本发明属于铝合金液态模锻领域，具体是涉及一种液态模锻高强韧铝合金及其液态模锻方法。
背景技术：
：随着世界能源危机和环保污染问题日益严峻，汽车迫切需要减重，以达到节能减排的要求。铝合金具有密度小、耐腐蚀性能好、易于回收利用等优点，是汽车轻量化的首选材料。大量汽车受力结构件，如铝合金车轮、转向节、减震塔、悬挂支架、气囊支撑臂、控制臂、制动器卡钳等，都需要“以铝代钢”，已到达汽车轻量化的目的。这些受力结构件在汽车上都属于安全系统的受力结构件，在“以铝代钢”过程中则对铝合金零部件的综合力学性能也提出了更高的要求，如高的强度和塑性。采用高强韧的铝合金及其先进的成形技术来制造汽车零部件是实现车身轻量化的有效措施。液态模锻是将金属液在挤压力的直接作用下进行凝固成型的技术。液态模锻技术具有强力补缩功能，可以消除缩孔、气孔、热裂等缺陷，液态模锻件具有组织致密、力学性能高、尺寸精度高、可热处理强化等优点。液态模锻所具有的独特技术优势，非常适合于生产高强韧的铝合金汽车零部件。但现有液态模锻用铝合金，如a356、adc10、adc12等，虽然具有很好的铸造流动性和机械加工性能，但普遍存在强度偏低、塑性较差的问题，严重制约了液态模锻技术在铝合金汽车零部件上的应用。因此，现有液态模锻用铝合金及液态模锻方法仍有待改进和发展。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种强度高、塑性好的液态模锻高强韧铝合金及其液态模锻方法，满足液态模锻生产汽车受力结构件的要求。本发明的技术方案是这样实现的：本发明所述的液态模锻高强韧铝合金，其特点是采用液态模锻技术制备该铝合金，铝合金由以下质量百分比的成分组成：si6.5～7.5%，mg0.25～0.35%，cu0.05～0.15%，mn0.05～0.1%，ni0.025～0.05%，ti0.005～0.01%，c0.001～0.002%，re0.01～0.03%，fe≤0.2%，余量为al和不可避免的其它杂质元素，其中，mn与ni的质量比为2:1，ti与c的质量比为5:1，其它杂质元素单个含量小于0.05%，总量小于0.15%。本发明所述液态模锻高强韧铝合金的液态模锻方法，其特点是包括以下步骤：第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分质量百分比，选用al10cu合金、al20mn合金、al10ni合金、al5ti1c合金、al5re合金及纯度为99.7%的铝锭、99.9%的速溶硅和99.95%的镁锭为原材料进行配料；第二步：在700～740℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量6.5～7.5%的速溶硅、0.25～0.35%的镁锭、0.5～1.5%的al10cu合金、0.25～0.5%的al20mn合金、0.25～0.5%的al10ni合金、0.1～0.2%的al5ti1c合金和0.2～0.6%的al5re合金，搅拌熔化成铝合金液，并进行精炼除气除渣；第三步：在浇注温度为680～700℃、模具型腔温度为200～220℃、挤压比压为60～80mpa、充型速度为0.05～0.15米/秒、保压时间为10～30秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；第四步：将液态模锻铝合金在520～525℃固溶处理3～5小时，水淬后，在165～175℃时效处理16～18小时，随炉冷却后得到液态模锻高强韧铝合金。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明在优化si、mg、cu合金元素的基础上，通过微合金化复合处理，细化变质α-al晶粒、富fe相和共晶si相，提高液态模锻铝合金的强度和塑性。（2）本发明通过优化铝合金的液态模锻工艺和热处理工艺，消除缩孔、气孔、热裂等缺陷，进一步提高液态模锻铝合金的强度和塑性。（3）本发明液态模锻铝合金的抗拉强度大于300mpa，伸长率大于10%，具有强度高、塑性好的特点，满足液态模锻生产汽车受力结构件的要求。具体实施方式下面对本发明液态模锻高强韧铝合金的成分组成意义和含量范围限定理由进行说明。本发明所述的液态模锻高强韧铝合金，其特点是由以下质量百分比的成分组成：si6.5～7.5%，mg0.25～0.35%，cu0.05～0.15%，mn0.05～0.1%，ni0.025～0.05%，ti0.005～0.01%，c0.001～0.002%，re0.01～0.03%，fe≤0.2%，余量为al和不可避免的其它杂质元素，其中，mn与ni的质量比为2:1，ti与c的质量比为5:1，其它杂质元素单个含量小于0.05%，总量小于0.15%。si在液态模锻铝合金中的与al可形成al+si共晶液相，与mg形成mg2si强化相，提高铝合金的充型流动性、强度和机械加工性能。si含量越高，铝合金的充型流动性和机械加工性能越好，强度越高，但铝合金的塑性会下降。si含量低于6.5%时，铝合金的流动性满足不了液态模锻的工艺要求，而si含量超过7.5%时，铝合金的伸长率达不到10%。为了保证铝合金具有足够的流动性和塑性，因此，si含量选择在6.5～7.5%。mg、cu在液态模锻铝合金中主要作用是进一步增强铝合金的强度。mg能与si形成mg2si强化相，cu能与al形成cual2强化相，增强液态模锻铝合金的强度。mg、cu含量越高，液态模锻铝合金的强度也越高，mg含量低于0.25%或者cu含量低于0.05%，液态模锻铝合金的强度达不到300mpa。但mg、cu含量太高，也会导致铝合金的塑性和抗腐蚀性能显著下降。为了保证液态模锻铝合金的强度、塑性和抗腐蚀性能，因此，mg含量选择在0.25～0.35%，cu含量选择在0.05～0.15%。mn、ni在液态模锻铝合金中主要作用是细化变质富fe相。fe是铝锭、镁锭、速溶硅等原材料中不可避免的杂质元素，99.7%的铝锭中通常含有0.1～0.2%的fe。fe在铝合金中通常以粗大针状al-fe-si系富fe相形式存在于铝合金基体中，会严重割裂铝合金基体，成为铝合金受力断裂的裂纹源和裂纹扩展方法，是导致al-si系铸造铝合金强度低，特别是塑性差的主要原因。发明人通过大量实验研究后发现，单独添加mn元素或者ni元素对粗大针状富fe相的生长都有一定的抑制作用，但都无法完全消除粗大针状富fe相。当复合添加0.05～0.1%的mn元素和0.025～0.05%的ni元素，且mn与ni的质量比为2:1时，在液态模锻铝合金的凝固过程中，通过mn与ni的交互作用可以完全抑制粗大针状富fe相的生长，使富fe相从粗大针状转变为细小均匀的颗粒状，消除粗大针状富fe相对铝合金强度和塑性的负面影响，显著提高液态模锻铝合金的强度和塑性。ti、c是以al5ti1c合金形式加到液态模锻铝合金中，主要作用是细化α-al晶粒，改善铝合金的组织成分均匀性，提高液态模锻铝合金的充型流动性、强度和塑性。目前常规的α-al晶粒细化技术是添加alti合金或者altib合金，但这些合金细化剂对al-si系铸造铝合金都存在晶粒细化效果不理想、不稳定等问题。发明人通过大量实验研究后发现，采用钛粉和碳粉的混合物与铝液高温反应得到的al5ti1c合金，内部含有大量的tic粒子，tic粒子可以充当α-al晶粒的异质形核核心，添加0.1～0.2%的al5ti1c合金，可使本发明液态模锻铝合金的α-al晶粒从粗大的树枝晶转变为细小均匀的等轴晶和球形晶，其晶粒细化效果和稳定性明显好于现有的alti合金或altib合金，显著提高本发明液态模锻铝合金的充型流动性、强度和塑性。re在液态模锻铝合金中主要作用是细化变质共晶si相。共晶si相在铝合金中通常是以粗大片状分布在铝合金基体中，这种粗大片状共晶si相同样会严重割裂铝合金基体，也是导致传统al-si系铸造铝合金强度低，特别是塑性差的重要原因。现有技术通常是添加na或sr元素来细化变质共晶si相，但na的细化变质效果不稳定，还容易引起“钠脆”问题，sr虽有细化变质效果好的优点，但会导致铝合金熔体吸气，同样会降低铝合金的强度和塑性。发明人通过大量实验研究后发现，re元素是本发明液态模锻铝合金共晶si相的有效细化变质元素，还可以避免传统na、sr元素存在的稳定性差、“钠脆”、吸气等问题。添加0.01～0.03%的re元素，可使液态模锻铝合金中的共晶si形态从粗大片状转变为细小均匀的颗粒状或纤维状，显著提高液态模锻铝合金的强度和塑性。下面对本发明液态模锻高强韧铝合金的液态模锻方法以及工艺参数选择理由进行说明。本发明所述的液态模锻高强韧铝合金的液态模锻方法，其特点是包括以下步骤：第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分质量百分比，选用al10cu合金、al20mn合金、al10ni合金、al5ti1c合金、al5re合金及纯度为99.7%的铝锭、99.9%的速溶硅和99.95%的镁锭为原材料进行配料；第二步：在700～740℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量6.5～7.5%的速溶硅、0.25～0.35%的镁锭、0.5～1.5%的al10cu合金、0.25～0.5%的al20mn合金、0.25～0.5%的al10ni合金、0.1～0.2%的al5ti1c合金和0.2～0.6%的al5re合金，搅拌熔化成铝合金液，并进行精炼除气除渣；第三步：在浇注温度为680～700℃、模具型腔温度为200～220℃、挤压比压为60～80mpa、充型速度为0.05～0.15米/秒、保压时间为10～30秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；第四步：将液态模锻铝合金在520～525℃固溶处理3～5小时，水淬后，在165～175℃时效处理16～18小时，随炉冷却后得到液态模锻高强韧铝合金。fe、zn、li、zr、sn、pb等元素是铝锭、速溶硅、镁锭中常见的杂质元素，这些杂质元素在铝合金中容易形成硬脆金属间化合物或者低熔点的金属间化合物，会降低铝合金的强度和塑性，因此，这些杂质元素必须严格进行控制。本发明通过选用纯度为99.7%的铝锭、99.9%的速溶硅、99.95%的镁锭为原材料，可将杂质元素fe的含量控制在0.2%以下，zn、li、zr、sn、pb等杂质元素的单个含量小于0.05%、总量小于0.15%，确保液态模锻铝合金获得高强度和高塑性。液态模锻技术虽有强力补缩功能，但要获得充型完整、组织致密、尺寸精确、可热处理强化的铝合金液态模锻件，还必须有可靠、稳定的液态模锻工艺和热处理工艺来保障。发明人对本发明液态模锻铝合金的液态模锻工艺系统研究后发现，在浇注温度为680～700℃、模具型腔温度为200～220℃、挤压比压为60～80mpa、充型速度为0.05～0.15米/秒、保压时间为10～30秒条件下，对铝合金液进行液态模锻成形，可以避免铝合金液充型过程产生喷溅而卷入气体和夹杂物，获得充型完整、组织致密、尺寸精确、可热处理强化的液态模锻铝合金件。如果工艺参数不在上述匹配范围内，均无法取得理想的结果。最后将液态模锻铝合金在520～525℃固溶处理3～5小时，水淬后，在165～175℃时效处理16～18小时，随炉冷却后可得到液态模锻高强韧铝合金。否者，液态模锻铝合金则会出现过烧、过时效或亚时效等问题，均达不到期望的强度和塑性。下面再结合具体的实施例和对比例对本发明的技术方案作进一步的说明，以便更好的理解本发明的技术方案。实施例1：液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：si6.5%，mg0.25%，cu0.05%，mn0.05%，ni0.025%，ti0.005%，c0.001%，re0.01%，fe≤0.2%，其余为al和不可避免的其它杂质元素，其它杂质元素单个含量小于0.05%，总量小于0.15%。液态模锻方法包括以下步骤：第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分质量百分比，选用al10cu合金、al20mn合金、al10ni合金、al5ti1c合金、al5re合金及纯度为99.7%的铝锭、99.9%的速溶硅和99.95%的镁锭为原材料进行配料；第二步：在740℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量6.5%的速溶硅、0.25%的镁锭、0.5%的al10cu合金、0.25%的al20mn合金、0.25%的al10ni合金、0.1%的al5ti1c合金和0.2%的al5re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；第三步：在浇注温度为700℃、模具型腔温度为200℃、挤压比压为80mpa、充型速度为0.05米/秒、保压时间为30秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；第四步：将液态模锻铝合金在520℃固溶处理5小时，水淬后，在175℃时效处理16小时，随炉冷却后得到液态模锻高强韧铝合金。实施例2：液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：si7%，mg0.3%，cu0.1%，mn0.08%，ni0.04%，ti0.008%，c0.0016%，re0.02%，fe≤0.2%，其余为al和不可避免的其它杂质元素，其它杂质元素单个含量小于0.05%，总量小于0.15%。液态模锻方法包括以下步骤：第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分质量百分比，选用al10cu合金、al20mn合金、al10ni合金、al5ti1c合金、al5re合金及纯度为99.7%的铝锭、99.9%的速溶硅和99.95%的镁锭为原材料进行配料；第二步：在720℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量7%的速溶硅、0.3%的镁锭、1%的al10cu合金、0.4%的al20mn合金、0.4%的al10ni合金、0.16%的al5ti1c合金和0.4%的al5re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；第三步：在浇注温度为690℃、模具型腔温度为210℃、挤压比压为70mpa、充型速度为0.1米/秒、保压时间为20秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；第四步：将液态模锻铝合金在522℃固溶处理4小时，水淬后，在170℃时效处理17小时，随炉冷却后得到液态模锻高强韧铝合金。实施例3：液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：si7.5%，mg0.35%，cu0.15%，mn0.1%，ni0.05%，ti0.01%，c0.002%，re0.03%，fe≤0.2%，其余为al和不可避免的其它杂质元素，其它杂质元素单个含量小于0.05%，总量小于0.15%。液态模锻方法包括以下步骤：第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分质量百分比，选用al10cu合金、al20mn合金、al10ni合金、al5ti1c合金、al5re合金及纯度为99.7%的铝锭、99.9%的速溶硅和99.95%的镁锭为原材料进行配料；第二步：在700℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量7.5%的速溶硅、0.35%的镁锭、1.5%的al10cu合金、0.5%的al20mn合金、0.5%的al10ni合金、0.2%的al5ti1c合金和0.6%的al5re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；第三步：在浇注温度为680℃、模具型腔温度为220℃、挤压比压为60mpa、充型速度为0.15米/秒、保压时间为10秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；第四步：将液态模锻铝合金在525℃固溶处理3小时，水淬后，在165℃时效处理18小时，随炉冷却后得到液态模锻高强韧铝合金。对比例1液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：si7%，mg0.3%，cu0.1%，ti0.008%，c0.0016%，re0.02%，fe≤0.2%，其余为al和不可避免的其它杂质元素，其它杂质元素单个含量小于0.05%，总量小于0.15%。液态模锻方法包括以下步骤：第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分质量百分比，选用al10cu合金、al5ti1c合金、al5re合金及纯度为99.7%的铝锭、99.9%的速溶硅和99.95%的镁锭为原材料进行配料；第二步：在720℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量7%的速溶硅、0.3%的镁锭、1%的al10cu合金、0.16%的al5ti1c合金和0.4%的al5re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；第三步：在浇注温度为690℃、模具型腔温度为210℃、挤压比压为70mpa、充型速度为0.1米/秒、保压时间为20秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；第四步：将液态模锻铝合金在522℃固溶处理4小时，水淬后，在170℃时效处理17小时，随炉冷却后得到液态模锻铝合金。对比例2液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：si7%，mg0.3%，cu0.1%，mn0.08%，ni0.04%，ti0.008%，re0.02%，fe≤0.2%，其余为al和不可避免的其它杂质元素，其它杂质元素单个含量小于0.05%，总量小于0.15%。液态模锻方法包括以下步骤：第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分质量百分比，选用al10cu合金、al20mn合金、al10ni合金、al5ti合金、al5re合金及纯度为99.7%的铝锭、99.9%的速溶硅和99.95%的镁锭为原材料进行配料；第二步：在720℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量7%的速溶硅、0.3%的镁锭、1%的al10cu合金、0.4%的al20mn合金、0.4%的al10ni合金、0.16%的al5ti合金和0.4%的al5re合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；第三步：在浇注温度为690℃、模具型腔温度为210℃、挤压比压为70mpa、充型速度为0.1米/秒、保压时间为20秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；第四步：将液态模锻铝合金在522℃固溶处理4小时，水淬后，在170℃时效处理17小时，随炉冷却后得到液态模锻铝合金。对比例3液态模锻铝合金由以下质量百分比的成分组成：si7%，mg0.3%，cu0.1%，mn0.08%，ni0.04%，ti0.008%，c0.0016%，sr0.02%，fe≤0.2%，其余为al和不可避免的其它杂质元素，其它杂质元素单个含量小于0.05%，总量小于0.15%。液态模锻方法包括以下步骤：第一步：按照所述液态模锻高强韧铝合金的成分质量百分比，选用al10cu合金、al20mn合金、al10ni合金、al5ti1c合金、al5re合金及纯度为99.7%的铝锭、99.9%的速溶硅和99.95%的镁锭为原材料进行配料；第二步：在720℃加热熔化铝锭，然后加入占原材料总重量7%的速溶硅、0.3%的镁锭、1%的al10cu合金、0.4%的al20mn合金、0.4%的al10ni合金、0.16%的al5ti1c合金和0.4%的al5sr合金，搅拌熔化成铝合金液，并用占原材料总重量为0.5%的六氯乙烷对铝合金进行精炼除气除渣；第三步：在浇注温度为690℃、模具型腔温度为210℃、挤压比压为70mpa、充型速度为0.1米/秒、保压时间为20秒条件下，将铝合金液液态模锻成铝合金；第四步：将液态模锻铝合金在522℃固溶处理4小时，水淬后，在170℃时效处理17小时，随炉冷却后得到液态模锻铝合金。按中华人民共和国国家标准gmn/t16865-2013，将实施例和对比例的液态模锻铝合金加工成标准拉伸试样，在dns200型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2毫米/分钟，拉伸力学性能如表1所示。表1实施例和对比例液态模锻铝合金的拉伸力学性能抗拉强度/mpa伸长率/%实施例1308.112.8实施例2321.811.6实施例3345.610.2对比例1247.34.7对比例2289.16.5对比例3274.76.9从表1可看到，实施例1-3本发明液态模锻铝合金的抗拉强度大于300mpa，伸长率大于10%。对比例1由于没有添加mn、ni元素对富fe相进行变质处理，液态模锻铝合金的抗拉强度为247.3mpa，伸长率为4.7%。对比例2由于没有添加al5ti1c合金对α-al晶粒进行细化处理，液态模锻铝合金的抗拉强度为289.1mpa，伸长率为6.5%。对比例3由于没有添加re元素对共晶si相进行变质处理，液态模锻铝合金的抗拉强度为274.7mpa，伸长率为6.9%。从表1的结果对比可看到，本发明通过采用al20mn合金、al10ni合金、al5ti1c合金和al5re合金对液态模锻铝合金的α-al晶粒、富fe相和共晶si相进行细化变质处理，可显著提高液态模锻铝合金的强度和塑性。本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。当前第1页12