一种高强韧压铸铝合金及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料
技术领域：
，具体涉及一种高强韧压铸铝合金及其制备方法。
背景技术：
：相比于汽车中较重的材料，如钢或铜，铝所具有的高强度刚度重量比、良好的成型性、良好的耐腐蚀性、回收利用潜力等特性，使其成为满足汽车轻量化需求的理想选择。压力铸造技术是汽车中铝合金常用的铸造技术，根据成分，压铸铝合金可分为al-si系、al-si-mg系、al-si-mn-mg系、al-si-cu系、al-mg系和al-zn系等系列。在汽车中，压铸铝合金的应用根据功能可分为以下四类：发动机和辅助系统、动力总成、内饰和电子产品、底盘和车身结构。近年来为满足市场需求，高强高韧压铸铝合金的开发得到越来越多关注，例如，德国莱茵公司开发的silafont-36合金(专利公开号：us6364970b1)，具有良好的力学性能。按照质量百分比计，该铝合金包括以下组分：硅9.5％～11.5％，锰0.5％～0.8％，铜0.2％～0.6％，镁0.1％～0.5％，锶0.01％～0.02％，铁≤0.15％，杂质≤0.20％，量为铝。但要获得良好的力学性能该合金需采取高真空与热处理工艺，使得整个工艺流程加长，成本消耗大，合格率低。本发明即是在这样的背景下，提供一种高强韧压铸铝合金及其制备与压铸工艺。在保证具有良好铸造性能的前提下，通过本发明，获得的铝合金力学性能好，韧性高，强度高，铝合金产品制备方法简单，具备高韧性和高强度。从而满足汽车零部件生产的要求。技术实现要素：本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种高强韧压铸铝合金及其制备方法。在保证合金具备良好压铸性能的前提下，非热处理状态的压铸件能具有优异的综合力学性能，从而满足车零部件的性能要求。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明涉及一种高强韧的压铸铝合金，该压铸铝合金中各组分的重量百分比为：si：9.0wt％-11.0wt％；mg：0.1wt％-0.5wt％；mn：0.5wt％-0.8wt％；sr：50ppm-400ppm；zn：1.0wt％-3.0wt％；re：0.05wt％-0.35wt％；fe：w(fe)≤0.12wt％；其余杂质总量小于或等于0.25％，余量为al。本发明的发明人在长期的压铸铝合金的研究中，发现al-si-mg-mn合金中加入作为强化元素的zn，并在sr和稀土元素的复合变质作用下，改善微观组织，可以使压铸铝合金获得高强度和高韧度兼顾的综合力学性能。本发明还涉及一种高强韧压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)备料：将按合金元素重量比准备好的纯铝锭、工业硅、纯镁块、铝锶合金、纯锌块、铝锰合金以及铝稀土合金；(2)熔炼：先将纯铝锭进行熔化，随后升温至750-800℃添加工业硅，熔化后降温至720-740℃加入铝锰合金以及铝稀土合金，熔化完毕后降温至680-700℃，对熔体进行保护，随后加入纯镁、纯锌、铝锶合金，并将其压入坩埚底部进行熔化；(3)精炼：将步骤(2)的熔体升温至710-720℃，加入精炼剂并搅拌。精炼5-10min后撤渣之后，静置10-20min；(4)压铸：将步骤(3)获得的熔体在680-710℃进行压铸生产；优选的，步骤(1)中，还包括将准备好的原料进行烘干处理。优选的，步骤(2)中，对熔体进行保护是在熔体表面撒上不含na离子、溶剂密度<2.7g/cm3的覆盖剂。优选的，步骤(2)中，还包括待熔化搅拌均匀后，静置并进行炉前成分分析，检测合金溶体的成分含量，对含量存在偏差的熔体进行补料或者冲淡，使其成分达到合格的范围的步骤。优选的，步骤(3)中，所述精炼剂为三合一精炼剂。优选的，所述三合一精炼剂成分为nacl、kcl、cacl2。优选的，步骤(4)中，所述压铸采用的慢压射速度为0.25m/s，快压射速度为2m/s。优选的，步骤(4)中，使用所述压铸铝镁硅合金进行压铸件生产时，铸造压力范围为100-150mpa。与现有压铸铝合金相比，本发明有如下优点：本发明制备的高强韧压铸铝合金具有重要的工业应用价值，其力学性能能达到屈服强度达160mpa、抗拉强度达270mpa、延伸率达7％，并且具有良好的压铸性能，极大地满足了汽车零部件的性能要求。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为压铸铝合金铸件的sem组织观察对比图；其中，a为对比例2对应的微观组织(贯穿型共晶硅)；b为实施例1对应的微观组织(点状、短棒型共晶硅)；c为实施例2对应的微观组织(点状、短棒型共晶硅)；d为实施例3对应的微观组织(细小点状、短棒型共晶硅)。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。实施例1本实施例的一种高强韧压铸铝合金的各组分重量百分比为：si：10.0wt％；mg：0.3wt％；mn：0.6wt％；sr：0.04wt％；zn：1.0wt％；re：0.1wt％；fe：w(fe)≤0.16wt％；其余杂质总量小于或等于0.25％，余量为al。本实施例的一种高强韧压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)烘干：将备好的原料纯铝锭、工业硅、纯镁块、铝锶合金、纯锌块、铝锰合金以及铝稀土合金预热到200℃进行烘干处理；(2)熔炼：选用坩埚电阻炉进行熔炼，先将电阻炉预热至200℃，然后再向坩埚内壁均匀涂覆涂料；待烘干后，先将称好的纯铝进行熔化，待纯铝熔化完毕后，升温至780℃，加入称好的工业硅，待熔化完毕后降温至740℃加入铝锰合金以及铝稀土合金，熔化后降温至680-700℃，在熔体表面撒上覆盖剂，随后加入纯镁、纯锌、铝锶合金，并将其压入坩埚底部进行熔化。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行炉前成分分析，检测合金溶体的成分含量，对含量存在偏差的溶体进行补料或者冲淡，使其成分达到合格的范围；(3)精炼：把合金成分合格的熔体升温至720℃，在熔体中加入熔体总重量0.8％的三合一精炼剂粉末(精炼剂粉末用铝箔纸包裹)，精炼10min，随后静置20min，并再进行炉前成分分析测试，成分合格后在690℃-700℃进行高压铸造生产。压射速度为2m/s，铸造压力为90mpa。生产过程中使用的模具为压铸试棒模。实施例2本实施例的一种高强韧压铸铝合金的各组分重量百分比为：si：10.0wt％；mg：0.3wt％；mn：0.6wt％；sr：0.04wt％；zn：1.5wt％；re：0.1wt％；fe：w(fe)≤0.16wt％；其余杂质总量小于或等于0.25％，余量为al。本实施例的一种高强韧压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)烘干：将备好的原料纯铝锭、工业硅、纯镁块、铝锶合金、纯锌块以及铝锰合金预热到200℃进行烘干处理；(2)熔炼：选用坩埚电阻炉进行熔炼，先将电阻炉预热至200℃，然后再向坩埚内壁均匀涂覆涂料；待烘干后，先将称好的纯铝进行熔化，待纯铝熔化完毕后，升温至780℃，加入称好的工业硅，待熔化完毕后降温至740℃加入铝锰合金，熔化后降温至680-700℃，在熔体表面撒上覆盖剂，随后加入纯镁、纯锌、铝锶合金，并将其压入坩埚底部进行熔化。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行炉前成分分析，检测合金溶体的成分含量，对含量存在偏差的溶体进行补料或者冲淡，使其成分达到合格的范围；(3)精炼：把合金成分合格的熔体升温至720℃，在熔体中加入熔体总重量0.8％的三合一精炼剂粉末(精炼剂粉末用铝箔纸包裹)，精炼10min，随后静置20min，并再进行炉前成分分析测试，成分合格后在690℃-700℃进行高压铸造生产。压铸参数及压铸试棒模与实施例1相同。实施例3本实施例的一种高强韧压铸铝合金的各组分重量百分比为：si：10.0wt％；mg：0.3wt％；mn：0.6wt％；sr：0.04％；zn：2.5wt％；re：0.1wt％；fe：w(fe)≤0.16wt％；其余杂质总量小于或等于0.25％，余量为al。本实施例的一种高强韧压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)烘干：将备好的原料纯铝锭、工业硅、纯镁块、铝锶合金、铝稀土合金以及铝锰合金预热到200℃进行烘干处理；(2)熔炼：选用坩埚电阻炉进行熔炼，先将电阻炉预热至200℃，然后再向坩埚内壁均匀涂覆涂料；待烘干后，先将称好的纯铝进行熔化，待纯铝熔化完毕后，升温至780℃，加入称好的工业硅，待熔化完毕后降温至740℃加入铝锰合金以及铝稀土合金，熔化后降温至680-700℃，在熔体表面撒上覆盖剂，随后加入纯镁、铝锶合金，并将其压入坩埚底部进行熔化。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行炉前成分分析，检测合金溶体的成分含量，对含量存在偏差的溶体进行补料或者冲淡，使其成分达到合格的范围；(3)精炼：把合金成分合格的熔体升温至720℃，在熔体中加入熔体总重量0.8％的三合一精炼剂粉末(精炼剂粉末用铝箔纸包裹)，精炼10min，随后静置20min，并再进行炉前成分分析测试，成分合格后在690℃-700℃进行高压铸造生产。压铸参数及压铸试棒模与实施例1相同。对比例1本对比例的一种高强韧压铸铝合金的各组分重量百分比为：si：10.0wt％；mg：0.3wt％；mn：0.6wt％；sr：0.04％；zn：0wt％；re：0.1wt％；fe：w(fe)≤0.16wt％；其余杂质总量小于或等于0.25％，余量为al。本对比例的一种高强韧压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)烘干：将备好的原料纯铝锭、工业硅、纯镁块、铝锶合金以及铝锰合金预热到200℃进行烘干处理；(2)熔炼：选用坩埚电阻炉进行熔炼，先将电阻炉预热至200℃，然后再向坩埚内壁均匀涂覆涂料；待烘干后，先将称好的纯铝进行熔化，待纯铝熔化完毕后，升温至780℃，加入称好的工业硅，待熔化完毕后降温至740℃加入铝锰合金，熔化后降温至680-700℃，在熔体表面撒上覆盖剂，随后加入纯镁，并将其压入坩埚底部进行熔化。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行炉前成分分析，检测合金溶体的成分含量，对含量存在偏差的溶体进行补料或者冲淡，使其成分达到合格的范围；(3)精炼：把合金成分合格的熔体升温至720℃，在熔体中加入熔体总重量0.8％的三合一精炼剂粉末(精炼剂粉末用铝箔纸包裹)，精炼10min，随后静置20min，并再进行炉前成分分析测试，成分合格后在690℃-700℃进行高压铸造生产。压铸参数及压铸试棒模与实施例1相同。对比例2本对比例的一种高强韧压铸铝合金的各组分重量百分比为：si：10.0wt％；mg：0.3wt％；mn：0.6wt％；sr：0wt％；zn：1.0wt％；re：0.1wt％；fe：w(fe)≤0.16wt％；其余杂质总量小于或等于0.25％，余量为al。本对比例的一种高强韧压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)烘干：将备好的原料纯铝锭、工业硅、纯镁块、铝锶合金以及铝锰合金预热到200℃进行烘干处理；(2)熔炼：选用坩埚电阻炉进行熔炼，先将电阻炉预热至200℃，然后再向坩埚内壁均匀涂覆涂料；待烘干后，先将称好的纯铝进行熔化，待纯铝熔化完毕后，升温至780℃，加入称好的工业硅，待熔化完毕后降温至740℃加入铝锰合金，熔化后降温至680-700℃，在熔体表面撒上覆盖剂，随后加入纯镁，并将其压入坩埚底部进行熔化。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行炉前成分分析，检测合金溶体的成分含量，对含量存在偏差的溶体进行补料或者冲淡，使其成分达到合格的范围；(3)精炼：把合金成分合格的熔体升温至720℃，在熔体中加入熔体总重量0.8％的三合一精炼剂粉末(精炼剂粉末用铝箔纸包裹)，精炼10min，随后静置20min，并再进行炉前成分分析测试，成分合格后在690℃-700℃进行高压铸造生产。压铸参数及压铸试棒模与实施例1相同。图1为压铸铝合金铸件的sem组织观察对比图；由图可知，本对比例2对应的微观组织为贯穿型共晶硅；实施例2对应的微观组织为点状、短棒型共晶硅；实施例3对应的微观组织为点状、短棒型共晶硅；实施例4对应的微观组织为细小点状、短棒型共晶硅。对比例3本对比例的一种高强韧压铸铝合金的各组分重量百分比为：si：10.0wt％；mg：0.3wt％；mn：0.6wt％；sr：0.04wt％；zn：1.5wt％；re：0.1wt％；fe：w(fe)≤0.16wt％；其余杂质总量小于或等于0.25％，余量为al。本对比例的一种高强韧压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)烘干：将备好的原料纯铝锭、工业硅、纯镁块、铝锶合金以及铝锰合金预热到200℃进行烘干处理；(2)熔炼：选用坩埚电阻炉进行熔炼，先将电阻炉预热至200℃，然后再向坩埚内壁均匀涂覆涂料；待烘干后，先将称好的纯铝进行熔化，待纯铝熔化完毕后，升温至780℃，加入称好的工业硅，待熔化完毕后降温至740℃加入铝锰合金，熔化后降温至680-700℃，在熔体表面撒上覆盖剂，随后加入纯镁，并将其压入坩埚底部进行熔化。待熔化完毕后充分搅拌，静置并进行炉前成分分析，检测合金溶体的成分含量，对含量存在偏差的溶体进行补料或者冲淡，使其成分达到合格的范围；(3)精炼：把合金成分合格的熔体升温至720℃，在熔体中加入熔体总重量0.8％的三合一精炼剂粉末(精炼剂粉末用铝箔纸包裹)，精炼10min，随后静置20min，并再进行炉前成分分析测试，成分合格后在690℃-700℃进行高压铸造生产。压铸参数及压铸试棒模与实施例1相同。表1(质量分数wt％)组别simgmnsrznre对比例110.00.300.60.040.00.1对比例210.00.300.60.001.00.1对比例310.00.300.60.041.50.0实施例110.00.300.60.041.00.1实施例210.00.300.60.041.50.1实施例310.00.300.60.042.50.1表2压铸铝合金性能组别屈服强度/mpa抗拉强度/mpa延伸率/％对比例1155.8305.87.3对比例2146.7302.410.5对比例3136.6298.88.9实施例1160.4308.210.1实施例2165.2314.09.1实施例3170.0326.17.6根据上述表1、表2中各对比例和实施例的数据可以看出，压铸铝合金中加入zn强化，并以sr和稀土元素实施复合变质，即能在保证良好的压铸性能的同时，增强了压铸铝合金的力学性能。从对比例与实施例的组织照片可以看出，未添加sr或者稀土元素的共晶组织较为粗大，并有贯穿形态分布。而通过引入sr加稀土元素的复合变质，共晶组织得到细化，并形态改善，进而提高了材料的力学性能。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。当前第1页12