一种汽车用高强高韧含Nb免热处理铝硅铜镁合金及其制备方法

本发明属于铝合金，具体涉及一种汽车用高强高韧含nb免热处理铝硅铜镁合金及其制备方法。

背景技术：

1、目前，以一体化高压铸造为代表的汽车轻量化技术是实现汽车节能减排减重的重要途径。高si亚共晶al-si合金具有比强度高、密度低、流动性和耐蚀性好等优点，成为一体化压铸用免热处理铝合金材料的首选，在汽车底盘件、副车架、后地板等汽车零部件中具有广阔的应用前景。

2、提高铸态合金强度的常用且有效的方法是通过热处理在基体相中析出纳米强化相。然而，由于充模过程中熔体的紊乱湍流，压铸件通常含有较多的滞留气体。固溶处理会使外加的滞留气体大幅膨胀，形成表面气泡和内部的大气孔，恶化压铸件的力学性能。因此，不经热处理且仍然具有较高强度和良好塑性的铸态的铝合金结构件成为一种趋势并在近年来逐渐兴起，目前主要的免热处理合金牌号有castasil 37、c611、aural6、jda系列、thas系列合金等。

3、目前，免热处理铝合金还面临很多问题，传统al-ti-b细化剂的“si中毒”效应导致的晶粒组织无法进一步细化，不可避免的大尺寸层片状β-al5fesi相的出现以及缺少新的强化相，这些都会降低合金强度或塑性。

4、因此，在不进行热处理的情况下，如何在保证合金流动性和抗热裂性的同时，实现强度—塑性之间的平衡，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种汽车用高强高韧含nb免热处理铝硅铜镁合金及其制备方法。本发明的合金中si含量接近共晶成分以保证合金的强度、流动性和抗热裂性；sr元素的作用是变质共晶si相，将粗大的片层状si变质为细小的纤维状以改善合金的延伸率；抗“si中毒”元素nb配合溶质元素ti的加入，能够在凝固初期起到抑制枝晶生长速度，起到细化晶粒的作用；cu和mg元素的作用是协同优化q-al5cu2mg8si6相、θ-al2cu相和β-mg2si的尺寸和含量，进一步提高合金的强度；fe和mn元素的作用是避免大尺寸层片状β-al5fesi相以及大尺寸α-al15(mn，fe)3si2初生相的生成，同时改善脱模性，避免出现粘膜拉伤模具的情况。

2、本发明第一方面提供一种汽车用高强高韧含nb免热处理铝硅铜镁合金，以合金总质量计，si的含量为8％～10％，mg的含量为0.15％～0.25％，cu的含量为0.45％～1.25％，mn的含量为0.3％～0.6％，ti的含量为0.05％～0.1％，nb的含量为0.03％～0.1％，b的含量为0.01％～0.03％，sr的含量为0.01％～0.02％，fe的含量≤0.2％，其他不可控杂质元素含量≤0.5％，余量为al。

3、作为本发明的一个实施例，合金中mg和cu的元素质量比为1：3～5，fe和mn的元素质量比为1：1.5～3，b和nb的元素质量比为1：5～9，ti和nb的元素质量比为1：1～2。

4、作为本发明的一个实施例，nb元素以al-nb-b中间合金的形式加入，ti元素al-ti中间合金的形式加入。

5、作为本发明的一个实施例，所述其他不可控杂质元素包括o、c和na元素中的一种或几种。

6、本发明第二方面提供一种制备第一方面所述的合金的方法，所述方法包括：

7、s1：配料与熔炼，将si、cu、mn、ti、al按照成分质量百分比配料后放入熔炼炉，升温至790℃～810℃直至合金全部熔化；降温至775℃～785℃，加入nb、b，待其全部熔化后搅拌30s～40s；将熔炼温度进一步降至730℃～735℃后加入mg、sr；

8、s2：精炼与浇注，除气精炼30min～35min后扒渣，静置15min～20min后进行浇注，浇注温度为680℃～700℃。

9、作为本发明的一个实施例，步骤s1所选择元素的加入形式为：al-si中间合金，al-cu中间合金，al-mn中间合金，al-ti中间合金，纯度99.9％的工业纯铝，al-nb-b中间合金，纯度99.9％的工业纯镁，al-sr中间合金。

10、作为本发明的一个实施例，步骤s2所采用的精炼气体为氩气，气体流量为8.5l/min～12l/min。

11、本发明提供的上述技术方案至少带来的有益效果包括：

12、(1)本发明中的合金在凝固过程中能够生成含有抗“si毒化”含nb颗粒，该颗粒可以作为铝基体有效的形核衬底从而细化晶粒组织，降低溶质偏析程度。同时，促进共晶si相、q-al5cu2mg8si6相、θ-al2cu相、β-mg2si相、富fe相等第二相的均匀化和弥散化分布；

13、(2)本发明通过添加不同含量特定比例的mg、cu元素生成q-al5cu2mg8si6相、θ-al2cu相和β-mg2si相，通过协同优化三相之间体积分数、形貌、尺寸和分布，可以显著提高合金的强度并保证一定的塑性；

14、(3)本发明通过控制合金中fe含量和精确mn/fe元素比，将粗大的层片状β-mg2si相转化为多边形或汉字状的α-al15(mn，fe)3si2相，降低了富fe相的应力集中程度，改善了合金的延展性；

15、(4)本发明中的合金在间接挤压铸造工艺铸态屈服强度最高可达194.82mpa，抗拉强度最高可达305.79mpa，延伸率最高可达8.80％；

16、(5)本发明的合金适用于间接挤压铸造、高压铸造等快速凝固条件下的铸造工艺，具有质量轻，生产效率高，力学性能优良的特点，可广泛应用于汽车复杂结构件合金的生产。

技术特征：

1.一种汽车用高强高韧含nb免热处理铝硅铜镁合金，其特征在于，以合金总质量计，si的含量为8％～10％，mg的含量为0.15％～0.25％，cu的含量为0.45％～1.25％，mn的含量为0.3％～0.6％，ti的含量为0.05％～0.1％，nb的含量为0.03％～0.1％，b的含量为0.01％～0.03％，sr的含量为0.01％～0.02％，fe的含量≤0.2％，其他不可控杂质元素含量≤0.5％，余量为al。

2.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，合金中mg和cu的元素质量比为1：3～5，fe和mn的元素质量比为1：1.5～3，b和nb的元素质量比为1：5～9，ti和nb的元素质量比为1：1～2。

3.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，nb元素以al-nb-b中间合金的形式加入，ti元素以al-ti中间合金的形式加入。

4.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，所述其他不可控杂质元素包括o、c和na元素中的一种或几种。

5.一种制备权利要求1～4任意一项所述的合金的方法，其特征在于，所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤s1所选择元素的加入形式为：al-si中间合金，al-cu中间合金，al-mn中间合金，al-ti中间合金，纯度99.9％的工业纯铝，al-nb-b中间合金，纯度99.9％的工业纯镁，al-sr中间合金。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤s2所采用的精炼气体为氩气，气体流量为8.5l/min～12l/min。

技术总结
本发明公开了一种汽车用高强高韧含Nb免热处理铝硅铜镁合金及其制备方法，以合金总质量计，Si的含量为8％～10％，Mg的含量为0.15％～0.25％，Cu的含量为0.45％～1.25％，Mn的含量为0.3％～0.6％，Ti的含量为0.05％～0.1％，Nb的含量为0.03％～0.1％，B的含量为0.01％～0.03％，Sr的含量为0.01％～0.02％，Fe的含量≤0.2％，其他不可控杂质元素含量≤0.5％，余量为Al。本发明中的合金在间接挤压铸造工艺铸态屈服强度最高可达194.82MPa，抗拉强度最高可达305.79MPa，延伸率最高可达8.80％。本发明属于铝合金技术领域。

技术研发人员：江海涛,武晓燕,刘文强,路洪洲,郭爱民
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10