CN117248141A - 一种高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金及其制造方法，配方，包括以下组分及各组分的重量百分比：6‑10wt％的Si、0.05‑0.6wt％的Mg、0.01‑2.0wt％的Cu、0.1‑0.25wt％的Fe、0.4‑0.8wt％的Mn、0.01‑0.5wt％的Zn、0.02‑0.14wt％的Ti、0.001‑0.05wt％的Sr、0.001‑0.5wt％的Er/Eu；不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；以及余量的Al。本发明和现有铸态高韧性铝硅系压铸铝合金250MPa抗拉强度相比，实现10%以上高韧性的同时铸态抗拉强度可突破300MPa，用于大型、超大型压铸铝合金构件的轻量化和低成本环保化制造；在实现10%以上高韧性的同时T6热处理态抗拉强度可突破420MPa，用于中小型压铸铝合金构件的轻量化和低成本环保化制造，在汽车交通等重点领域结构件全链条轻量化上广泛应用，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及金属铸造技术领域，具体涉及一种高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金及其制造方法。
背景技术
铝合金具有密度小、比强度高、导热性好、耐腐蚀、易加工成型、可回收利用等优点，已成功应用于汽车交通、航空航天、通信电子、机械装备、建筑等领域。压铸作为一种大批量、高效率的制造工艺，特别适宜于汽车的大批量与高效率制造。当下，轻质铝硅系的压铸铝合金因其流动性好，成为应用最广泛的压铸铝合金，并在汽车轻量化中发挥越来越重要的作用。由于压铸铝合金的汽车部件多采用铆接工艺链接，对压铸铝合金本身的韧性提出了较高的要求。高强高韧的铝硅系压铸铝合金，逐渐成为汽车轻量化的关键材料。
近年来，随着一体压铸成型等革新性汽车制造技术的出现，压铸铝合金汽车部件正朝着米级以上尺寸的超级大型化、整体化的方向发展，逐步涌现出后底板、前机舱等超大型的压铸铝合金汽车部件，将原来几十至几百个部件大幅缩减为少数几个超大型部件，并带来整体刚度的提升和整体轻量化效果。
由于T6热处理过程中变形量大且难以控制，导致超大型压铸铝合金部件难以进行T6热处理强化。当前，大型、超大型铝硅系压铸铝合金部件多在铸态条件下服役使用，在实现10%以上高韧性的同时，铸态屈服强度只有约120MPa、铸态抗拉强度只有约250MPa，存在铸态强度低的瓶颈问题。
目前，为了解决上述的问题，价格较昂贵的V、Zr、Mo等单一性细晶强化元素被用来加强铸态铝硅系压铸铝合金中α-Al基体相的细晶强化效果，但是，存在原材料成本高、加强效果单一的问题。因此，现在迫切需要开发低成本环保型且铸态高强高韧的压铸铝合金。
此外，对于可T6热处理强化的中小型铝硅系压铸铝合金汽车部件，在实现10%以上高韧性的同时，T6热处理态抗拉强度很难超过350MPa，和目前车用高强挤压变形铝合金型材400MPa以上的抗拉强度相比，依然存在T6热处理态强度低的瓶颈问题。
综上所述，开发针对大型、超大型压铸铝合金汽车部件轻量化的低成本环保型铸态高强高韧铝硅系压铸铝合金及其制造方法，以及针对中小型压铸铝合金汽车部件轻量化的低成本环保型T6热处理态高强高韧铝硅系压铸铝合金及其制造方法，势在必行。
发明内容
本发明的目的是克服现有的铝硅系高压压铸铝合金制造过程中存在的问题。本发明的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金及其制造方法，不同于目前采用的V、Zr、Mo等单一性α-Al相细晶强化加强元素，本发明采用成本更低的Er和Eu元素来突破α-Al相细晶强化、共晶Si相变质强化和韧化复合加强的综合强韧化提升效果，其中，Er和Eu成本分别约为V、Zr和Mo的7.4%、73.9和65.8%，并采用适量的Cu达成进一步强化，以及适量的Zn提升耐蚀性，该合金不仅具有较好的流动性、可铸性、耐蚀性，还表现出优异的铸态和热处理态强韧性，和现有铸态高韧性铝硅系压铸铝合金250MPa抗拉强度相比，实现10%以上高韧性的同时铸态抗拉强度可突破300MPa，用于大型、超大型压铸铝合金构件的轻量化和低成本环保化制造；在实现10%以上高韧性的同时T6热处理态抗拉强度可突破420MPa，用于中小型压铸铝合金构件的轻量化和低成本环保化制造，在汽车交通等重点领域结构件全链条轻量化上广泛应用，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，包括以下组分及各组分的重量百分比：
6-10wt％的Si、0.05-0.6wt％的Mg、0.01-2.0wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.4-0.8wt％的Mn、0.01-0.5wt％的Zn、0.02-0.14wt％的Ti、0.001-0.05wt％的Sr、0.001-0.5wt％的Er/ Eu；
不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；
以及余量的Al。
优选的，适用于铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，包括以下组分及各组分的重量百分比：
7-9wt％的Si、0.05-0.5wt％的Mg、0.01-1.0wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.5-0.65wt％的Mn、0.01-0.3wt％的Zn、0.06-0.14wt％的Ti、0.01-0.02wt％的Sr、0.001-0.4wt％的Er/ Eu；
不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；
以及余量的Al。
优选的，适用于铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，包括以下组分及各组分的重量百分比：
7-9wt％的Si、0.05-0.3wt％的Mg、0.05-0.8wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.5-0.65wt％的Mn、0.05-0.15wt％的Zn、0.06-0.14wt％的Ti、0.01-0.02wt％的Sr、0.1-0.4wt％的Er/ Eu；
不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；
以及余量的Al。
优选的，适用于热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，包括以下组分及各组分的重量百分比：
7-10wt％的Si、0.05-0.5wt％的Mg、0.01-2.0wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.5-0.65wt％的Mn、0.01-0.3wt％的Zn、0.06-0.14wt％的Ti、0.01-0.02wt％的Sr、0.001-0.4wt％的Er/ Eu；
不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；
以及余量的Al。
优选的，Er/ Eu中Er、Eu质量比的范围为2:1至4:1。
优选的，所述Si原料的提供为Si粉或者Al-Si中间合金的形成；所述Al 、Mg、Cu、Zn原料的提供为纯金属块的形式，其中Cu为细丝块状；所述Mn, Ti, Sr, Er, Eu原料的提供分别为Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Er中间合金、Al-Eu中间合金的形式，且满足高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金中Al、Si、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn、Ti、Sr、 Er/ Eu各组分的重量百分比要求。
一种适用于铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金的制造包括以下步骤：
步骤（A1），按计量比称取Al粉，Si粉或者按计量比选取Al-Si中间合金，并于660-690℃下进行熔炼处理0.5-3h，形成Al-Si熔体；
步骤（B1），按计量比称取Mg、Zn的纯金属块，按计量比称取Cu的细丝块，以及按计量比选取Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Er中间合金和Al-Eu中间合金加入步骤（A1）得到的Al-Si熔体，得到预制铸态形式熔体；
步骤（C1），将步骤（B1）得到的预制铸态形式熔体，升温到700-740℃，并在氮气或氩气气氛以及精炼剂条件下进行精炼处理5-15Min，去除预制铸态形式熔体中的气体和夹杂物，得到提纯铸态形式熔体，所述精炼剂为25% Na2SiF6+ 75% C2Cl6；
步骤（D1），对步骤（C1）得到的提纯铸态形式熔体，进行压铸处理，得到铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金。
优选的，步骤（D1），得到铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，可用于大型、超大型压铸铝合金构件的二次加工：
其中，6.35mm厚壁大型、超大型压铸铝合金构件的屈服强度为140-165MPa、抗拉强度为280-315MPa、延伸率为10-16％；
2-4mm中薄壁大型、超大型压铸铝合金构件的屈服强度为145-180MPa、抗拉强度为290-340MPa、延伸率为10-16％。
一种适用于热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金的制造具体包括以下步骤：
步骤（A2），按计量比称取Al粉，Si粉或者按计量比选取Al-Si中间合金，并于660-690℃下进行熔炼处理0.5-3h，形成Al-Si熔体；
步骤（B2），按计量比称取Mg、Zn的纯金属块，按计量比称取Cu的细丝块，以及按计量比选取Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Er中间合金和Al-Eu中间合金加入步骤（A2）得到的Al-Si熔体，得到预制热处理态形式熔体；
步骤（C2），将步骤（B2）得到的预制热处理态形式熔体，升温到700-740℃，并在氮气或氩气气氛以及精炼剂条件下进行精炼处理5-15Min，去除预制热处理态形式熔体中的气体和夹杂物，得到提纯热处理态形式熔体，所述精炼剂为25% Na2SiF6+ 75% C2Cl6；
步骤（D2），对步骤（C2）得到的提纯热处理态形式熔体，进行压铸处理，得到待热处理压铸铝合金；
步骤（E2），对步骤（D2）得到的待热处理压铸铝合金，进行T6热处理，包括470-510℃固溶处理15-45Min、60-80℃热水淬火1-10Min、150-190℃时效处理4-20h，得到热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金。
优选的，步骤（E2），到热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，可用于中、小型压铸铝合金构件的二次加工：
其中，6.35mm厚壁中、小型压铸铝合金构件的屈服强度为300-350MPa、抗拉强度为400-450MPa、延伸率为10-16％；
2-4mm中薄壁中、小型压铸铝合金构件的屈服强度为320-380MPa、抗拉强度为420-480MPa、延伸率为10-16％。
本发明的有益效果为：本发明的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金及其制造方法，能够制作针对大型、超大型压铸铝合金汽车部件需要的轻量化、低成本、环保型的铸态高强高韧铝硅系压铸铝合金；还可以制造针对中小型压铸铝合金汽车部件需要的轻量化、低成本、环保型的T6热处理态高强高韧铝硅系压铸铝合金，并具有以下特点：
（1）现有铝硅系高韧性压铸铝合金采用价格较昂贵的V、Zr、Mo等单一性细晶强化元素来加强α-Al相细晶强化效果，存在原材料成本高、加强效果单一的问题，本发明采用成本更低的Er和Eu元素突破了α-Al相细晶强化、共晶Si相变质强化和韧化复合加强的综合强韧化提升效果，成本低，符合绿色环保的要求，Er和Eu成本分别约为V、Zr和Mo的7.4%、73.9和65.8%，便于广泛推广。
（2）针对目前在汽车等产品中采用铝合金压铸实现轻量化的技术路径不清晰的问题，本发明制作针对大型、超大型压铸铝合金汽车部件需要的轻量化、低成本、环保型的铸态高强高韧铝硅系压铸铝合金、还可以制造针对中小型压铸铝合金汽车部件需要的轻量化、低成本、环保型的T6热处理态高强高韧铝硅系压铸铝合金，进而实现汽车等产品中压铸铝合金部件的全链条轻量化。
（3）针对目前铝硅系高韧性压铸铝合金强度不足的问题，本发明铸态或者热处理态形式的均能实现高强高韧的低成本铝硅系高压压铸铝合金，其中，各化学元素用途如下：Si用于提高流动性；Mg用于合金强化；Cu用于合金强化；Fe用于控制在0.1以上以避免高纯铝配置合金，降低合金原材料的成本；控制在0.25以下以降低长条状脆性β-Fe相的含量，保证合金的高韧性；Mn用于改善合金的粘模特性，同时改善Fe相的形貌；Zn用于提高合金的耐蚀性；Ti用于阻碍晶粒长大，细化晶粒；Sr为变质元素，细化共晶Si相，改善共晶Si相相貌，提高合金强度和韧性；Er/Eu，相对低成本的Er和Eu高效协同加强α-Al相细晶强化效果、加强共晶Si相变质强化和韧化效果，协同提升合金的强度和韧性的同时降低原材料成本。
（4）现有铝硅系高韧性压铸铝合金存在铸态强度不足的问题，在实现10%以上高韧性的同时，铸态屈服强度只有120MPa、抗拉强度只有250 MPa，本发明制造的合金在实现10%以上高韧性的同时铸态抗拉强度可突破300MPa，可用于大型、超大型压铸铝合金构件的轻量化制造。
（5）现有铝硅系高韧性压铸铝合金存在热处理态强度不足的问题，在实现10%以上高韧性的同时，热处理态抗拉强度难以超过350 MPa，无法企及车用高强挤压变形铝合金型材400MPa以上的抗拉强度。本发明制造的合金在实现10%以上高韧性的同时，在T6热处理态抗拉强度可突破420MPa，可用于中小型压铸铝合金构件的轻量化制造。
附图说明
图1是常规条件α-Al相晶粒细化效果图。
图2是基于Er和Eu复合的α-Al相晶粒细化加强效果图。
图3是常规条件共晶Si相变质细化效果图。
图4是基于Er和Eu复合的共晶Si相变质细化加强效果图。
图5是本发明的关于铸态、热处理态两种形式的压铸铝合金部件的具体制造流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
本发明的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，包括以下组分及各组分的重量百分比：6-10wt％的Si、0.05-0.6wt％的Mg、0.01-2.0wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.4-0.8wt％的Mn、0.01-0.5wt％的Zn、0.02-0.14wt％的Ti、0.001-0.05wt％的Sr、0.001-0.5wt％的Er/ Eu；不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；以及余量的Al。
在适用于铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金（可以针对大型、超大型压铸铝合金汽车部件需要的轻量化、低成本、环保型的铸态高强高韧铝硅系压铸铝合金），包括以下组分及各组分的重量百分比：
7-9wt％的Si、0.05-0.5wt％的Mg、0.01-1.0wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.5-0.65wt％的Mn、0.01-0.3wt％的Zn、0.06-0.14wt％的Ti、0.01-0.02wt％的Sr、0.001-0.4wt％的Er/ Eu；不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；以及余量的Al；
进一步优化选择，7-9wt％的Si、0.05-0.3wt％的Mg、0.05-0.8wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.5-0.65wt％的Mn、0.05-0.15wt％的Zn、0.06-0.14wt％的Ti、0.01-0.02wt％的Sr、0.1-0.4wt％的Er/ Eu；不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；以及余量的Al。
在适用于热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金（针对中小型压铸铝合金汽车部件需要的轻量化、低成本、环保型的T6热处理态高强高韧铝硅系压铸铝合金），包括以下组分及各组分的重量百分比：7-10wt％的Si、0.05-0.5wt％的Mg、0.01-2.0wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.5-0.65wt％的Mn、0.01-0.3wt％的Zn、0.06-0.14wt％的Ti、0.01-0.02wt％的Sr、0.001-0.4wt％的Er/ Eu；不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；以及余量的Al。
上述的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金多种配方中，Er/ Eu中Er、Eu质量比的范围为2:1至4:1，因为，现有铝硅系高韧性压铸铝合金采用价格较昂贵的V、Zr、Mo等单一性细晶强化元素来加强α-Al相细晶强化效果，存在原材料成本高、加强效果单一的问题，本发明采用成本更低的Er和Eu元素突破了α-Al相细晶强化、共晶Si相变质强化和韧化复合加强的综合强韧化提升效果，成本低，符合绿色环保的要求，如图1和2所示：图1为常规条件α-Al相晶粒细化效果图、图2为基于Er和Eu复合的α-Al相晶粒细化加强效果图；如图3和4所示：图3为常规条件共晶Si相变质细化效果图、图4为基于Er和Eu复合的共晶Si相变质细化加强效果图。基于Er和Eu的添加对α-Al相晶粒细化、共晶Si相变质细化效果明显，更具体的描述如下：选择Er的加入能够在Al熔体中形成Al3Er颗粒，其和Al具有相同的立方结构，且其晶格常数0.4212 nm和Al的晶格常数0.4049nm非常接近，可作为α-Al相的异质形核中心，促进α-Al相的形核，进而细化α-Al相。Er和Eu的加入能够在Al-Si熔体中形成富Er和Eu的团簇，吸附在共晶Si相的生长台阶上，阻碍共晶Si相由台阶生长为粗大且脆性的片层状，共晶Si相转而生长为细小且较韧的纤维状；同时Er和Eu的加入能够在Al-Si熔体中形成大量细小的Al2Si2Er 和Al2Si2Eu颗粒，进一步阻碍共晶Si相的长大；进而实现共晶Si相的变质强化和韧化。特别地，本发明能够发现Er能够同时实现α-Al相的细晶强化、共晶Si相的变质强化和韧化；Eu细化α-Al相的能力不如Er，但Eu变质强化和韧化共晶Si相的能力高于Er。因此，本发明选择Er和Eu需要协同添加，进而高效协同加强α-Al相的细晶强化效果以及共晶Si相的变质强化和韧化效果。
本发明的其它金属元素具体选择和效果解释如下：Si的加入可降低Al液粘度，进而提高流动性；Mg的加入可固溶于Al基体中实现固溶强度，同时形成Mg-Si、Al-Si-Mg-Cu化合物实现第二相强化；Cu的加入可固溶于Al基体中实现固溶强度，同时形成Al-Cu、Al-Si-Mg-Cu化合物实现第二相强化；Fe的加入控制在0.1以上以避免高纯铝配置合金，降低合金原材料的成本；控制在0.25以下以降低长条状脆性β-Fe相的含量，保证合金的高韧性；Mn的加入可改善合金的粘模特性，同时改善Fe相的形貌，提高合金的韧性；Zn的加入能够形成纳米级钝化膜，进而提高合金的耐蚀性；Ti的加入可阻碍α-Al晶粒长大，进而细化α-Al晶粒；Sr的加入可细化共晶Si相，改善共晶Si相相貌，提高合金的强度和韧性。
优选的，上述金属元素的提供，各原料的来源如下：所述Si原料的提供为Si粉或者Al-Si中间合金的形成；所述Al 、Mg、Cu、Zn原料的提供为纯金属块的形式，其中Cu为细丝块状，Cu难熔因此选择细丝块状；所述Mn, Ti, Sr, Er, Eu原料的提供分别为Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Er中间合金、Al-Eu中间合金的形式，且满足高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金中Al、Si、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn、Ti、Sr、 Er/Eu各组分的重量百分比要求，所述Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Er中间合金、Al-Eu中间合金的牌号可选择现有技术中对应的原料牌号即可，只要含有相关金属元素的Al中间合金即可，并满足各组分的重量百分比要求。
本发明的适用于铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金的制造包括以下步骤：
步骤（A1），按计量比称取Al粉，Si粉或者按计量比选取Al-Si中间合金，并于660-690℃下进行熔炼处理0.5-3h，形成Al-Si熔体；
步骤（B1），按计量比称取Mg、Zn的纯金属块，按计量比称取Cu的细丝块，以及按计量比选取Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Er中间合金和Al-Eu中间合金加入步骤（A1）得到的Al-Si熔体，得到预制铸态形式熔体；
步骤（C1），将步骤（B1）得到的预制铸态形式熔体，升温到700-740℃，并在氮气或氩气气氛以及精炼剂条件下进行精炼处理5-15Min，去除预制铸态形式熔体中的气体和夹杂物，得到提纯铸态形式熔体，所述精炼剂为25% Na2SiF6+ 75% C2Cl6，该精炼剂能够吸附铝液中气体和夹渣，强化除气和除渣效果；
步骤（D1），对步骤（C1）得到的提纯铸态形式熔体，进行压铸处理，得到铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，可用于大型、超大型压铸铝合金构件的二次加工：其中，6.35mm厚壁大型、超大型压铸铝合金构件的屈服强度为140-165MPa、抗拉强度为280-315MPa、延伸率为10-16％；2-4mm中薄壁大型、超大型压铸铝合金构件的屈服强度为145-180MPa、抗拉强度为290-340MPa、延伸率为10-16％。
本发明的适用于热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金的制造具体包括以下步骤：
步骤（A2），按计量比称取Al粉，Si粉或者按计量比选取Al-Si中间合金，并于660-690℃下进行熔炼处理0.5-3h，形成Al-Si熔体；
步骤（B2），按计量比称取Mg、Zn的纯金属块，按计量比称取Cu的细丝块，以及按计量比选取Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Er中间合金和Al-Eu中间合金加入步骤（A2）得到的Al-Si熔体，得到预制热处理态形式熔体；
步骤（C2），将步骤（B2）得到的预制热处理态形式熔体，升温到700-740℃，并在氮气或氩气气氛以及精炼剂条件下进行精炼处理5-15Min，去除预制热处理态形式熔体中的气体和夹杂物，得到提纯热处理态形式熔体，所述精炼剂为25% Na2SiF6+ 75% C2Cl6，该精炼剂能够吸附铝液中气体和夹渣，强化除气和除渣效果；
步骤（D2），对步骤（C2）得到的提纯热处理态形式熔体，进行压铸处理，得到待热处理压铸铝合金；
步骤（E2），对步骤（D2）得到的待热处理压铸铝合金，进行T6热处理，包括470-510℃固溶处理15-45Min、60-80℃热水淬火1-10Min、150-190℃时效处理4-20h，得到热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，可用于中、小型压铸铝合金构件的二次加工：其中，6.35mm厚壁中、小型压铸铝合金构件的屈服强度为300-350MPa、抗拉强度为400-450MPa、延伸率为10-16％；2-4mm中薄壁中、小型压铸铝合金构件的屈服强度为320-380MPa、抗拉强度为420-480MPa、延伸率为10-16％。
如图5所示，本发明关于铸态、热处理态两种形式的高强高韧铝硅系高压压铸铝合金的制造方法的全链条（小型、中型、大型和超大型）压铸铝合金部件轻量化和低成本环保化的流程图。
下面根据本发明的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金及其制造方法，介绍具体的实施例及测试效果：
一，关于铸态拉伸性能测试
实施例1：壁厚3mm的压铸铝合金构件，合金重量百分比成分（单位wt％）：
7.2Si、0.15Mg、0.1Cu、0.15Fe、0.6Mn、0.1Zn、0.12Ti、0.015Sr、0.15(Er,Eu)，余量Al。
实施例2：壁厚6.35mm的压铸铝合金构件，合金重量百分比成分（单位wt％）：
7.4Si、0.15Mg、0.15Cu、0.15Fe、0.6Mn、0.1Zn、0.12Ti、0.015Sr、0.15(Er,Eu) ，余量Al。
实施例3：壁厚3mm的压铸铝合金构件，合金重量百分比成分（单位wt％）：
8.7Si、0.25Mg、0.5Cu、0.15Fe、0.6Mn、0.1Zn、0.12Ti、0.015Sr、0.25(Er,Eu) ，余量Al。
实施例4：壁厚6.35mm的压铸铝合金构件，合金重量百分比成分（单位wt％）：
8.7Si、0.2Mg、0.3Cu、0.15Fe、0.6Mn、0.1Zn、0.12Ti、0.015Sr、0.25(Er,Eu) ，余量Al；
现有工艺1（壁厚3mm）、现有工艺2（壁厚6.35mm）配方为7.0Si、0.2Mg、0.15Fe、0.62Mn、0.1Ti、0.014Sr、0.3V，余量Al，（单位wt％）。
二，关于热处理态拉伸性能
实施例5：壁厚3mm的压铸铝合金构件，合金重量百分比成分（单位wt％）：
8.5Si、0.3Mg、1.4Cu、0.15Fe、0.6Mn、0.3Zn、0.12Ti、0.015Sr、0.2(Er,Eu) ，余量Al；
T6热处理工艺：固溶处理480ºC@30Min、70ºC热水淬火、时效180ºC@10h。
实施例6：壁厚的6.35mm压铸铝合金构件，合金重量百分比成分（单位wt％）：
8.7Si、0.3Mg、1.2Cu、0.15Fe、0.6Mn、0.3Zn、0.12Ti、0.015Sr、0.2(Er,Eu) ，余量Al；
T6热处理工艺：固溶处理500ºC@30Min、70ºC热水淬火、时效180ºC@10h。
现有工艺1（壁厚3mm）、现有工艺2（壁厚6.35mm）合金重量百分比成分（单位wt％）：10.0Si、0.3Mg、0.15Fe、0.65Mn、0.13Ti、0.018Sr，余量Al。
T6热处理工艺稍有位：固溶处理525ºC@30Min、70ºC热水淬火、时效170ºC@10h。
如表1、表2所示，本发明的实施例1-4、现有工艺1-2的铸态拉伸性能测试；实施例5-6、现有工艺1-2的T6热处理态拉伸性能测试，和现有铸态高韧性铝硅系压铸铝合金250MPa抗拉强度相比，实现10%以上高韧性的同时铸态抗拉强度可突破300MPa，用于大型、超大型压铸铝合金构件的轻量化和低成本环保化制造；在实现10%以上高韧性的同时T6热处理态抗拉强度可突破420MPa，用于中小型压铸铝合金构件的轻量化和低成本环保化制造，在汽车交通等重点领域结构件全链条轻量化上广泛应用，并具有以下特点：
（1）现有铝硅系高韧性压铸铝合金采用价格较昂贵的V、Zr、Mo等单一性细晶强化元素来加强α-Al相细晶强化效果，存在原材料成本高、加强效果单一的问题，本发明采用成本更低的Er和Eu元素突破了α-Al相细晶强化、共晶Si相变质强化和韧化复合加强的综合强韧化提升效果，成本低，符合绿色环保的要求，便于广泛推广。
（2）针对目前在汽车等产品中采用铝合金压铸实现轻量化的技术路径不清晰的问题，本发明制作针对大型、超大型压铸铝合金汽车部件需要的轻量化、低成本、环保型的铸态高强高韧铝硅系压铸铝合金、还可以制造针对中小型压铸铝合金汽车部件需要的轻量化、低成本、环保型的T6热处理态高强高韧铝硅系压铸铝合金，进而实现汽车等产品中压铸铝合金部件的全链条轻量化。
（3）针对目前铝硅系高韧性压铸铝合金强度不足的问题，本发明铸态或者热处理态形式的均能实现高强高韧的低成本铝硅系高压压铸铝合金，其中，各化学元素用途如下：Si用于提高流动性；Mg用于合金强化；Cu用于合金强化；Fe用于控制在0.1以上以避免高纯铝配置合金，降低合金原材料的成本；控制在0.25以下以降低长条状脆性β-Fe相的含量，保证合金的高韧性；Mn用于改善合金的粘模特性，同时改善Fe相的形貌；Zn用于提高合金的耐蚀性；Ti用于阻碍晶粒长大，细化晶粒；Sr为变质元素，细化共晶Si相，改善共晶Si相相貌，提高合金强度和韧性；Er/Eu，相对低成本的Er和Eu高效协同加强α-Al相细晶强化效果、加强共晶Si相变质强化和韧化效果，协同提升合金的强度和韧性的同时降低原材料成本。
（4）现有铝硅系高韧性压铸铝合金存在铸态强度不足的问题，在实现10%以上高韧性的同时，铸态屈服强度只有120MPa、抗拉强度只有250 MPa，本发明制造的合金在实现10%以上高韧性的同时铸态抗拉强度可突破300MPa，可用于大型、超大型压铸铝合金构件的轻量化制造。
（5）现有铝硅系高韧性压铸铝合金存在热处理态强度不足的问题，在实现10%以上高韧性的同时，热处理态抗拉强度难以超过350 MPa，无法企及车用高强挤压变形铝合金型材400MPa以上的抗拉强度。本发明制造的合金在实现10%以上高韧性的同时，在T6热处理态抗拉强度可突破420MPa，可用于中小型压铸铝合金构件的轻量化制造。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，其特征在于，包括以下组分及各组分的重量百分比：
6-10wt％的Si、0.05-0.6wt％的Mg、0.01-2.0wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.4-0.8wt％的Mn、0.01-0.5wt％的Zn、0.02-0.14wt％的Ti、0.001-0.05wt％的Sr、0.001-0.5wt％的Er/ Eu；
不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；
以及余量的Al。
2.根据权利要求1所述的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，其特征在于，适用于铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，包括以下组分及各组分的重量百分比：
7-9wt％的Si、0.05-0.5wt％的Mg、0.01-1.0wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.5-0.65wt％的Mn、0.01-0.3wt％的Zn、0.06-0.14wt％的Ti、0.01-0.02wt％的Sr、0.001-0.4wt％的Er/ Eu；
不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；
以及余量的Al。
3.根据权利要求2所述的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，其特征在于，适用于铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，包括以下组分及各组分的重量百分比：
7-9wt％的Si、0.05-0.3wt％的Mg、0.05-0.8wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.5-0.65wt％的Mn、0.05-0.15wt％的Zn、0.06-0.14wt％的Ti、0.01-0.02wt％的Sr、0.1-0.4wt％的Er/ Eu；
不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；
以及余量的Al。
4.根据权利要求1所述的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，其特征在于，适用于热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，包括以下组分及各组分的重量百分比：
7-10wt％的Si、0.05-0.5wt％的Mg、0.01-2.0wt％的Cu、0.1-0.25wt％的Fe、0.5-0.65wt％的Mn、0.01-0.3wt％的Zn、0.06-0.14wt％的Ti、0.01-0.02wt％的Sr、0.001-0.4wt％的Er/ Eu；
不大于0.15wt％的不可避免夹杂物；
以及余量的Al。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，其特征在于，Er/ Eu中Er、Eu质量比的范围为2:1至4:1。
6.根据权利要求1-4任一项所述的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，其特征在于，所述Si原料的提供为Si粉或者Al-Si中间合金的形成；所述Al 、Mg、Cu、Zn原料的提供为纯金属块的形式，其中Cu为细丝块状；所述Fe,Mn, Ti, Sr, Er, Eu原料的提供分别为Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Er中间合金、Al-Eu中间合金的形式，且满足高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金中Al、Si、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn、Ti、Sr、 Er/ Eu各组分的重量百分比要求。
7.基于权利要求2或者3所述的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金的制造方法，其特征在于，该适用于铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金的制造包括以下步骤：
步骤（A1），按计量比称取Al粉，Si粉或者按计量比选取Al-Si中间合金，并于660-690℃下进行熔炼处理0.5-3h，形成Al-Si熔体；
步骤（B1），按计量比称取Mg、Zn的纯金属块，按计量比称取Cu的细丝块，以及按计量比选取Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Er中间合金和Al-Eu中间合金加入步骤（A1）得到的Al-Si熔体，得到预制铸态形式熔体；
步骤（C1），将步骤（B1）得到的预制铸态形式熔体，升温到700-740℃，并在氮气或氩气气氛以及精炼剂条件下进行精炼处理5-15Min，去除预制铸态形式熔体中的气体和夹杂物，得到提纯铸态形式熔体，所述精炼剂为25% Na2SiF6 + 75% C2Cl6；
步骤（D1），对步骤（C1）得到的提纯铸态形式熔体，进行压铸处理，得到铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金。
8.根据权利要求7所述的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金的制造方法，其特征在于，步骤（D1），得到铸态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，可用于大型、超大型压铸铝合金构件的二次加工：
其中，6.35mm厚壁大型、超大型压铸铝合金构件的屈服强度为140-165MPa、抗拉强度为280-315MPa、延伸率为10-16％；
2-4mm中薄壁大型、超大型压铸铝合金构件的屈服强度为145-180MPa、抗拉强度为290-340MPa、延伸率为10-16％。
9.基于权利要求4所述的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金的制造方法，其特征在于，该适用于热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金的制造具体包括以下步骤：
步骤（A2），按计量比称取Al粉，Si粉或者按计量比选取Al-Si中间合金，并于660-690℃下进行熔炼处理0.5-3h，形成Al-Si熔体；
步骤（B2），按计量比称取Mg、Zn的纯金属块，按计量比称取Cu的细丝块，以及按计量比选取Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Er中间合金和Al-Eu中间合金加入步骤（A2）得到的Al-Si熔体，得到预制热处理态形式熔体；
步骤（C2），将步骤（B2）得到的预制热处理态形式熔体，升温到700-740℃，并在氮气或氩气气氛以及精炼剂条件下进行精炼处理5-15Min，去除预制热处理态形式熔体中的气体和夹杂物，得到提纯热处理态形式熔体，所述精炼剂为25% Na2SiF6 + 75% C2Cl6；
步骤（D2），对步骤（C2）得到的提纯热处理态形式熔体，进行压铸处理，得到待热处理压铸铝合金；
步骤（E2），对步骤（D2）得到的待热处理压铸铝合金，进行T6热处理，包括470-510℃固溶处理15-45Min、60-80℃热水淬火1-10Min、150-190℃时效处理4-20h，得到热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金。
10.根据权利要求9所述的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金的制造方法，其特征在于，步骤（E2），到热处理态形式的高强高韧环保型铝硅系高压压铸铝合金，可用于中、小型压铸铝合金构件的二次加工：
其中，6.35mm厚壁中、小型压铸铝合金构件的屈服强度为300-350MPa、抗拉强度为400-450MPa、延伸率为10-16％；
2-4mm中薄壁中、小型压铸铝合金构件的屈服强度为320-380MPa、抗拉强度为420-480MPa、延伸率为10-16％。
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