CN1847429A - 铸造铝硅合金 - Google Patents

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

铸造铝硅合金

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σ_b≥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：σ_b≥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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