本发明涉及铝合金材料
技术领域：
，特别是涉及一种强度高、耐热铸造铝合金材料。
背景技术：
：随着现代科技和工业的发展，电子、航空航天、航海、高速列车、汽车等交通运输业对强度高的结构材料的需求日益迫切，要求在保证强度的前提下尽量减轻重量与成本，以提高运载能力和速度，高强度铸造铝合金成为首选。高强度铝合金具有比重小、强度高及加工性能优良等优点，被广泛用于航空工业以及民用工业领域如汽车发动机及其支架等结构件。目前虽然铝合金品种繁多，性能各异，但是难以达到优异的综合力学性能，有的铝合金抗拉强度高，但是延伸率偏低；或者延伸率高，但抗拉强度又不够，或者延伸率和抗拉强度都高，但铸造性能不好。目前al-cu耐热高强铝合金存在着高温强度低，配方成本高、铸件合格率低、废品料及渣料回用性差等缺陷。技术实现要素：针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种强度高、耐热铸造铝合金材料，以解决现有技术中铸造铝合金的综合力学性能差和配方成本高的问题；本发明还提供了所述强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法。本发明采用的技术方案是：一种强度高、耐热铸造铝合金材料，由如下质量百分比的组分组成：si7.2-7.8％，fe≤0.45％，cu3.1-3.6％，mn0.2-0.5％，mg0.25-0.4％，zn0.2-0.3％，cr≤0.04％，ni0.1-0.25％，ti0.12-0.2％，sr0.004-0.01％，pb≤0.1％，余量为al和不可避免的杂质。本发明所述的强度高、耐热铸造铝合金材料，其中，由如下质量百分比的组分组成：si7.2-7.8％，fe0.25-0.45％，cu3.2-3.6％，mn0.35-0.4％，mg0.35-0.38％，zn0.2-0.3％，cr≤0.02％，ni0.1-0.15％，ti0.12-0.2％，sr0.006-0.008％，pb0.04-0.06％，余量为al和不可避免的杂质。本发明所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：按组分要求准备原料铝基体合金、铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金、铝锌alzn中间合金、铝钛alti中间合金及铝锶alsr中间合金；(2)熔炼：先在熔炼炉中加入步骤(1)中所述铝基体合金，将温度升高至760-800℃，所述铝基体合金完全熔化后，再依次加入步骤(1)中所述铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金和铝锌alzn中间合金，加入铝硅合金时铝液温度控制在770-790℃，并对铝熔体进行2-3次搅拌，待其完全熔化后，精炼、静置后继续加入所述铝钛alti中间合金；搅拌均匀后，保温15-25min后，精炼20-30min，加入所述铝锶alsr中间合金最后去渣扒灰后进行浇铸，浇铸温度控制在680-720℃之间，制得铝合金铸锭。本发明所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，其中，步骤(1)中所述铝基体合金为a00铝合金锭或回收铝，所述回收铝主要为铝棒、铝板带、铸件加工产生的尾料。本发明所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，其中，步骤(2)中所述熔炼炉为蓄热式熔铝炉。本发明所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的成分设计依据如下：铜元素：是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，时效析出的al2cu有着明显的时效强化效果，热处理时有利于合金的强度，能提高综合性能。铝合金中铜含量通常在2.5-5wt％，铜含量在4-6.8wt％时强化效果最好，所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围，铸态下的强化相al2cu的分布与合金的凝固速度、铜含量有关，在合金凝固速度一定的条件下，为了获得一个较佳的综合力学性能，铜含量存在一个最佳值，本发明选用cu合金范围是3.1-3.6wt％。硅元素：可以使铝合金流动良好，并能减少缩孔改善耐压性，另外可以改善焊接性，减小热膨胀系数，大量添加虽能提高耐磨性，但切削性会变差。al-si合金系富铝部分在共晶温度577℃时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65wt％。尽管溶解度随温度降低而减少，这类合金一般是不能热处理强化的。铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。钛元素：钛是铝合金中常用的添加元素，以al-ti或al-ti-b中间合金形式加入。钛与铝形成tial2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。锰元素：al-mn合金系平衡相图部分在共晶温度658℃时。锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过mnal6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。mnal6的另一作用是能溶解杂质铁，形成(fe、mn)al6，减小铁的有害影响，有效消除了fe对合金的有害作用，本发明采用了fe≤0.45wt％，可改善合金铸件的加工工艺性能；实现使用回用铝代替a00铝合金锭，降低成本，扩大材料应用领域。锌元素：在铝中同时加入锌和镁，形成强化相mgzn2，对合金产生明显的强化作用。微量元素sr：可对共晶硅进行变质处理，改善共晶硅的形态。共晶硅在未变质以前为片状，变质后呈纤维状分布，因而提高了合金的力学性能，sr变质有效时间长，但sr变质的不足在于增大铝熔体吸气倾向，本发明经实验室验证及量产实践，采用sr的范围为sr0.004-0.01％。细化晶粒尺寸的微量元素：通过细化铸造铝合晶粒尺寸提高合金的性能，本合金采用铝钛alti中间合金作为细化剂，其基理是通过提供形核的核心，降低形核势垒的方式在铝熔体中产生大量的晶核，从而细化合金晶粒。本发明所述的强度高、耐热铸造铝合金材料，以enac-46300铝合金成分为基础，通过加入微量元素sr、ti元素，同时对cu、fe、zn等元素含量进行了优化，在组分中添加的金属元素锌zn融入固溶体的溶质原子中造成了晶格畸变，增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使铝合金的强度及硬度增加；在组分中添加的金属元素锶sr使得硅与铜元素都能与铝形成强化的第二相，细小弥散地分布于基体相中，起到细化晶粒组织作用，产生显著的强化作用，从而较大的提高铝合金的强度。通过添加金属元素锰mn与钛ti，能够对timn2相产生变质作用，通过对合金组织的细化和对mg17al12相的变质起到抑制裂纹形成或延缓裂纹扩展的作用，从而提高铝合金的强度及硬度。本发明有益效果：与现有技术相比，本发明所述的强度高、耐热铸造铝合金材料具有以下优点：(1)强度高和耐热性能好，本发明铝合金材料具有高的强度、韧性和良好的切削性能，强度达到223mpa以上；提高了合金的熔体流动性及其耐高温强度，它还兼有低的孔隙率、低的热裂倾向，从而提高了其综合力学性能。(2)配方科学和经济：从原材料来源看，一方面，由于铝基体合金可以采用普通工业铝料，例如a00铝合金锭、回收铝，具有原料来源广、成本低等优势，另一方面采用了铝基中间合金，简化了操作工艺、减少中间合金元素熔合时间，还可起到一定净化作用，利于保证冶金质量。(3)良好的铸造性能，本发明铝合金材料通过在汽车结构件、汽车发动机缸盖等铸件的多次铸造试验，铸造性能优于enac-46300，可保证材料强度稳定性、具有良好的延展性和显著的经济性，适用承受较大载荷，形状复杂的大型铸件如气缸盖、承力框架等，特别适合用作发动机气缸盖铸造铝合金材料。本发明所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，对铝熔体铸件细化处理、变质处理、精炼处理，使各种强化相在铸态组织中充分、均匀、合理析出，使材料强度达到223mpa以上，有效地降低铝的损耗，大大提高能源利用率并大大减少了对环境的影响。本发明所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，采用蓄热式熔铝技术，能源利用率高，易于结合计算机对熔炼过程进行控制。具体实施方式实施例1一种强度高、耐热铸造铝合金材料，由如下质量百分比的组分组成：si7.25％，fe0.35％，cu3.2％，mn0.4％，mg0.35％，zn0.25％，cr0.02％，ni0.15％，ti0.16％，pb0.04％，sr0.008％，余量为al和不可避免的杂质。本实施例所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：按组分要求准备原料铝基体合金、铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金、铝锌alzn中间合金、铝钛alti中间合金及铝锶alsr中间合金；所述铝基体合金为回收铝，所述回收铝主要为铝棒、铝板带、铸件加工产生的尾料；(2)熔炼：先在熔炼炉中加入步骤(1)中所述铝基体合金，将温度升高至760℃，所述铝基体合金完全熔化后，再依次加入步骤(1)中所述铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金和铝锌alzn中间合金，加入铝硅合金时铝液温度控制在770-790℃，并对铝熔体进行2-3次搅拌，待其完全熔化后，精炼、静置后继续加入所述铝钛alti中间合金；搅拌均匀后，保温20min后，精炼20min，加入所述铝锶alsr中间合金最后去渣扒灰后进行浇铸，浇铸温度控制在700℃，制得铝合金铸锭，所述熔炼炉为蓄热式熔铝炉。实施例2一种强度高、耐热铸造铝合金材料，由如下质量百分比的组分组成：si7.25％，fe0.38％，cu3.55％，mn0.38％，mg0.35％，zn0.25％，cr0.02％，ni0.15％，ti0.16％，pb0.05％，sr0.008％，余量为al和不可避免的杂质。本实施例所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：按组分要求准备原料铝基体合金、铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金、铝锌alzn中间合金、铝钛alti中间合金及铝锶alsr中间合金；所述铝基体合金为a00铝合金锭；(2)熔炼：先在熔炼炉中加入步骤(1)中所述铝基体合金，将温度升高至800℃，所述铝基体合金完全熔化后，再依次加入步骤(1)中所述铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金和铝锌alzn中间合金，加入铝硅合金时铝液温度控制在770-790℃，并对铝熔体进行2-3次搅拌，待其完全熔化后，精炼、静置后继续加入所述铝钛alti中间合金；搅拌均匀后，保温15min后，精炼30min，加入所述铝锶alsr中间合金最后去渣扒灰后进行浇铸，浇铸温度控制在720℃之间，制得铝合金铸锭，所述熔炼炉为蓄热式熔铝炉。实施例3一种强度高、耐热铸造铝合金材料，由如下质量百分比的组分组成：si7.5％，fe0.42％，cu3.3％，mn0.36％，mg0.38％，zn0.25％，cr0.02％，ni0.15％，ti0.16％，pb0.06％，sr0.008％，余量为al和不可避免的杂质。本实施例所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：按组分要求准备原料铝基体合金、铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金、铝锌alzn中间合金、铝钛alti中间合金及铝锶alsr中间合金；所述铝基体合金为a00铝合金锭；(2)熔炼：先在熔炼炉中加入步骤(1)中所述铝基体合金，将温度升高至760℃，所述铝基体合金完全熔化后，再依次加入步骤(1)中所述铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金和铝锌alzn中间合金，加入铝硅合金时铝液温度控制在770-790℃，并对铝熔体进行2-3次搅拌，待其完全熔化后，精炼、静置后继续加入所述铝钛alti中间合金；搅拌均匀后，保温25min后，精炼20min，加入所述铝锶alsr中间合金最后去渣扒灰后进行浇铸，浇铸温度控制在680℃，制得铝合金铸锭，所述熔炼炉为蓄热式熔铝炉。实施例4一种强度高、耐热铸造铝合金材料，由如下质量百分比的组分组成：si7.51％，fe0.42％，cu3.5％，mn0.35％，mg0.35％，zn0.25％，cr0.02％，ni0.15％，ti0.16％，pb0.06％，sr0.006％，余量为al和不可避免的杂质。本实施例所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：按组分要求准备原料铝基体合金、铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金、铝锌alzn中间合金、铝钛alti中间合金及铝锶alsr中间合金；所述铝基体合金为a00铝合金锭；(2)熔炼：先在熔炼炉中加入步骤(1)中所述铝基体合金，将温度升高至800℃，所述铝基体合金完全熔化后，再依次加入步骤(1)中所述铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金和铝锌alzn中间合金，加入铝硅合金时铝液温度控制在770-790℃，并对铝熔体进行2-3次搅拌，待其完全熔化后，精炼、静置后继续加入所述铝钛alti中间合金；搅拌均匀后，保温20min后，精炼30min，加入所述铝锶alsr中间合金最后去渣扒灰后进行浇铸，浇铸温度控制在700℃之间，制得铝合金铸锭，所述熔炼炉为蓄热式熔铝炉。实施例5一种强度高、耐热铸造铝合金材料，由如下质量百分比的组分组成：si7.73％，fe0.44％，cu3.55％，mn0.35％，mg0.35％，zn0.25％，cr0.02％，ni0.15％，ti0.16％，pb0.05％，sr0.006％，余量为al和不可避免的杂质。本实施例所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：按组分要求准备原料铝基体合金、铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金、铝锌alzn中间合金、铝钛alti中间合金及铝锶alsr中间合金；所述铝基体合金为a00铝合金锭；(2)熔炼：先在熔炼炉中加入步骤(1)中所述铝基体合金，将温度升高至760℃，所述铝基体合金完全熔化后，再依次加入步骤(1)中所述铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金和铝锌alzn中间合金，加入铝硅合金时铝液温度控制在770-790℃，并对铝熔体进行2-3次搅拌，待其完全熔化后，精炼、静置后继续加入所述铝钛alti中间合金；搅拌均匀后，保温20min后，精炼30min，加入所述铝锶alsr中间合金最后去渣扒灰后进行浇铸，浇铸温度控制在700℃之间，制得铝合金铸锭，所述熔炼炉为蓄热式熔铝炉。实施例6一种强度高、耐热铸造铝合金材料，由如下质量百分比的组分组成：si7.75％，fe0.25％，cu3.55％，mn0.35％，mg0.35％，zn0.25％，cr0.02％，ni0.15％，ti0.16％，pb0.05％，sr0.006％，余量为al和不可避免的杂质。本实施例所述的强度高、耐热铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：按组分要求准备原料铝基体合金、铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金、铝锌alzn中间合金、铝钛alti中间合金及铝锶alsr中间合金；所述铝基体合金为a00铝合金锭；(2)熔炼：先在熔炼炉中加入步骤(1)中所述铝基体合金，将温度升高至800℃，所述铝基体合金完全熔化后，再依次加入步骤(1)中所述铝锰almn中间合金、铝硅alsi中间合金、铝铜alcu中间合金、铝镁almg中间合金和铝锌alzn中间合金，加入铝硅合金时铝液温度控制在770-790℃，并对铝熔体进行2-3次搅拌，待其完全熔化后，精炼、静置后继续加入所述铝钛alti中间合金；搅拌均匀后，保温25min后，精炼20min，加入所述铝锶alsr中间合金最后去渣扒灰后进行浇铸，浇铸温度控制在720℃，制得铝合金铸锭，所述熔炼炉为蓄热式熔铝炉。对enac-46300铝合金和实施例1-6所述的铝合金材料的抗拉强度、屈服极限、延伸率和硬度力学性能，结果如表1所示。表1铝合金材料的力学性能数据抗拉强度mpa屈服极限mpa延伸率硬度hbw实施例12231803.1491实施例22411823.0292实施例32321753.1592实施例42451883.0193实施例5262198.42.86105实施例62551852.98101enac-46300180100180由表1可知，本发明所述的铝合金材料的抗拉强度达到223-262mpa，屈服极限达到175-198.4mpa，延伸率为2.86-3.15，硬度为91-105hbw，该铝合金材料的力学性能明显优于enac-46300合金的力学性能。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页12