一种高强度铸造铝合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高强度铸造铝合金，热处理后性能接近锻造铝合金，适用于重力 浇注，属于金属材料领域。
【背景技术】
[0002] 随着汽车和通讯行业轻量化的发展，汽车轻量化新材料和新工艺是未来的需求。 轻量化新材料是轻量化的主要手段，安全性是轻量化的前提，人们在对传统的结构进行优 化设计时，会进行有优化设计，部分厚度变薄，这对材料强度要求比较高，亟需研发高强度 的轻合金满足未来轻量化材料的需求。研发一种高强度铸造铝合金对于汽车、通讯行业的 轻量化发展是非常有必要的。
[0003] 在汽车和机械行业，随着轻量化的推进，"以铸带锻、以铝带钢"已经成为汽车、通 讯轻量化的一种趋势。汽车零配件铝合金零配件的比例越来越高，压铸件是汽车零配件常 见的工艺，但由于压铸件不能热处理强化，且存在缩松和缩孔的问题，压铸件只能用于汽车 非结构件。目前、汽车上的结构件主要是高强钢、铸铁和锻造铝合金，结构件对材料强度要 求较高。高端汽车铝合金件比例明显高于普通车，原因是高档车铝合金零配件采用的是 高强度锻造铝合金，锻造铝合金强度高，优化设计后，铝合金零配件强度不低于钢件和铸铁 件，但锻造铝合金成本高，加工工艺复杂，大规模推广难度较大。为了推进铝合金在汽车零 配件上的使用比例，亟需开发一种高强度铝合金，可以用铸造工艺达到锻造铝合金的强度， 减少成本。
[0004]目前存在的几个系类高强度铝合金，主要是AL-CU系列，5系和7系铝合金，但5 系和7系常规的铝合金流动性能不好，存在热裂倾向，只能用于结构简单的结构件，复杂的 结构件无法充型完整。本发明主要针对现有系列铸造铝合金为基础，通过多元化合金优化， 改善目前铸造铝合金强度不高、流动性能差、有热裂倾向的缺点。发明一种高强度铸造铝合 金，强度高，铸造流动性好。
[0005] 本发明立足于合金元素的固溶强化和时效热处理强化，合理配比合金元素的种类 和比例，制备多元化合金，通过合金元素的协同作用制备高强度铸造铝合金，加入的合金元 素主要是Cu, Si，Mg，Mn, Zr, Ti等元素，开发高强度的AL-Cu-Si-Mg-Mn-Zr-Ti多元化高强度 铝合金。
【发明内容】
[0006] 1、本发明的目的。
[0007] 本发明的目的是提供一种高强度铝合金的制备方法，Al-Cu-Si-Mg-Mn-Zr-Ti铝合 金，该铝合金材料在25°C，屈服强度170-220MPa，抗拉强度300-380MPa，延伸率3-7%。该 合金可用于汽车和通讯行业形状复杂且对强度要求较高的零部件上面，相对常规铝合金， 有高强度和铸造流动性好的优点，具有良好的应用前景。
[0008] 2、本发明所采用的技术方案。
[0009] -种高强度铸造铝合金，该合金的化学成分含量为：Cu的含量1 一 3wt. %，Si的 含量为0. 1-lwt. %，Mg的含量为0. 15 - 1. 5wt. %，Mn的含量为0. 05 - 0. 2%, Zr的含量为 0. 02 - 0. 2%，Ti的含量为0. 1-0. 3%，其余为铝和其它杂质元素，其它杂质元素含量小于 0.005%〇
[0010] 在本发明的高强度铸造铝合金，所述的Cu的含量优选为1. 5 - 3. Owt. % 在本发明的高强度铸造铝合金，所述的Si的含量优选为0. 1 - 0. 8wt. % 在本发明的高强度铸造铝合金，所述的Mg的含量优选为0. 15 - 1. Owt. % 在本发明的高强度铸造铝合金，所述的Mn的含量优选为0. 05 - 0. 15wt. % 在本发明的高强度铸造铝合金，所述的Zr的含量优选为0. 02 - 0. 15wt. % 在本发明的高强度铸造铝合金，所述的Ti的含量优选为0. 1 - 0. 25wt. % 在本发明的高强度铸造铝合金，其它杂质含量小于〇. 004% 合金元素加入要求：Cu元素以Al-Cu中间合金形式加入，Si元素可以以纯Si或者 Al-Si中间合金形式加入，Mg元素可以Mg锭形式或者Mg-AL中间合金形式加入，Mn元素 Al-Zn中间合金形式加入，Sr以中间合金Al-Sr中间合金形式加入。上述合金元素加入时 需要考虑合金的烧损率，保证烧损后的合金元素比例在发明专利要求元素比例范围之内。
[0011] 所述的铝合金按照如下步骤进行制备： (1)准备原材料和炉子清理，炉子需要清洗干净，避免残留的合金影响合金的性能。现 根据合金成分比例备料，合金元素可以以纯合金和中间形式加入，Cu元素以Al-Cu合金加 入，Si元素以单质或则Al-Si中间合金形式加入，Mg元素是以纯Mg或则Al-Mg合金加入， Mn元素是以Al-Mn合金加入；Zr元素以Al-Zr合金形式加入；Ti元素以Al-Ti合金形式加 入。
[0012] (2)铝锭表面清洗干净后，将纯铝锭放入井式炉坩埚内，加热坩埚进行熔炼，铝液 温度控制在690-710°C之间。
[0013] (3)待铝液温度达到700°C时，将烘干后的Al-Cu中间合金、Al-Si合金、Al-Mg合 金加入到铝液中，铝液升温至760°C，将Al-Zr中间合金，Al-Mn中间合金，一起加入到铝液 中，保温5分钟后，加入Al-Ti中间合，保温15分钟，保证加入的中间合金全部熔化。
[0014] (4)铝液温度达到750°C时，开始加入铝合金专用精炼剂进行精炼，精炼过程中用 精炼勺上下搅拌5分钟至合金精炼充分。精炼降温至730°C保温、静置5分钟，使夹杂物充 分的上浮或者下沉，然后进行拔渣。
[0015] (5)铝液温度730°C时进行变质处理，加入AL-Ti-B变质剂进行变质，搅拌充分后 静置10分钟。静置后拔渣，去除表面氧化皮和底部杂质。
[0016] (6)将精炼、变质后的铝液温度降至700°C准备浇注，采用金属型重力浇注工艺，浇 注模具在烘箱中升温至200°C，用料勺将铝液加入到模具之中，模具冷却后，铸件取出，检测 力学性能。
[0017] 3、本发明的有益效果。
[0018] 该合金适应与重力浇注工艺，该高强度铸造合金20°C下铸件的屈服强度压铸件抗 拉强度320-370Pa之间，屈服强度200-260MPa之间，延伸率2-6%之间，可用于汽车、通讯等 行业对材料性能要求的结构件上。与常规铝铜系列合金相比，在强度上面有明显的优势。
【具体实施方式】
[0019] 为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有 益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发 明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应 视为本发明的技术方案范畴。 实施例
[0020] 以 25kg 为例，根据 AL-1. 5Cu-0.1 Si-O. 5Mg-0. 05Mn-0. 02Zr-0.1 Ti 配比为例，计算 出中间合金的质量，进行备料。
[0021] 准备原材料和炉子清理，炉子需要清洗干净，避免残留的合金影响合金的性能。现 根据合金成分比例备料，合金元素可以以纯合金和中间形式加入，Cu元素以Al-Cu合金加 入，Si元素以单质或则Al-Si中间合金形式加入，Mg元素是以纯Mg或则Al-Mg合金加入， Mn元素是以Al-Mn合金加入；Zr元素以Al-Zr合金形式加入；Ti元素以Al-Ti合金形式加 入。
[0022] 铝锭表面清洗干净后，将纯铝锭放入井式炉坩埚内，加热坩埚进行熔炼，铝液温度 控制在690-710°C之间。
[0023] 待铝液温度达到700°C时，将烘干后的Al- Cu中间合金、Al-Si合金、Al-Mg合金 加入到铝液中，铝液升温至760°C，将Al-Zr中间合金，Al-Mn中间合金，一起加入到铝液 中，保温5分钟后，加入Al-Ti中间合，保温15分钟，保证加入的中间合金全部熔化。
[0024] 铝液温度达到750°C时，开始加入铝合金专用精炼剂进行精炼，精炼过程中用精炼 勺上下搅拌5分钟至合金精炼充分。精炼降温至730°C保温、静置5分钟，使夹杂物充分的 上浮或者下沉，然后进行拔渣。
[0025] 铝液温度730°C时进行变质处理，加入AL-Ti-B变质剂进行变质，搅拌充分后静置 10分钟。静置后拔渣，去除表面氧化皮和底部杂质。
[0026] 将精炼、变质后的铝液温度降至700°C准备浇注，采用金属型重力浇注工艺，浇注 模具在烘箱中升温至200°C，用料勺将铝液加入到模具之中，模具冷却后，铸件取出，检测力 学性能。该高强度铸造合金20°