CN1740364A - 一种直接挤压铸造的高强度铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝合金材料，具体是指一种直接挤压铸造的高强度铝合金。其主要成分及其质量百分比含量为：铜4.0～5.0％，镁1.0～2.0％，锰0.4～0.8％，微量合金强化元素：钛0.05～0.25％，硼0.01～0.05％，钒0.05～0.20％，锆0.05～0.20％，混合稀土0.05～0.15％，其余为铝和不可避免的微量杂质，其中杂质元素铁控制在0.2％以下，硅控制在0.1％以下。经直接挤压铸造和淬火+完全人工时效的方法制备的铝合金具有可热处理强化、强度高、成本低等特点，适合于制造承受重载的铝合金结构件。

Description

一种直接挤压铸造的高强度铝合金
                        技术领域
本发明涉及铝合金材料，具体是指一种直接挤压铸造的高强度铝合金。
                        背景技术
铸造铝合金作为传统的金属材料，具有密度低、比强度高等特点，在航空、航天、汽车、机械等行业中得到了广泛的应用，随着现代工业的迅速发展和经济水平的不断提高，在许多场合对铸造铝合金的性能要求越来越高。其中高强度铸造铝合金的发展是其中一个非常重要的方面。因此，国内外一直致力于通过优化合金设计和改进铸造工艺来开发低成本、高强度的铸造铝合金。
挤压铸造是一种介于铸造和锻造之间的成形工艺，兼有铸造和锻造的优点。特别是直接挤压铸造，更容易在铸造成形过程中使铸件产生足够的塑性变形。挤压铸造主要针对轻合金的成形技术，可获得内部组织致密、晶粒细小、表面光洁的优质挤压铸造件。具有广泛的适用性、技术上的领先性和经济上的低成本，是一种获得高性能铸件的重要液态成形技术。
然而，在高强度铸造铝合金的发展过程中，研制工作还不够深入，比较成熟的合金牌号仍非常有限，目前比较典型的合金有法国牌号的A-U5GT合金、美国铝协会牌号的A201.0和206.0合金。我国的典型牌号有ZL205A合金。这些高强度铸造铝合金都属于Al-Cu系。上述铸造铝合金虽然具有较高的强度，但这些合金的铸造性能较差，具体表现为热裂倾向大、流动性较差、补缩困难。因此，目前主要采用砂型铸造工艺，大大限制了材料性能潜力的发挥。此外，上述合金为了获得良好的性能，对杂质元素含量的控制非常严格，如A-U5GT合金和A201.0要求铁控制在0.1％以下，硅控制在0.05％以下；ZL205A合金要求铁控制在0.15％以下，硅控制在0.06％以下。因此要求作为原材料的铝锭需采用铝含量大于99.9％的工业高纯铝锭，此外铸造工艺要求也非常严格。
                        发明内容
本发明的目的在于针对现有高强度铸造铝合金的不足之处，通过优化合金成分设计和改进铸造工艺来开发一种低成本的直接挤压铸造高强度铝合金。
一种直接挤压铸造的高强度铝合金，其特征在于：采用直接挤压铸造技术，并采用淬火及完全人工时效热处理工艺制备的高强度铝合金；其主要成分及其质量百分比含量为：铜4.0～5.0％；镁1.0～2.0％；锰0.4～0.8％；微量合金强化元素0.21～0.85％，其成分及其质量百分比含量为：钛0.05～0.25％，硼0.01～0.05％，钒0.05～0.20％，锆0.05～0.20％，混合稀土0.05～0.15％；其余为铝和不可避免的杂质，其中元素铁控制在0.2％以下，硅控制在0.1％以下。
上述直接挤压铸造的挤压比压不低于50MPa。
该合金与国内外同类合金相比，具有以下优点：
1、本发明的合金材料具有很高的强度和较好的塑性。例如，在挤压比压为75MPa，淬火+完全人工时效(T6)热处理条件下，本发明合金材料的典型力学性能为：抗拉强度为520MPa，伸长率7.9％，适合于制造承受重载的铝合金结构件。
2、在直接挤压铸造工艺条件下，本发明的合金材料对杂质元素含量的控制要求比A-U5GT、ZL205A等高强度铸造铝合金低，只要求杂质元素铁控制在0.2％以下，硅控制在0.1％以下，因此可以采用99.8％工业纯铝锭为原材料，并且铸造工艺要求也相对降低。
                       具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明，本发明实施方式不仅限于此。
实施例一：
步骤一：配料
成分              规格           质量百分比用量
纯铝锭            Al99.8         77.1％
铝铜合金          50％Cu         9％
铝锰合金          10％Mn         6％
纯镁锭                           1.4％
铝锆合金          10％Zr         1％
铝钒合金          4％V           2.5％
铝钛硼合金            5％Ti，1％B         2％
铝稀土合金            10％RE              1％
步骤二：熔炼
合金在石墨坩埚电阻炉中熔炼。铝锰合金、铝锆合金、铝钒合金与纯铝同时室温装炉；720℃下加铝铜合金；740℃下加铝钛硼合金后搅拌3min。用商用固体精炼剂在730～740℃下精炼除气，静置8min，除渣，加少量覆盖剂，加纯镁和铝稀土合金，静置5min，搅拌均匀后在730℃下浇注。
步骤三：挤压铸造
挤压铸造用压机为100吨四柱液压机，在直接挤压铸造模具上进行，挤压比压分别为25，50，75，100MPa，挤压速度为0.03～0.06m/s，保压30s左右，铸件直径80mm，厚30mm。
步骤四：热处理
将铸件切割成条形方块进行热处理，热处理炉为带鼓风机的电阻炉，温控精度±1℃。采用的热处理工艺为T6，具体参数为：480℃固溶处理1小时后，490℃固溶处理8小时，室温水淬，然后在190℃下时效6小时。
通过上述步骤获得的铝合金材料除含铝外，还含有铜4.5wt％，镁1.4wt％，锰0.6wt％，钛0.1wt％、硼0.02wt％、钒0.10wt％、锆0.1wt％，铁0.17wt％，硅0.06wt％。不同比压下合金材料的力学性能如表1所示。
表1不同挤压比压下的合金力学性能
  挤压比压  25MPa  50MPa   75MPa   100MPa
  抗拉强度  465  516   520   527
  伸长率  6.4  7.8   7.9   6.9
实施例二：
步骤一：配料
成分             规格           质量百分比用量
纯铝锭           Al99.8         72.5％
铝铜合金         50％Cu         8％
铝锰合金         10％Mn         8％
纯镁锭                          2.0％
铝锆合金         10％Zr         2％
铝钒合金          4％V             5％
铝钛硼合金        5％Ti，1％B      1％
铝稀土合金        10％RE           1.5％
步骤二：熔炼，步骤三：挤压铸造，步骤四：热处理
与实施例一相同。
通过上述步骤获得的合金材料除含铝外，还含铜4.0wt％，镁2.0wt％％，锰0.8wt％，钛0.05wt％、硼0.01wt％、钒0.2wt％、锆0.2wt％，铁0.12wt％，硅0.05wt％。不同比压下合金材料的力学性能如表2所示。
表2不同挤压比压下的合金力学性能
  挤压比压   25MPa   50MPa   75MPa   100MPa
  抗拉强度   445   506   515   525
  伸长率   6.0   6.8   7.5   7.9
实施例三：
步骤一：配料
成分                 规格           质量百分比用量
纯铝锭               Al99.8         77.75％
铝铜合金             50％Cu         10％
铝锰合金             10％Mn         4％
纯镁锭                              1.0％
铝锆合金             10％Zr         0.5％
铝钒合金             4％V           1.25％
铝钛硼合金           5％Ti，1％B    5％
铝稀土合金           10％RE         0.5％
步骤二：熔炼，步骤三：挤压铸造，步骤四：热处理
与实施例一相同。
通过上述步骤获得的合金材料除含铝外，还含铜5.0wt％，镁1.0wt％，锰0.4wt％，钛0.25wt％、硼0.05wt％、钒0.05wt％、锆0.05wt％，铁0.18wt％，硅0.08wt％。不同比压下合金材料的力学性能如表3所示。
表3不同挤压比压下的合金力学性能
  挤压比压  25MPa   50MPa   75MPa   100MPa
  抗拉强度   475   505   525   540
  伸长率   5.4   7.5   7.8   6.5

Claims (4)

1、一种直接挤压铸造的高强度铝合金，其特征在于：采用直接挤压铸造技术，并采用淬火及完全人工时效热处理工艺制备的高强度铝合金；其主要成分及其质量百分比含量为：铜4.0～5.0％，镁1.0～2.0％，锰0.4～0.8％，微量合金强化元素0.21～0.85％，其余为铝和不可避免的杂质。
2、根据权利要求1所述的一种直接挤压铸造的高强度铝合金，其特征在于：直接挤压铸造的挤压比压不低于50MPa。
3、根据权利要求1所述的一种直接挤压铸造的高强度铝合金，其特征在于：所添加的微量合金强化元素为钛、硼、钒、锆、混合稀土，其成分及其质量百分比含量为：钛0.05～0.25％，硼0.01～0.05％，钒0.05～0.20％，锆0.05～0.20％，混合稀土0.05～0.15％。
4、根据权利要求1所述的一种直接挤压铸造的高强度铝合金，其特征在于：杂质元素铁控制在0.2％以下，硅控制在0.1％以下。
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