铝硅系合金及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种铝硅系合金及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 铸造铝合金作为传统的金属材料，具有比重低、比强度高、易加工、成本低和耐腐 蚀性能，生产零件灵活、简单，易于批量生产等特点，广泛应用于航空、航天、汽车、机械等行 业。随着现代工业的发展，挤压铸造的应用越来越多。尽管成形过程中挤压铸造施加了较 大的压力，有利于铸件的成型，但由于成型时间短，相对于金属型铸造(重力铸造)，对材料 的流动性要求更高。而高强韧材料一般流动性略差，因此挤压铸造制作的高强韧复杂零件 内部缺陷难以避免。
[0003] 目前高强韧铸造铝合金已形成完整系列，性能和生产工艺都趋于稳定。高强韧铸 造铝合金主要有铝铜系和铝锌系的合金，以及添加了稀土的改良型铝合金。铝铜系和铝锌 系的合金铸造性能偏差，耐腐蚀性能较差，添加稀土的改良型铝合金则成本较高。由于汽 车、机械和通讯等行业要求具有优良的铸造性能，如流动性好、气密性好和热裂倾向小，具 有高的强度和优良的韧性，同时又要耐腐蚀性能好，成本低，适合大批量生产，需要对铝硅 系合金进行改进。多年来，为获得适用于挤压铸造的高强韧铝合金，国内外开展了多方位的 研究，如加入锶元素的A356材料，但存在内部针孔以及流动性偏差等问题。也有一些研究 通过添加稀土等元素来改进，提高铸造性能和力学性能，但是熔铸工艺较复杂，成本较高。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的是提供一种铝硅系合金及其生产方法，旨在保证低成本的前提 下，提高铝合金的强度和韧性，改善铝硅合金的挤压铸造成形性能。
[0005] 本发明提出一种铝硅系合金，按重量百分比计，包括以下组分：硅7. 5%-10. 2%，镁 0· 35%-0· 60%，钛 0· 10%-0· 25%，硼 0· 010%-0· 025%，铜 L 5%-2· 5%，铝余量。
[0006] 优选地，所述硅为7. 8%-9. 1%，所述镁为0. 40%-0. 50%，所述钛为0. 15%-0. 20%，所 述硼为0. 015%-0. 020%，所述铜为I. 6%-2. 2%，所述铝余量。
[0007] 优选地，所述硅为8. 2%，所述镁为0. 48%，所述钛为0. 20%，所述硼为0. 02%，所述铜 为2. 2%，所述错余量。
[0008] 本发明还提出一种铝硅系合金的生产方法，包括：
[0009] 按照元素的重量百分比为硅7. 5%-9. 6%，镁0. 35%-0. 55%，钛0. 10%-0. 25%，硼 0. 010%-0. 025%，铜I. 5%-2. 5%，铝余量进行原材料配比；
[0010] 对配比后的原材料进行熔炼得到铝合金溶液，并对铝合金溶液挤压铸造成型形成 铝硅合金零件；
[0011] 对挤压铸造成型后的铝硅合金零件进行热处理。
[0012] 优选地，所述对挤压铸造成型后的铝硅合金零件进行热处理的步骤包括：
[0013] 对挤压铸造成型后的铝硅合金零件进行温度527°C ±5°C，时长8小时的固溶处 理；
[0014] 采用35°C -60°c的温水对固溶处理后的铝硅合金进行冷却；
[0015] 对冷却后的铝硅合金零件进行温度154°C ±5°C，时长8小时的时效处理。
[0016] 优选地，所述对配比后的原材料进行熔炼得到铝合金溶液，并对铝合金溶液挤压 铸造成型形成铝硅合金零件的步骤包括：
[0017] 将配比的原材料按照熔点由低到高依次的加入熔炼炉；
[0018] 在725°C ±5 °C的温度条件下持续15min对原材料进行精炼处理得到铝合金溶 液；
[0019] 将得到的铝合金溶液在690°C ±5°C的温度条件下挤压铸造成型形成铝硅合金零 件。
[0020] 本发明还提出一种铝硅系合金，按重量百分比计，包括以下组分：硅7. 5%-10. 2%， 镁(λ 35%-0· 60%，钛(λ 10%-0· 25%，钒(λ 01%-0· 10%，铜 L 5%-2· 5%，铝余量。
[0021] 优选地，所述硅为7. 8%-9. 1%，所述镁为0. 40%-0. 50%，所述钛为0. 15%-0. 20%，所 述钒为0. 015%-0. 020%，所述铜为I. 6%-2. 2%，所述铝余量。
[0022] 优选地，所述硅为8. 2%，所述镁为0. 48%，所述钛为0. 20%，所述钒为0. 15%，所述铜 为2. 2%，所述错余量。
[0023] 本发明还提出一种铝硅系合金的生产方法，包括：
[0024] 按照元素的重量百分比为硅7. 5%-10· 2%，镁0· 35%-0· 60%，钛0· 10%-0· 25%，钒 0. 01%-0. 10%，铜I. 5%-2. 5%，铝余量进行原材料配比；
[0025] 对配比后的原材料进行熔炼得到铝合金溶液，并对铝合金溶液挤压铸造成型形成 铝硅合金零件；
[0026] 对挤压铸造成型后的铝硅合金零件进行热处理。
[0027] 优选地，所述对挤压铸造成型后的铝硅合金零件进行热处理的步骤包括：
[0028] 对挤压成型后的铝硅合金零件进行温度527°C ±5°C，时长8小时的固溶处理；
[0029] 采用35°C -60°C的温水对固溶处理后的铝硅合金进行冷却；
[0030] 对冷却后的铝硅合金零件进行温度154°C ±5°C，时长8小时的时效处理。
[0031] 优选地，所述对配比后的原材料进行熔炼得到铝合金溶液，并对铝合金溶液挤压 铸造成型形成铝硅合金零件的步骤包括：
[0032] 将配比的原材料按照熔点由低到高依次的加入熔炼炉；
[0033] 在725°C ±5 °C的温度条件下持续15min对原材料进行精炼处理得到铝合金溶 液；
[0034] 将得到的铝合金溶液在690°C ±5°C的温度条件下挤压铸造成型形成铝硅合金零 件。
[0035] 本发明提出的铝硅系合金及其生产方法，该铝硅系合金按重量百分比计，包括组 分：硅 7. 5%-10· 2%，镁 0· 35%-0· 60%，钛 0· 10%-0· 25%，硼 0· 010%-0· 025%，铜 L 5%-2· 5%，铝 余量；或者该铝硅系合金按重量百分比计，包括组分：硅7. 5%-10. 2%，镁0. 35%-0. 60%，钛 0. 10%-0. 25%，钒0. 01%-0. 10%，铜I. 5%-2. 5%，铝余量，该铝硅系合金的强度及韧性均较好， 易于加工，并且流动性好适用于复杂零件的生产，改善铝硅合金的挤压铸造成形性能，同时 成本较低。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合具体实施例就本发明的技术方案做进一步的说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037] 实施例1
[0038] 本实施例所涉及的组分含量按表1指定的含量给定。
[0039] 铝硅合金按照以下步骤制成：
[0040] 步骤S10,按照元素的重量百分比为硅7. 5%-10. 2%，镁0. 35%-0. 60%，钛 0. 10%-0. 25%，钒0. 10%-0. 20%，铜I. 5%-2. 5%，铝余量进行原材料配比；
[0041] 在本实施例中，原材料为纯铝、纯镁、铝铜合金、铝硅中间合金、铝钛中间合金、铝 硼中间合金等。可用钛硼合金或铝钛硼中间合金代替铝钛中间合金和铝硼中间合金，也可 在成分固定的354、A356等铝硅系合金的基础上加入其它合金以调整合金的成分，并且可 采用354、A356等铝硅系合金的废料来生产，节省制造工序以节省成本。
[0042] 步骤S20,对配比后的原材料进行熔炼得到铝合金溶液，并对铝合金溶液挤压铸造 成型形成铝硅合金零件；
[0043] 在本实施例中熔炼温度优选为725°C ±5°C，精炼时长为15min，精炼时采用的保 护气体为氩气或氮气，在精炼的同时，进行扒渣操作，以去除杂质；在精炼之后静置预设的 时间间隔(例如IOmin),检测烙融状态的原材料的含氢量、含渔量合格后，以690°C ±5°C进 行挤压铸造成型形成铝硅合金零件，以确保挤压成型后的形成铝硅合金零件合格，避免出 现缺陷(例如疏松、硬质点以及成分不足)，导致材料的浪费。
[0044] 在本实施例中，熔炼可采用坩埚以及中频电磁炉等熔炼装置对混合后的原材料进 行熔炼，以下以坩埚为例熔炼100公斤铝合金溶液进行说明：
[0045] 预热坩埚至300°C以上时加入63. 5公斤的纯铝锭（A199. 80)、30. 2公斤的铝硅中 间合金（25%Si)、3. 4公斤的铝铜合金（50%Cu)，继续加热至700°C时加入0. 4公斤的纯镁锭 (Mg99. 95)，加热至720°C时加入0. 46公斤的铝钛硼合金（40%Ti4%B)，并采用GBF (气泡过 滤）法精炼溶液，同时扒渣。
[0046] 步骤S30,对挤压铸造成型后的铝硅合金零件进行热处理。
[0047] 通过挤压铸造成形，挤压成型后的铝硅合金零件降到室温后，放入固溶炉中，固溶 炉温度为527°C ±5°C时，持续保温8小时进行固溶处理，通过固溶处理使得各种元素溶解 的更加均匀，以提高铝硅合金零件的韧性，在对原材料进行固溶处理后采用35°C -60°C的 温水进行冷却，然后在154°C ±5°C的温度条件下，持续8小时进行时效处理，以消除该铝硅 合金零件中的内应力，提高铝硅合金零件的强度和韧性，并且使得该铝硅合金零件更易加 工。
[0048] 对挤压成型后的铝硅合金进行固溶处理以及时效处理之后，使得该铝硅合金的强 度、韧性、耐腐蚀性能和铸造性能较好，且未加入稀土元素，成本较低且流动性好，适用于复 杂零件的挤压铸造生产，改善了铝硅合金的挤压铸造成形性能。该铝硅系合金的力学性能 测试结果如表1所示。
[0049] 实施例2
[0050] 按表1中的原料组分重复实施例1的步骤，对实施例2中的原材料按实施例1所 述的步骤生产的铝硅系合金的力学性能检测结果如表1所示。
[0051] 实施例3
[0052] 按表1中的原料组分重复实施例1的步骤，对实施例3中的原材料按实施例1所 述的步骤生产的铝硅系合金的力学性能检测结果如表1所示。
[0053] 实施例4
[0054] 按表1中的原料组分重复实施例1的步骤，对实施例4中的原材料按实施例1所 述的步骤生产的铝硅系合金的力学性能检测结果如表1所示。
[0055] 实施例5
[0056] 按表1中的原料组分重复实施例1的步骤，对实施例5中的原材料按实施例1所 述的步骤生产的铝硅系合金的力学性能检测结果如表1所示。
[0057] 实施例6
[0058] 按表1中的原料组分重复实施例1的步骤，对实施例6中的原材料