本发明涉及合金领域，具体地，涉及一种半固态压铸铝合金及制备半固态压铸铝合金铸件的方法。
背景技术：
：压铸是一种液态成型方式，由于压射速度快，液体在模腔中容易形成紊流，将模腔中的空气卷入产品中；在液体碰到模具瞬间温差较大，表面的液体快速凝固，增加了芯部液体流动阻力，因此不能很好的融合进而形成冷隔，同时合金在熔炼、铸造过程中由于引入氧化物或一些其它杂质，最终也导致产品性能降低。随着3C和汽车产品的迅猛发展，压铸铝合金得到快速应用，到20世纪80年代，美国68％的铝合金构件采用压铸技术生产，目前，工业使用的压铸铝合金主要有铝硅合金、铝镁合金、铝锌合金、铝硅铜合金以及铝硅镁合金。普通压铸最常用的压铸合金是ADC12，其屈服强度约190MPa，抗拉强度约280MPa，延伸率2-3％，不能进行热处理强化。而变形铝合金(包括挤压、锻造、轧制等用铝合金)尽管力学性能高，且性能稳定，但由于工艺条件苛刻，装备要求高而不能成型复杂的零部件，无法实现汽车零部件的简约化、集成化发展需求。技术实现要素：本公开的目的是提供一种半固态压铸铝合金及制备半固态压铸铝合金铸件的方法，该半固态压铸铝合金兼有高强度和高塑性，能够进行高压铸造，既能成型出各种复杂零部件，而且能够保证较高的力学性能。为了实现上述目的，本公开提供一种半固态压铸铝合金，该半固态压铸铝合金含有合金元素、不可避免的杂质和余量的铝元素；以所述半固态压铸铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：7.5-9.5重量％的Si、3.5-4.8重量％的Cu、0.5-0.75重量％的Mn、0.01-0.5重量％的Ti和0.01-0.35重量％的稀土元素。优选地，以所述半固态压铸铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：8.0-9.0重量％的Si、3.5-4.5重量％的Cu、0.5-0.6重量％的Mn、0.05-0.25重量％的Ti和0.15-0.25重量％的稀土元素。优选地，所述稀土元素包括La、Ce、Pr和Nd中的至少一种。优选地，所述半固态压铸铝合金中的杂质元素不超过0.8重量％。优选地，所述Ti和Cu的重量含量之比为1：(14-90)。优选地，所述半固态压铸铝合金由7.5-9.5重量％的Si、3.5-4.8重量％的Cu、0.5-0.75重量％的Mn、0.01-0.5重量％的Ti、0.01-0.35重量％的稀土元素、不超过0.8重量％的杂质元素和余量的铝组成。优选地，所述半固态压铸铝合金由8.0-9.0重量％的Si、3.5-4.5重量％的Cu、0.5-0.6重量％的Mn、0.05-0.25重量％的Ti、0.15-0.25重量％的稀土元素、不超过0.7重量％的杂质元素和余量的铝组成。优选地，所述半固态压铸铝合金的抗拉强度不低于370MPa，屈服强度不低于290MPa，延伸率不低于5.5％。优选地，所述半固态压铸铝合金的抗拉强度不低于380MPa，屈服强度不低于300MPa，延伸率不低于6％。本公开还提供一种制备半固态压铸铝合金铸件的方法，该方法包括：将铝合金原料进行配比熔炼后进行半固态压铸，得到半固态压铸铝合金铸件；所述铝合金原料使所得到的半固态压铸铝合金铸件的组成包括：以半固态压铸铝合金铸件的总重量为基准，7.5-9.5重量％的Si、3.5-4.8重量％的Cu、0.5-0.75重量％的Mn、0.01-0.5重量％的Ti、0.01-0.35重量％的稀土元素、余量的铝以及不可避免的杂质。通过上述技术方案，根据本公开的半固态压铸铝合金通过调整优化配方，并加入稀土元素，对合金熔体起到了除气除杂净化作用和细化晶粒的变质作用，同时增加了熔体流动性，提高了铸造性能。本公开的制备半固态压铸铝合金铸件的方法采用上述半固态压铸铝合金进行半固态压铸，该方法可以成型出各种复杂零部件，提高了铸件的力学性能，同时减少了铸件缺陷，提高了成品率。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。本公开提供一种半固态压铸铝合金，该半固态压铸铝合金含有合金元素、不可避免的杂质和余量的铝元素；以所述半固态压铸铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：7.5-9.5重量％的Si、3.5-4.8重量％的Cu、0.5-0.75重量％的Mn、0.01-0.5重量％的Ti和0.01-0.35重量％的稀土元素。根据本公开的半固态压铸铝合金通过调整优化配方，并加入稀土元素，对合金熔体起到了除气除杂净化作用和细化晶粒的变质作用，同时增加了熔体流动性，提高了铸造性能。根据本发明的半固态压铸铝合金，半固态压铸铝合金的组成成分在上述范围内时，可以在获得良好的铸造性能的同时，获得高机械性能。采用该配方得到的半固态压铸铝合金的抗拉强度不低于370MPa，屈服强度不低于290MPa，延伸率不低于5.5％。根据本公开，为了进一步提高所述半固态压铸铝合金的力学性能与铸造性能，优选地，以所述半固态压铸铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：8.0-9.0重量％的Si、3.5-4.5重量％的Cu、0.5-0.6重量％的Mn、0.05-0.25重量％的Ti和0.15-0.25重量％的稀土元素。根据该配方得到的半固态压铸铝合金的抗拉强度不低于380MPa，屈服强度不低于300MPa，延伸率不低于6％。根据本公开，所述稀土元素的种类没有特别的限制，可以为本领域技术人员所熟知的常规种类，可以为单一种类的稀土元素或混合稀土，为了降低原料成本，优选地，所述稀土元素可以包括La、Ce、Pr和Nd中的至少一种，各稀土元素的相对含量也没有特别要求。上述稀土元素可以为商购产品，为工业混合稀土。根据本公开，半固态压铸铝合金的纯度是影响铝合金性能的重要因素之一，为了使本公开的半固态压铸铝合金性能优良，优选地，所述半固态压铸铝合金中的杂质元素不超过0.8重量％。根据本公开，在半固态压铸铝合金中添加金属元素钛，可以细化晶粒，提高合金的强度与塑性，改善合金流动性，提高铸造性能；同时，添加金属元素铜，可以与钛形成Ti2Cu3相，分布于晶界处，使合金拉伸时的晶界滑移受到有效抑制，从而提升合金强度。为了进一步提高上述两种元素对所述半固态压铸铝合金性能的提升效果，优选地，所述Ti和Cu的重量含量之比可以为1：(7-350)，优选为1：(14-90)。为了进一步提高所述半固态压铸铝合金的力学性能与铸造性能，优选地，所述半固态压铸铝合金可以由7.5-9.5重量％的Si、3.5-4.8重量％的Cu、0.5-0.75重量％的Mn、0.01-0.5重量％的Ti、0.01-0.35重量％的稀土元素、不超过0.8重量％的杂质元素和余量的铝组成。进一步优选地，所述半固态压铸铝合金可以由8.0-9.0重量％的Si、3.5-4.5重量％的Cu、0.5-0.6重量％的Mn、0.05-0.25重量％的Ti、0.15-0.25重量％的稀土元素、不超过0.7重量％的杂质元素和余量的铝组成。本公开还提供一种制备半固态压铸铝合金铸件的方法，该方法包括：将铝合金原料进行配比熔炼后进行半固态压铸，得到半固态压铸铝合金铸件；所述铝合金原料使所得到的半固态压铸铝合金铸件的组成包括：以铝合金铸件的总重量为基准，7.5-9.5重量％的Si、3.5-4.8重量％的Cu、0.5-0.75重量％的Mn、0.01-0.5重量％的Ti、0.01-0.35重量％的稀土元素、余量的铝以及不可避免的杂质。根据本公开的制备半固态压铸铝合金铸件的方法，为了得到具有更高机械性能的半固态压铸铝合金铸件，在优选的情况下，所述铝合金原料使所得到的半固态压铸铝合金铸件的组成包括：以半固态压铸铝合金铸件的总重量为基准，8.0-9.0重量％的Si、3.5-4.5重量％的Cu、0.5-0.6重量％的Mn、0.05-0.25重量％的Ti、0.15-0.25重量％的稀土元素、余量的铝以及不可避免的杂质。根据本公开的制备半固态压铸铝合金铸件的方法，所述熔融可以在熔炼炉内进行，向熔炼炉内加入的铝合金原料可以是单质也可以是金属合金，只要加入的铝合金原料熔炼后得到的铝合金中的组成成分在上述范围内即可。在优选的情况下，所述铝合金原料可以为单质铝或铝的合金、单质硅或含硅的合金、单质铜或铜的合金、单质锰或锰的合金、单质钛或钛的合金、以及稀土元素单质或含有稀土的合金。在更优选的情况下，上述铝合金原料为单质铝、Al-Si合金、Al-Ti合金、Al-Cu合金、Al-Mn合金和Al-Re中间合金。另外，为了避免引入杂质元素影响铝合金的性能，优选金属单质的纯度为99.9重量％以上，合金中合金元素的合计含量为99.9重量％以上。根据本公开的制备半固态压铸铝合金铸件的方法，通过将铝合金原料进行配比熔炼后进行半固态压铸得到所述半固态压铸铝合金铸件，所述熔炼和半固态压铸可以采用常规的方法和操作条件，本公开不作特殊的要求。例如，熔炼工艺可以采用现有的备料→熔化→精炼→除渣→浇铸的步骤，具体地，本公开的制备半固态压铸铝合金铸件的方法可以包括如下步骤：步骤1、备料：1)原材料：准备好配方量的纯铝锭(纯度≥99.9wt％)、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Re中间合金；2)助熔剂：覆盖剂、精炼剂和变质剂，均可采用现有的用于铝合金制备的覆盖剂、精炼剂和变质剂，例如：覆盖剂SY-LF1、精炼剂六氯乙烷、变质剂K2ZrF6。步骤2、干燥：将准备好的原料进行干燥处理，其中，纯铝锭在100℃±10℃温度下烘干，而Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Re中间合金在150℃±10℃温度下烘干，烘干的作用是为了去除原料中的水分。步骤3、熔融合金化：首先将坩埚内壁涂覆上准备好的覆盖剂，然后预热至200-250℃，将称量好的铝锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Re中间合金锭放入坩埚中并加入覆盖剂加热熔化，待合金充分熔化后，搅拌均匀，整个熔化过程的时间控制在2-3H，且铝合金熔液的最终温度控制在750-770℃。步骤4、精炼：精炼的目的是清除合金液中的非金属夹杂物；在700-720℃时用钟罩将精炼剂六氯乙烷分批压入熔液面下约2/3处，均匀缓慢做顺时针转动，待六氯乙烷充分反应，将熔液中的夹杂、气体带出。要点是搅动的速度要缓慢。六氯乙烷的用量与合金成分及原铸锭质量有关，一般用量为炉料质量的0.5wt％-0.7wt％。在电阻炉内熔化，精炼时间在10min以内。步骤5、除渣：当使用六氯乙烷充分精炼后，将钟罩取出，清理掉残留的氧化物，将熔液表面的夹杂物用打渣勺捞出。步骤6、浇铸：合金扒渣处理后保温4-10min应立即进行浇注，浇注成压铸用合金锭或压铸块。浇注温度一般要求为720-750℃之间。步骤7，压铸：将上述压铸用合金锭或压铸块通过常规半固态压铸工艺压铸出样件，获得本公开的铝合金铸件。以下通过列举实施例，对本公开的铝合金及其制备方法进行进一步说明。但本公开并不限定于以下所列举的实施例。在本公开的下述实施例和对比例中，所述稀土元素为混合稀土(含有La39.8重量％，Ce58.8重量％)。实施例1本实施例用于说明本公开的半固态压铸铝合金及半固态压铸铝合金铸件的制备方法。所述半固态压铸铝合金的组成包括：以半固态压铸铝合金的总重量为基准，8.5重量％的Si、4.0重量％的Cu、0.55重量％的Mn、0.15重量％的Ti、0.20重量％的稀土元素以及余量的铝；将按照上述半固态压铸铝合金组成计量的铝锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Re中间合金锭放入涂覆有覆盖剂并预热至220℃的坩埚中并加入覆盖剂加热熔化，待合金充分熔化后，搅拌均匀，熔化过程在2.5h，且铝合金熔液的最终温度为750℃；在700-720℃时用钟罩将精炼剂六氯乙烷分批压入熔液面下约2/3处，均匀缓慢做顺时针转动，精炼8min，六氯乙烷的用量为炉料质量的0.5wt％；充分精炼后，将钟罩取出，清理掉残留的氧化物，将熔液表面的夹杂物用打渣勺捞出；保温5min，浇注成铝合金铸锭Z1，浇注温度750℃；将上述铝合金铸锭Z1通过常规半固态压铸工艺压铸出样件，得到本实施例的铝合金铸件A1。实施例2本实施例用于说明本公开的半固态压铸铝合金及半固态压铸铝合金铸件的制备方法。采用实施例1的方法，所不同的是，半固态压铸铝合金的组成包括：以半固态压铸铝合金的总重量为基准，9.5重量％的Si、3.5重量％的Cu、0.5重量％的Mn、0.01重量％的Ti、0.01重量％的稀土元素以及余量的铝，得到本实施例的铝合金铸件A2。实施例3本实施例用于说明本公开的半固态压铸铝合金及半固态压铸铝合金铸件的制备方法。采用实施例1的方法，所不同的是，半固态压铸铝合金的组成包括：以半固态压铸铝合金的总重量为基准，7.5重量％的Si、4.8重量％的Cu、0.75重量％的Mn、0.5重量％的Ti、0.35重量％的稀土元素以及余量的铝，得到本实施例的铝合金铸件A3。实施例4本实施例用于说明本公开的半固态压铸铝合金及半固态压铸铝合金铸件的制备方法。采用实施例1的方法，所不同的是，半固态压铸铝合金的组成包括：以半固态压铸铝合金的总重量为基准，9.0重量％的Si、4.4重量％的Cu、0.52重量％的Mn、0.10重量％的Ti、0.15重量％的稀土元素以及余量的铝，得到本实施例的铝合金铸件A4。对比例1本对比例用于说明与本公开不同的半固态压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，不加入稀土元素，得到本对比例的铝合金铸件B1。对比例2本对比例用于说明与本公开不同的半固态压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，半固态压铸铝合金中稀土元素的含量为0.5重量％，得到本对比例的铝合金铸件B2。对比例3本对比例用于说明与本公开不同的半固态压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，半固态压铸铝合金中Si的含量为10重量％，得到本对比例的铝合金铸件B3。对比例4本对比例用于说明与本公开不同的半固态压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，半固态压铸铝合金中Si的含量为7重量％，得到本对比例的铝合金铸件B4。对比例5本对比例用于说明与本公开不同的半固态压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，半固态压铸铝合金中Cu的含量为5重量％，得到本对比例的铝合金铸件B5。对比例6本对比例用于说明与本公开不同的半固态压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。采用实施例1的方法和原料，不同之处仅在于，半固态压铸铝合金中Cu的含量为3重量％，得到本对比例的铝合金铸件B6。对比例7本对比例用于说明与本公开不同的半固态压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。采用实施例1的方法，不同之处仅在于，采用商用的ADC12铝合金锭为铸锭，获得铝合金样件B7。对比例8本对比例用于说明与本公开不同的半固态压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。采用实施例1的方法，不同之处仅在于，采用商用的A356.2铝合金锭为铸锭，获得铝合金样件B8。对比例9本对比例用于说明与本公开不同的压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。采用实施例1的原料，不同之处仅在于，使用常规的压铸方法，获得铝合金样件B9。对比例10本对比例用于说明与本公开不同的压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。将纯铝(A00铝)、铝锰合金(AlMn10)、铝硅合金(AlSi12)、铝铁合金(AlFe10)、铝铜合金(Al-50Cu)、纯镁(99.9)、纯锌(99.95)、铝钛碳硼合金、镁镧铈(Mg-LaCe)、镁钇(Mg-Y)，经配料计算、熔炼和浇注，最终制得的合金主要元素的含量如下所示：Si：6.0wt％，Cu：0.5wt％，Fe：0.42wt％，Mn：0.05wt％，Mg：1.0wt％，Zn：1.5wt％，Ti：0.05wt％，C：0.002wt％，LaCe：0.20wt％，Y：0.12wt％，剩余为Al和不可避免的杂质。使用常规的压铸方法，获得铝合金样件B10。对比例11本对比例用于说明与本公开不同的压铸铝合金及铝合金铸件制备方法。(1)将纯镁锭、中间合金Al-Si、Al-Mn、ALl-Cu、Al-Ti预热到180-240℃，纯铝熔化后保温在740-760℃范围内，依次将纯镁锭、中间合金Al-Si、Al-Mn、Al-Cu、Al-Ti加入至铝液中，待其熔化后，在740℃下保温30分钟，使其充分均匀化；其中，上述材料中各成分按重量百分比为Si：8.5-11.5、Mn：0.1-0.8、Cu：0.5-3.0、Mg：0.25-0.5、Ti：0.15-0.35、其他杂质≤0.4(其中Fe＜0.8、P<0.004)；(2)将合金液温度升温到780℃，加入混合稀土，待混合稀土熔化后去除表面浮渣，搅拌3-6分钟使成分均匀化，搅拌后将合金液温度提高至770-780℃，保温静置30分钟；其中，混合稀土总重量不大于1，其La、Ce、Sm、Nd每种元素按重量百分比分别小于0.35；(3)将合金液降温至750℃进行精炼15分钟后将合金液降温至710℃进行除渣，再将合金液降温至690℃进行除气，最后将除渣除气后的合金液降温到680℃进行压铸，铸件成型后进行热处理工艺，在温度高于545℃中固溶处理持续3小时，后在温度165℃进行时效处理6-12小时，获得铝合金样件B11。测试实施例1本测试实施例用于测定实施例1-4与对比例1-11中获得的半固态压铸铝合金铸件在室温下的力学性能。参照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》测试的铝合金铸件的抗拉强度、屈服强度和延伸率，具体结果见表1。表1实施例屈服强度(MPa)断裂强度(MPa)延伸率(％)实施例13103928.5实施例23003717.0实施例32913765.5实施例43053858.0对比例12543325.5对比例22963677.0对比例32803716.0对比例42613235.0对比例52903424.0对比例62432965.0对比例71852922.5对比例82513108.0对比例91742782对比例102003006.2对比例112303085.0从实施例1-4与对比例1-11的结果对比可以看出，本公开的半固态压铸铝合金具有良好的力学性能和铸造性能，该半固态压铸铝合金抗拉强度不低于370MPa，屈服强度不低于300MPa，延伸率不低5.5％。尤其是在本公开优选的合金元素包括：8.0-9.0重量％的Si、3.5-4.5重量％的Cu、0.5-0.6重量％的Mn、0.05-0.25重量％的Ti和0.15-0.25重量％的稀土元素时，根据该配方得到的半固态压铸铝合金的抗拉强度不低于380MPa，屈服强度不低于300MPa，延伸率不低于6％。从实施例1和实施例4与实施例2-3的数据对比可以看出，在本公开进一步优选的Ti和Cu的重量含量之比为1：(14-90)的情况下，本公开的半固态压铸铝合金力学性能和铸造性能更好。以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。当前第1页1 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