专利名称：：半固态成形用Al-Si-Cu合金的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种半固态成形用A1-Si-Cu合金，属铝合金铸造工艺
技术领域：
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背景技术：
：从目前涉及的半固态成形合金看，真正投入实际应用的半固态成形合金种类有限，如A356、A357、AZ91D及一部分锻造铝合金等。目前应用较多和比较成熟的半固态成形用合金如A356、A357，它们的固液区间比较大，适合半固态成形，但是半固态成形件的力学性能较低，已经不能满足工业发展的需要，而锻造合金经过半固态成形的力学性能较高，但是它们的凝固区间较小，不容易控制半固态成形过程。因此，应该研究开发新型半固态成形合金，以满足各种不同结构和性能等级的需求，充分发挥半固态成形技术的优势。为克服上述传统的半固态铝合金成分选择范围较窄的局限，我们借助THERMO-CALC计算机软件并结合半固态成形过程的特点，给出了Al-Si-Cu合金适合半固态成形的成分范围，从温度区间来看，符合4《Si《7、2《Cu《5，Cu《Si，且Mg《1，Fe《0.2的铝合金成分有比较合适的半固态区间，且含Si5X左右时半固态区间最大。在这个基础上，选择AlSi5Cu3合金进行半固态成形的研究。
发明内容本发明的目的是提供一种半固态成形用Al-Si-Cu合金。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。—种半固态成形用A1-Si-Cu合金，其特征在于它的化学成分为Si47wt%，Cu25wt%，Mg0.1lwt%，Mn0.20.6wt%，Fe0.010.2wt^，余量为Al，其中Cu含量小于等于Si含量。本发明在借助计算机模拟的基础上，对A1-Si-Cu合金做半固态成形可行性的研究，以增加适于半固态成形的铝合金种类，提高半固态成形后零件的力学性能，为半固态成形提供更加广阔的发展前景。本发明为了提高半固态成形件的力学性能，在Al-Si系合金中加入了少量的Cu和Mg，在Al-Si系合金中，随着Si的增力口，结晶区间变小，共晶体增力口，流动性也随之提高，但是过高的Si会导致凝固区间偏小，因此本发明要求4《Si《7，Cu是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2相有明显的时效强化效果，但是Cu会损害铝合金的一部分塑性，因此本发明要求2《Cu《5，Mg对Al的强化效果也是很明显的，时效析出的Mg^i成弥散相分布，使a(Al)的结晶点阵发生畸变，强化合金，力学性能大幅度提高，本发明Mg含量小于1%，铝合金中的Fe过高会使铸件产生脆性，因此本发明要求Fe含量要小于0.2%，Mn可以通过形成MnAl2，可以溶解杂质铁，进而形成(Fe、Mn)Al6，以减少铁的有害影响，因此要求Mn含量约为0.4%左右。另外，根据半固态成形用合金在加热后需要满足的温度和固相率之间的关系，选择含液相40%和60%对应的温度区间作为Al-Si-Cu系合金的半固态区间，并根据铝合金半固态成形过程的特点，提出了适合半固态成形的铝合金的热力学特点和原则1)合金应具有较宽的固液相线区间ATS—pATS—工过小不利于初生相形成和固相体积的控制，ATS—工过大热裂敏感性比较大，容易产生气孔等缺陷，设定30K《ATS—工《150K。A356合金的ATS—i是71K。2)无论是触变成形还是流变成形，半固态成形时合金的液相分数通常控制在含液相40%和60%之间，因此要求合金在这个区间对温度的敏感性要小，以保证容易控制合金的固相含量，满足触变成形和流变成形时的需要。3)共晶反应发生在含液相40%和60%对应的温度区间内，在液相分数40%和60X之间与温度的关系斜率K二，S0.02，且液相分数40%和60%对应的温度要小于585°C，以免铝合金与钢质工具发生焊合。4)由于在感应加热时需要一定的液相含量，因此，含液相40%时对应的温度应高于a-A1相开始熔化的温度，以保证感应加热时初生a-A1相的球化，保证感应加热后的坯料具有较好的流动性。综合以上考虑，当4《Si《7、2《Cu《5，Cu《Si，且Mg《1，Fe《0.2的Al-Si-Cu合金成分有比较合适的半固态区间，且含Si5X左右时半固态区间最大。在此基础上，选择AlSi5Cu3Mg合金进行半固态成形过程的系统研究，其中，该合金的半固态温度区间为28°C，K=0.007，在这个基础上实施AlSi5Cu3Mg合金的半固态成形。本发明是一种新型半固态成形用Al-Si-Cu合金1首先根据热力学计算分析A1-Si-Cu合金的液相分数随温度的变化关系，根据适合半固态成形的铝合金的热力学特点和原则，设计适合半固态成形的成分范围2选择其中一种合金(AlSi5Cu3Mg)坯料的制备和感应加热，分析坯料和感应加热后坯料的组织及加热时的变化特点3利用具备电磁搅拌的连铸法制备非树枝晶AlSi5Cu3Mg合金坯料，并对AlSi5Cu3Mg坯料感应加热4选择合适的工艺对AlSi5Cu3Mg合金半固态触变成形本发明的优点和特点如下1本发明从热力学计算出发预测Al-Si-Cu合金的热力学特点，找出适合半固态成形的Al-Si-Cu铝合金的成分范围，同时预测Al-Si-Cu合金在感应加热时熔化过程中液相_温度的变化状况，为感应加热过程提供一些热力学方面的依据，在一定程度上预测半固态可行性又可以减少试验量，提高半固态成形研究的效率。2所需的半固态温度比A356低，所需要的感应加热时间短，有利于节约能源，更容易控制合金的液相分数，选择合适的加热区间。3增加适合半固态成形合金的种类，提高了半固态成型件的力学性能，满足不同场合的要求。图1非树枝晶坯料金相组织图2压铸板材金相组织具体实施例方式现将本发明的具体实施例叙述于后。实施例1首先，按一定比例加入原料，配置成分为AlSi5Cu3Mg的合金，进行熔炼、除渣等一系列处理，等到合适的温度后，利用电磁搅拌在连铸机器上进行连铸。对连铸的坯料做成分和组织的分析，分析是否满足非树枝晶坯料的要求，采用移动式光谱仪PMI-MASTERPRO分析成分，分析结果如表1所示。表1非树枝晶坯料的成分元素SiCuMgMnFeAl含量wt%5.4032.9130.7100.3880.147余量上述成分符合坯料成分设计要求，另外，对坯料的组织分析的结果如图1所示。从金相我们可以看出，坯料的组织为初生a相+共晶基体，利用GRHIC软件对金相做了定量统计，结果为初生a相的圆整度为0.488，半径为16.18微米。从结果来看，坯料的组织符合非树枝晶坯料的要求，满足半固态成形的基本条件。对坯料做感应加热的探索，根据热力学计算的结果和DSC分析的结果，选择合适的加热工艺，探索加热时间对坯料的影响，最后找出适合半固态成形的加热工艺，根据相图的计算结果，选择32.5s-33.6s的时间做感应加热。使用合适的成型工艺，对坯料做感应加热，对感应加热后的坯料进行半固态触变成形，成功的制备出AlSi5Cu3Mg合金的半固态成型件。成型件的组织和性能如图2和表2所示。对模具温度为20(TC压铸后的零件进行力学性能的分析，发现快压后铸件的硬度93.2HB。抗拉强度为305.45MPa，延伸率为6.77%。AlSi5Cu3Mg合金的整个半固态特点和A356合金的半固态特点比较如表2所示。表2AlSi5Cu3Mg合金和A356合金半固态特点的比较5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>从结果我们可以看出，AlSi5Cu3Mg合金经过半固态成形，其铸件比A356合金的半固态成形件具有更优良的力学性能，成形后的铸件和热处理后铸件的抗拉强度得到很大提高，分别比A356提高25.31%和21.90%左右。据有关资料介绍，汽车的质量每减少1%，其耗油量将降低0.6%1%，因此，这对当前汽车行业的轻量化趋势具有重要意义，性能提高可以大幅度减轻汽车零件的重量，从而可以大幅度降低耗油量。权利要求一种半固态成形用Al-Si-Cu合金，其特征在于它的化学成分为Si4～7wt％，Cu2～5wt％，Mg0.1～1wt％，Mn0.2～0.6wt％，Fe0.01～0.2wt％，余量为Al，其中Cu含量小于等于Si含量。全文摘要本发明涉及一种半固态成形用Al-Si-Cu合金，属铝合金铸造工艺
技术领域：
。本发明的半固态成形用Al-Si-Cu合金的化学成分为Si4～7wt％，Cu2～5wt％，Mg0.1～1wt％，Mn0.2～0.6wt％，Fe0.01～0.2wt％，余量为Al，其中Cu含量小于等于Si含量。本发明合金可提高半固态成型件的力学性能，同时增加适合半固态成形的合金种类。本发明适合于铝合金零件的生产，能得到力学性能好的压铸件。文档编号C22C21/02GK101709413SQ200910199549公开日2010年5月19日申请日期2009年11月26日优先权日2009年11月26日发明者尹湘林,彭坤,杨弋涛,游佳迪,王红燕,邵光杰,邵玉鹏申请人:上海大学