CN1847429A - 铸造铝硅合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸造铝硅合金,其成分和配比如下:Si:11.0%~13.5%;Mg:0.15%~0.55%;Sr:0.015%~0.080%;B:0.010%~0.050%;Cu:<0.20%;Fe:<0.20%;Zn:<0.10%;Mn:<0.10%;Ti:<0.10%;其它杂质单个<0.05%,总量<0.15%;余量Al,上述百分比均为质量百分比。本发明所述AlSi合金中Si量在11.0%-13.5%,在Al-Si合金共晶点附近,合金液的流动性最优、补缩能力最强、吸气性最弱,可有效地消除气孔、缩孔及缩松等铸造缺陷,具有高强韧,同时可降低铸件生产成本中的模具成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种Al-Si合金,尤其涉及一种用于汽车、摩托车铝合金轮毂的铸造铝硅合金。
背景技术
铸造Al-Si合金是两大传统结构材料之一,广泛应用在航空航天工业,军事工业,汽车工业,电力工业,机械工业中。面对日益严峻的国际环境,我国军事工业,航空航天工业、汽车工业对铝铸件提出更高的要求:小巧,质轻和高性能与低成本,要求铸造铝合金具有更优异的成形性、更高的强度和韧性。目前铝合金铸件生产中应用最广泛的是A356合金(美国牌号,中国相对应的牌号为ZL101A),共晶类铸造Al-Si合金(Si:11%~14%)也有一定应用。汽车和摩托车制造业是铝合金铸件应用最大的行业。单就铝合金轮毂来说,小汽车和摩托车轮毂目前普遍采用A356合金制造。A356合金中Si量在6.5%~7.5%,力学性能较优良(ASTM B108-91标准:T6状态下单铸试棒的σb≥62MPa,δ≥5.0%)。但是,由于A356合金中Si量较低,组织中共晶体量较少,合金液的流动性较共晶类铸造Al-Si合金差、补缩能力差,且成形温度较高、吸气倾向大,存在难以避免的气孔、缩孔、缩松等铸造缺陷,难以获得高致密铸件,因而成形性(铸造性能)较共晶类铸造Al-Si合金差了许多。共晶类铸造Al-Si合金(Si:11%~14%)中应用较多的是ZL102及压铸铝合金。尽管其成形性明显优于A356合金,然而它的应用却远不如A356合金广泛,特别是在高质量铸件上。ZL102中不含强化元素Mg(GB1173-86,ISO3522-1984标准:σb≥170MPa,δ≥3%),压铸铝合金不可热处理,因而共晶类铸造Al-Si合金的力学性能差,这是其应用范围受到限制的主要原因。但是,共晶类铸造Al-Si合金中Si量高于A356合金,若用它替代A356合金,每吨铸件可节省原材料成本约200元以上。保守估计全国摩托车铝轮铸件的年产量约为8万吨,仅江苏省汽车铝轮毂的年产量就近10万吨。若能提高共晶类Al-Si合金的力学性能,达到A356合金的要求,实现用共晶类Al-Si合金替代A356合金,必将产生巨大的经济效益。因此,针对A356合金和共晶类铸造Al-Si合金各自存在的问题,发明了一种高成形性、高强度、高韧性、低成本的铸造Al-Si合金——HHLAlSi合金,用以替代A356合金。
发明内容
本发明提供一种能够提高共晶类铸造Al-Si合金力学性能、达到A356合金力学性能标准的铸造铝硅合金。
本发明采用如下技术方案:
一种铸造铝硅合金,其成分和配比如下:
Si:11.0%~13.5%;Mg:0.15%~0.55%;Sr:0.015%~0.080%;B:0.010%~0.050%;Cu:<0.20%;Fe:<0.20%;Zn:<0.10%;Mn:<0.10%;Ti:<0.10%;其它杂质单个<0.05%,总量<0.15%;余量Al,上述百分比均为质量百分比。
本发明充分利用共晶类铸造Al-Si合金高成形性、低成本的优点,通过添加强化元素、控制组织形态,提高力学性能,达到高强韧的目标,替代A356合金。采用工业生产中铸造铝合金的一般工艺进行生产。合金锭熔清后采用Sr+B联合熔体处理,细化组织中的共晶Si和枝晶团,从而获得高的力学性能。
本发明具有如下优点:
1、高成形性本发明所述AlSi合金中Si量在11.0%-13.5%,在Al-Si合金共晶点附近,合金液的流动性最优、补缩能力最强、吸气性最弱,可有效地消除气孔、缩孔及缩松等铸造缺陷;同A356合金相比,具有高的成形性,可生产高致密铸件;
2、高强韧本发明所述AlSi合金通过添加Sr+B进行熔体处理、控制组织形态,在铸态和T6态的抗拉强度和伸长率都超过A356合金;
3、低成本本发明所述AlSi合金中Si量比A356合金高,且无需添加Ti,综合考虑熔体处理成本后每吨铸件可节省原材料成本约200元以上;AlSi合金的成形温度可低于A356合金,因而可显著提高成形模具的使用寿命,降低铸件生产成本中的模具成本。
附图说明
图1是AlSi合金显微组织图,显示枝晶团尺寸细小、分布均匀。
图2是AlSi合金显微组织的另一幅图,显示细小的共晶Si纤维。
具体实施方式
实施例1:
一种铸造铝硅合金,其成分和配比如下:Si:11.0%~13.5%;Mg:0.15%~0.55%;Sr:0.015%~0.080%;B:0.010%~0.050%;Cu:<0.20%;Fe:<0.20%;Zn:<0.10%;Mn:<0.10%;Ti:<0.10%;其它杂质单个<0.05%,总量<0.15%;余量Al,上述百分比均为质量百分比,在本实施例中,Si可取11.0%、12%或13.5%;Mg可取0.15%、0.35%或0.55%;Sr可取0.015%、0.045%或0.080%;B可取0.010%、0.030%或0.050%;Cu:<0.20%,可取0.18%或0.02%;Fe:<0.20%,可取0.19%或0.01%;Zn:<0.10%,可取0.19%或0.015%;Mn:<0.10%,可取0.16%或0.005%;Ti:<0.10%,可取0.09%或0.005%;Mn:<0.10%,可取0.09%或0.01%;其它杂质单个<0.05%,总量<0.15%;余量Al。
实施例2
室内温度20℃,相对湿度20%。
按AlSi合金化学成分的要求配制的合金于760℃熔清后于730℃进行去气除渣精炼,加入Al-10Sr中间合金(市场购买:南京云海特种金属有限公司)和Al-3B中间合金(市场购买:徐州华源特种材料厂)进行Sr+B联合熔体处理,690~710℃时浇入到标准拉伸试棒模中(铸铁型,预热温度250~300℃),生产10根单铸试棒(标称直径12mm),其中5根按A356合金T6规程进行热处理(固溶温度535±5℃,固溶时间6小时;时效温度155±5℃,固溶时间3小时)。拉伸实验在WJ-10型机械式万能实验机上进行。合金的化学成分用ICP直读光谱仪测定。结果如下:
主要化学成分
Si:11.82%;Mg:0.33%;Sr:0.034%;B:0.032%;Fe:0.20%;Cu:0.15%;Zn:0.05%;Mn:0.08%;Ti:0.06%;其它杂质元素含量符合要求。
力学性能
试棒状态 | 抗拉强度,MPa | 伸长率,% | ||
5根试棒平均值 | 最低值 | 5根试棒平均值 | 最低值 | |
铸态 | 270.5 | 262.4 | 9.8 | 7.6 |
T6态 | 345.2 | 334.7 | 15.1 | 13.0 |
实施例3:
室内温度25℃,相对湿度40%。
10根试棒的生产与测定过程同实施例2。
主要化学成分
Si:12.57%;Mg:0.30%;Sr:0.045%;B:0.026%;Fe:0.18%;Cu:0.13%;Zn:0.06%;Mn:0.07%;Ti:0.04%;其它杂质元素含量符合要求。
力学性能
试棒状态 | 抗拉强度,MPa | 伸长率,% | ||
5根试棒平均值 | 最低值 | 5根试棒平均值 | 最低值 | |
铸态 | 260.4 | 251.3 | 8.5 | 7.1 |
T6态 | 330.8 | 321.9 | 14.2 | 12.8 |
实施例4:
室内温度30℃,相对湿度60%。
10根试棒的生产与测定过程同实施例2。
主要化学成分
Si:13.25%;Mg:0.25%;Sr:0.048%;B:0.022%;Fe:0.19%;Cu:0.17%;Zn:0.07%;Mn:0.08%;Ti:0.04%;其它杂质元素含量符合要求。
力学性能
试棒状态 | 抗拉强度,MPa | 伸长率,% | ||
5根试棒平均值 | 最低值 | 5根试棒平均值 | 最低值 | |
铸态 | 254.7 | 247.2 | 8.0 | 6.9 |
T6态 | 325.3 | 317.7 | 13.5 | 11.7 |
三个实施例的结果表明,HHLAlSi合金T6状态下的力学性能远超过了A356合金相同状态下力学性能标准的要求。
Claims (1)
1、一种铸造铝硅合金,其特征在于其成分和配比如下:
Si:11.0%~13.5%;Mg:0.15%~0.55%;Sr:0.015%~0.080%;B:0.010%~0.050%;Cu:<0.20%;Fe:<0.20%;Zn:<0.10%;Mn:<0.10%;Ti:<0.10%;其它杂质单个<0.05%,总量<0.15%;余量Al,上述百分比均为质量百分比。
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