，其中α-Fe相为多面体结构，不易造成粘模。另外，本申请铝合金中含有一定量的Sr和P元素能够进一步提高延伸率。由此，本申请通过严格控制Mn、Fe的含量，并含有特定量的Si、Cr、P、Sr元素，能够得到具有超高延伸率，且能够同时保持良好的压铸性的铝合金。该铝合金无需经过热处理，即可具有超高延伸率，可适用于各种对延伸率有较高要求的结构件。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式。下面描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本申请的一个方面，本申请提供了一种铝合金，以质量百分含量计，包括如下组分：Si的含量为8％～11％，Cr的含量为0.01％～0.4％，P的含量为0.001％～0.01％，Sr的含量为0.001％～0.05％，Fe的含量＜0.12％，Mn的含量＜0.005％，Al的含量为87.515％～91.988％。

传统压铸铝合金为了防止铝合金压铸粘模，一般都会添加一定量的Fe元素或Mn元素来改善粘模。然而，Fe元素和Mn元素会形成针状相或大尺寸沉淀相严重损害铝合金的延伸率。而本申请为了获得超高延伸率，采用的技术方案是严格控制Mn元素以及Fe元素的含量，使得铝合金在压铸状态下就能获得到高延伸率，从而使得大型压铸件无需经热处理，就可以满足使用要求。然而压铸过程中，Mn、Fe元素的含量被严格控制，高温熔融的铝合金在高压下与模具钢接触时，容易产生反应生成单斜晶体结构的β-Fe相(Al5FeSi)，β-Fe相为针状形貌，不断长大后易与铝液粘在一起造成粘模。为进一步解决严格Mn、Fe元素的含量带来的粘膜问题，本申请铝合金含有一定量的Cr元素，能够形成四方晶体结构的α-Fe相(Al-Cr-Fe-Si)，可以抑制β-Fe相的形成来改善粘模，其中α-Fe相为多面体结构，不易造成粘模。本申请的发明人发现Cr元素对粘模的改善明显优于Mn元素，添加0.3％Cr元素与添加0.6％Mn对改善粘模的效果相近，但添加过多的Cr元素也会形成大尺寸沉淀相，从而对损害延伸率。本申请的发明人经大量研究发现：本方案铝合金中的Cr含量控制在0.05％～0.4％范围内能够改善粘膜问题，同时不影响铝合金的延伸率性能，根据本申请的一些实施方式，所述铝合金中Cr的含量为0.1％～0.3％。

本申请铝合金中，P的含量为0.001％～0.01％，Sr的含量为0.001％～0.05％，Sr可变质共晶硅，使其由针状或板条状组织变成絮状组织以提高铝合金延伸率，P可抑制块状初晶硅的形成，减少铝合金基体中初晶硅的含量以进一步提高延伸率，本申请铝合金同时含有Sr和P元素，可进一步提高延伸率。本申请铝合金中，P的含量可以为0.001％、0.003％、0.005％、0.008％、0.01％等，Sr的含量可以为0.001％、0.005％、0.01％、0.03％、0.05％等。根据本申请的一些实施方式，所述铝合金中Sr的含量为0.01％～0.04％。

根据本申请的一些实施方式，所述铝合金中Sr的含量大于P的含量，且Sr的含量与P的含量的比值≥6。由于铝合金中P可能会与Sr形成化合物，不利于Sr对共晶硅的变质，本申请的发明人经大量研究发现，Sr含量与P含量的比值大于6，能够获得更好的延伸率。

本申请铝合金中，Si的含量为8％～11％，如8％、9％、10％、11％。根据本申请的一些实施方式，Si的含量为9％～10.5％。

根据本申请的一些实施方式，所述铝合金中还含有Ti，Ti的含量为0.05％～0.2％。所述铝合金中含有0.05％～0.2％的Ti，能够细化晶粒组织，进一步提升铝合金的强度。

根据本申请的一些实施方式，本申请铝合金还含有Mo和/或Zr，其中Mo的含量为0.001％～0.3％，Zr的含量为0.001％～0.3％，具体地，Mo的含量可以为0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％等，Zr的含量可以为0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％等。所述铝合金中含有Mo和/或Zr元素能够进一步提升强度且不显著影响延伸率。根据本申请的一些实施方式，铝合金中Mo的含量为0.05％～0.15％，Zr的含量为0.05％～0.15％时，铝合金的综合性能更佳。

根据本申请的一些实施方式，所述铝合金中Cu的含量＜0.05％、Zn的含量＜0.05％。由于Cu、Zn与Al的电位差较大，在局部易形成电化学腐蚀，Cu和Zn虽可以提升铝合金的强度，但会损害耐腐蚀性能，本申请铝合金严格控制Cu和Zn元素的含量，能够使得铝合金具有优良的耐腐蚀性。

根据本申请的一些实施方式，所述铝合金中Mg的含量＜0.1％，虽然Mg元素能够显著提升铝合金的强度，但对延伸率损害严重，为获得高延伸率的铝合金，本申请铝合金要避免含有Mg元素。

根据本申请的一些实施方式，所述铝合金满足以下条件：屈服强度≥120MPa，抗拉强度≥260MPa，延伸率≥14％。所述铝合金具有一定的强度和超高的延伸率，且能够同时保持良好的压铸性。

根据本申请的一些实施方式，所述铝合金的屈服强度为140-180MPa，抗拉强度为260～320MPa，延伸率为15-18％。

在本申请的又一方面，本申请提供一种铝合金结构件，所述铝合金结构件的至少一部分是由上述的铝合金形成的。该铝合金结构件可应用于各种对延伸率有较高要求的大型汽车结构件及其他场景，例如：减震塔、电池托盘、汽车后地板骨架等等。

下面详细描述本发明的实施例及对比例。

按照表1实施例及对比例所示的铝合金组成，配制含有各种元素的单质和合金原料；根据各实施例及对比例的铝合金成分的质量含量计算所需的各种中间合金或金属单质的质量，然后将各种中间合金或金属单质加入熔炼炉进行熔炼，并搅拌均匀得到铝合金液，检测并调整各元素成分含量直至达到要求的范围，再加入除渣剂除渣，精炼剂精炼除气，完成后扒渣静置，然后降温浇铸成锭。待铸锭冷却后进行压铸成型，脱模后可得到压铸铝合金。

表1

性能测试：

力学性能：制备直径为6.4mm的标准拉伸试棒，试棒通过真空高压压铸方式制备，真空度为20mbar，压铸温度690℃，压射速度为1.9m/s。拉伸测试采用单轴准静态拉伸测试，引伸计跨距为50mm，测试位移速率为2mm/min，由此测得屈服强度、抗拉强度和延伸率。

抗粘模性：观察铝合金经压铸成型后，脱模时是否出现粘在模具上难以取下的现象：脱模时，铝合金未出现粘在模具上难以取下的现象，可判断该铝合金的粘膜性为优；脱模时，铝合金偶尔出现粘在模具上难以取下的现象，可判断该铝合金的粘膜性为良；脱模时，铝合金经常出现粘在模具上难以取下的现象，可判断该铝合金的粘膜性为差。

流动性：采用螺旋状(蚊香)试样评估铝合金的流动性，测量螺旋状试样流动的长度，并将其与常见材料ADC12流动的长度的比值F作为材料流动性的评估，当F＞90％时，材料的流动性为优；当80％≤F≤90％时，流动性为良；当60％≤F＜80％时，流动性为中；当F＜60％时，流动性为差。

耐蚀性：中性盐雾测试，中性盐雾浓度为5±1％，温度为室温35±2℃，耐中性盐雾试验480小时以上为优，耐中性盐雾480小时以下为良。

测试结果如表2：

表2

从表2的测试结果可以看出，本发明提供铝合金在压铸状态下就能获得到高延伸率，无需经热处理，就可以满足使用要求，且该铝合金具有良好强度和抗粘膜性。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，包括如下组分：

Si的含量为8％～11％，

Cr的含量为0.01％～0.4％，

P的含量为0.001％～0.01％，

Sr的含量为0.001％～0.05％，

Fe的含量＜0.12％，

Mn的含量＜0.005％，

Al的含量为87.515％～91.988％。

2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金中Sr的含量与P的含量的比值≥6。

3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金中Si的含量为9％～10.5％。

4.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金中Cr的含量为0.1％～0.3％。

5.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金中Sr的含量为0.01％～0.04％。

6.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金还含有Ti，Ti的含量为0.05％～0.2％。

7.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金还含有Mo，Mo的含量为0.001％～0.3％。

8.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金还含有Zr，Zr的含量为0.001％～0.3％。

9.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金中Cu的含量＜0.05％，Zn的含量＜0.05％，Mg的含量＜0.1％。

10.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金满足以下条件：屈服强度≥120MPa，抗拉强度≥260MPa，延伸率≥14％。

11.一种铝合金结构件，其特征在于，所述铝合金结构件的至少一部分是由权利要求1～10任一项所述的铝合金形成的。