一种高强韧铸造铝合金及其制备方法

本发明涉及铝合金新材料领域，尤其涉及一种高强韧铸造铝合金及其制备方法。

背景技术：

1、现如今随着新能源汽车的逐渐普及开来，新能源汽车的两大改进方向(电池、轻量化)也逐渐成为了热门的优化方向。在汽车轻量化研究领域比较重要的一个分支就是汽车轮毂的轻量化改进，现如今大部分的非重载汽车轮毂都采用铝合金制作，因此铝合金汽车轮毂的改良优化就成为了一个重要的研究方向。铝合金汽车轮毂的轻量化研究主要从材料改良、工艺改进两个大的方向来进行。

2、目前，低压铸造以及旋压铸造的汽车轮毂用铝合金中大约有80％以上为a356亚共晶铝硅合金。该合金经过适当的热处理之后可以用作大部分的汽车轮毂材料使用，但其在力学性能方面仍存在一定的提升空间。由于当前低压铸造与旋压铸造轮毂生产用的a356.2铝合金经传统al-5ti-1b细化剂细化，并经常规热处理工序处理之后，硬度一般在65hbw-80hbw，很难上升至80hbw以上。而现在部分低压铸造与旋压铸造轮毂对材料硬度的要求已经逐渐接近甚至超过了80hbw。与此同时，部分旋压铸造轮毂要求材料的延伸率要大于等于10％，而这几乎是常规的上述合金的极限延伸率(延伸率一般为7％-10％)。因此针对于在对力学性能要求较高的汽车轮毂使用场合，传统a356.2铝合金尚较难完全满足需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种的高强韧铸造铝硅合金及其制备方法，能够将亚共晶铝硅合金中的α-al晶粒以及二次枝晶臂进一步细化，同时使合金体中的共晶si颗粒分布更加均匀，相比较现有的a356.2铝合金制备手段，本发明制备的铝硅合金平均晶粒尺寸为320.9μm-334.7μm，平均二次枝晶间距为26.8μm-36.6μm，使得本发明在抗拉强度、延伸率以及硬度都有一定程度的提高。

2、本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、一种高强韧铸造铝合金，其特征在于：所述铝合金中各元素成分及其质量百分比为：6.80％-7.10％si，0.28％-0.32％mg，0.10％-0.20％ti，0.005％-0.015％b，0.010％-0.020％sr，0.003％-0.012％la，fe≤0.15％，cu≤0.15％，其余杂质单项≤0.05％，其余杂质总和≤0.15％，余量为al。

4、而且，所述铝合金的平均晶粒尺寸为320.9μm-334.7μm，平均二次枝晶间距为26.8μm-36.6μm，硬度为81.78hbw-83.48hbw，极限抗拉强度为276.59mpa-281.93mpa，延伸率为19.72％-22.17％。

5、一种高强韧铸造铝合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

6、1)配料，使用a356.2铝硅合金作为制备主体；使用al-5ti-1b-1la中间合金细化剂进行细化处理，其添加量为0.5％-1％；使用al-10sr中间合金变质剂进行变质处理，其添加量为0.14％；

7、2)备料，将a356.2铝硅合金、al-5ti-1b-1la中间合金、al-10sr中间合金以及工业用精炼剂、清渣剂原料按照比例计算后备好待用；

8、3)熔炼，将准备好的a356.2铝合金锭投入到熔炼炉中进行加热熔化；待铝液温度升高至720℃且铝锭充分熔化之后，使用氮气吹入精炼剂进行吹粉精炼处理；随后进行清渣处理；处理完毕之后保温30分钟；然后加入准备好的al-5ti-1b-1la中间合金并不断搅拌，搅拌时长为20分钟；然后加入al-10sr中间合金并不断搅拌，搅拌时长为20分钟；然后加入清渣剂并不断搅拌，同时通入氮气进行除气清渣处理；清渣完毕之后，保温静置30分钟；

9、4)浇筑，将浇筑模具升温至420℃；将铝液浇筑至模具中待自然冷却至凝固定型后取出，使用80℃水进行水冷20秒随后自然冷却至室温；

10、5)热处理，将铸件进行540℃固溶，时长4小时；然后进行80℃水液淬火处理，时长为120秒；然后进行130℃的时效处理，时长3小时。

11、而且，所使用的a356.2铝硅合金，包括如下质量百分比的组分：6.9％-7.3％si，0.35％-0.45％mg，0.2％-0.3％ti，fe≤0.15％，cu≤0.15％，其他杂质单个≤0.05％，其他杂质总和≤0.15％，余量为铝。

12、而且，所述al-5ti-1b-1la中间合金的制备方法，包括如下步骤：

13、1.1)配料：采用al-5ti-1b中间合金为原料，al-5ti-1b中间合金原料包括如下质量百分比的组分：5.0％-5.2％ti，1.0％-1.2％b，其余为铝；工业纯镧，纯度99％；

14、1.2)备料：按重量百分比为1.0％-1.2％的la，余量为al-5ti-1b中间合金原料进行备料；

15、1.3)熔炼，将准备好的al-5ti-1b中间合金原料、la放入熔炼炉中，抽真空后通入工业级高纯氩气；持续升温至1000℃后，进行机械搅拌30分钟；保温30分钟；

16、1.4)浇筑，将浇筑模具升温至420℃，进行真空浇筑，随后冷却至室温。

17、1.5)制得al-5ti-1b-1la中间合金，制得的al-5ti-1b-1la中间合金的包括如下质量百分比的组分：4.9％-5.1％ti，0.95％-1.05％b，0.9％-1.1％la。

18、而且，所述al-10sr中间合金变质剂，包括如下质量百分比的组分：10％sr，90％铝。

19、本发明的优点和有益效果为：

20、1.本发明高强韧铸造铝硅合金的制备方法，通过制备新的al-5ti-1b-1la中间合金细化剂来对a356.2铝合金锭进行细化处理，相比较传统的al-5ti-1b中间合金细化剂，α-al的晶粒以及二次枝晶臂得到了一定程度的细化，平均晶粒尺寸为320.9μm-334.7μm，二次枝晶臂间距降低至26.8μm-36.6μm；同时，共晶硅分布较原先变得更加均匀。

21、2.本发明高强韧铸造铝硅合金的制备方法，使用al-5ti-1b中间合金作为基础，以真空熔炼的方式向其中添加la元素，制备得到al-5ti-1b-1la中间合金，制备的al-5ti-1b-1la中间合金细化剂制备条件要求较低，制备工艺具有工业可行性。

22、3.本发明高强韧铸造铝硅合金的制备方法，使用a356.2铸造用亚共晶铝硅合金锭作为基体，使用上述al-5ti-1b-1la中间合金作为细化剂对α-al晶粒以及二次枝晶进行细化处理，使用al-10sr中间合金作为共晶硅变质剂来对共晶硅进行变质改性处理；使用540℃、4小时固溶；80℃、120秒水液淬火；130℃、3小时时效的方式进行热处理操作，最终制备得到高强韧铸造铝硅合金。

23、4.发明高强韧铸造铝硅合金，经过实验本发明制备的高强韧铝合金其最优情况下极限拉伸强度可达281.93mpa，延伸率可达22.17％，同时，硬度可达83.48hbw，上述力学性能指标均超过了传统的制备方法制备的铝合金。

24、5.本发明高强韧铸造铝硅合金及其制备方法较传统的亚共晶铸造铝合金，其硬度、极限抗拉强度、延伸率均有一定程度的提高；其制备过程可在现有工业制备铝合金的基础上进行改进使用，本发明为铸造用铝合金汽车轮毂的选材方面提供了新的可选择项，具有良好应用前景。