CN108754250A - 一种高强度压铸铝合金及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度压铸铝合金及其制造方法。所述高强度压铸铝合金中的组分及其重量百分比为：Si占8.0%～9.0%，Mg占1.0%～1.5%，Zn占4.0%～5.0%，Fe占0.6%～0.9%，Mn少于0.15%但不含0%，Cu占2.0%～3.0%，Ni少于0.15%但不含0%，Ti占0.08%～0.12%，其余为Al和少量不可避免的杂质。制造方法为：向炉内投放纯铝锭，加热至200～230℃，预热2小时以上，以消除原材料中的水分和其它杂质；然后投入到永磁搅拌熔炼装置中进行熔炼，熔炼温度为680～750℃；熔炼完成后，将熔汤浇入铝锭模具，冷却后得到所述的高强度压铸铝合金锭。该高强度压铸铝合金铸造性能优异、强度高，具有一定的塑性，经济性好，特别适用于采用压铸工艺制造通讯、电子类产品结构件。

Description

一种高强度压铸铝合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种高强度压铸铝合金。
背景技术
铝及其合金是一种重要的工业原材料，在航空航天、机械、电子、船舶及化学工业中应用巨大。压铸具有制造效率高、近净成形、表面质量好等优点，特别适用于大批量、快节奏的工业化制造，广泛应用于汽车、通信、电子、家电等行业。
随着通讯、电子产品向小型化、轻量化的方向发展，其结构件的壁厚越来越薄，因此对结构材料的强度也提出了越来越高的要求。添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻、耐腐蚀等优点的同时还能具有较高的塑性、韧性和强度，使之成为理想的结构材料。但是，由于受材料成分和成形性能的限制，传统高强度压铸铝合金材料往往存在原材料价格昂贵或铸造性能不佳等不利因素，造成成本居高不下、废品率高甚至难以成形等问题。目前，随着通讯、电子产品对结构材料的性能要求越来越高，开发成形性好且经济的高强度压铸铝合金新材料就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度压铸铝合金及其制造方法，通过对铝合金的合金元素进行优化，提高其强度，以适应新一代通信、电子等产品对结构材料的要求。该高强度压铸铝合金铸造性能优异，强度高，具有一定的塑性，经济性好，特别适用于制造通讯、电子等产品的结构件。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种高强度压铸铝合金，其组分及各组分的重量百分比为：Si占8.0％～9.0％，Mg占1.0％～1.5％，Zn占4.0％～5.0％，Fe占0.6％～0.9％，Mn少于0.15％但不含0％，Cu占2.0％～3.0％，Ni少于0.15％但不含0％，Ti占0.08％～0.12％，其余为Al和少量不可避免的杂质。
一种制造上述高强度压铸铝合金的方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
(1)向熔炼装置中投放纯铝锭，加热至200～230℃，预热2小时以上，以去除炉体及原材料中的水分；然后加热至750～760℃，保温20min，使纯铝锭充分熔化；再向铝液中加入Si、Mn、Zn、Cu、Fe依次熔化，随后将温度降至700～720℃，将Mg和其余合金组分加入铝液中；
(2)保温20min，使用非接触性永磁搅拌技术充分搅拌，将铝液重新加热至730～750℃，加入精炼剂精炼，旋转除气，静置20min，将熔汤温度调整到700～720℃；
(3)将熔汤浇入铝锭模具，得到上述高强度压铸铝合金锭。
作为上述技术方案的优选，步骤2中所述的非接触性永磁搅拌技术包括永磁搅拌和声源间歇式置入流程，所述的永磁搅拌和声源间歇式置入流程包括以下的工作循环:循环的第一步：永磁搅拌顺时针转动，角频率为w，顺时针转动的搅拌时间为t1；循环的第二步：冶炼炉中放入声源发射头,声音持续时间为t2，此时，永磁搅拌顺时针转动角频率降为w/2；循环的第三步：取出声源发射头，永磁搅拌逆时针转动，角频率为w，搅拌时间为t1,永磁搅拌停止；循环的第四步：冶炼炉中放入声源发射头,声音持续时间为t2，取出声源发射头；然后再进入循环的第一步，所述的声源发射头的内部发出的声音为蝉鸣的录音，该声音的体积能量密度为500瓦到1000瓦每立方米，所述的声音的体积能量密度的计算方法为，声源发射头的总功率除以冶炼炉内总的金属流体的体积。
作为上述技术方案的优选，所述的工作循环重复2次以上，完成搅拌；所述的声源发射头放置的水平位置为冶炼炉的对称中心，放入金属流体液面下方12厘米以下的垂直位置；所述的角频率w为60-100圈每分钟；所述的搅拌时间为t1为5到10分钟；所述的声音持续时间为t2为5到10分钟。
作为上述技术方案的优选，步骤2中所述的旋转除气采用的气体可以是氮气或氩气。
本发明的有益效果在于：通过对合金的成分设计，多组元相互协同作用，大幅度提高了合金的强度，并保持了一定的塑性和优异的铸造性能。例如：本发明的Si元素含量为8.0％～9.0％，属于亚共晶铸造铝合金，具有较好的流动性和铸造性能；Mg在Al中有着强烈的固溶强化作用，同时Mg可与Si形成金属间化合物Mg2Si，具有弥散强化的作用，明显提高材料的屈服强度；Zn可提高流动性，改善力学性能，提高屈服强度；Fe元素在一定条件下会形成粗大的富铁相，损害材料的塑性，但Fe可减小压铸过程中合金的粘模倾向，所以压铸铝合金大多都含有一定量的Fe，本发明将Fe含量限制在0.7％～0.8％以内，略低于传统的ADC12压铸铝合金；Mn能提高耐腐蚀性和强度，适量的Mn可使针状的Fe-Al会转变为细密的Fe-Mn-Al，减小铁对力学性能的不利影响，Mn还可减小铝合金压铸时的粘模倾向；Cu元素的具有明显的固溶强化作用，Cu与Al可形成金属间化合物Al2Cu，起到弥散强化的作用；Ti在铝合金中可以作为异质形核基地，细化晶粒，起到细晶强化的作用。
本发明的合金，采用多组元协同强化，达到了良好的强化效果，也避免了各组元含量过多造成的不利影响。本合金具有较明显的时效强化效果，由于压铸冷却速度快，Al基体中会固溶大量的溶质原子，如Si、Mg、Cu等，在结构件的存储和运输过程中，会发生自然时效，使合金的强度得到提高。由于本发明的合金具有较好的铸造性能和良好的固溶强化效果，因此优选金属模压力铸造的方式进行结构件的制造，结合高圧铸造高速充型、快速凝固的特点，获得复杂精密的产品结构和更佳的力学性能。
附图说明
图1为高强度压铸铝合金压铸拉伸试样的拉伸曲线；
图2为高强度压铸铝合金压铸拉伸试样上获取的金相图。
具体实施方式
实施例：
本实施例提供一种高强度压铸铝合金，其由以下质量百分数的元素组成：Si占8.777％，Mg占1.179％，Zn占4.91％，Fe占0.787％，Mn占0.136％，Cu占2.405％，Ni占0.053％，Ti占0.119％，其余为Al和少量不可避免的杂质。
制备方法包括如下步骤：
(1)向熔炼炉中投放纯铝锭，加热至200～230℃，预热2小时以上，以去除炉体及原材料中的水分；然后加热至750～760℃，保温20min，使纯铝锭充分熔化；再向铝液中加入Si、Mn、Zn、Fe依次熔化，随后将温度降至700～720℃，将Mg和其余合金组分加入铝液中；(2)保温20min，使用非接触性永磁搅拌技术充分搅拌。将铝液重新加热至730～750℃，加入精炼剂精炼，旋转除气，静置20min，将熔汤温度调整到700～720℃；
(3)将熔汤浇入铝锭模具，得到上述高强度压铸铝合金锭。
将本发明实施例的高强度压铸铝合金锭重新融化，加热至670℃，用压铸机将熔汤压入金属模具，制成高强度压铸铝合金的拉伸试样。对上述拉伸试样进行自然时效处理，测试其力学性能，结果如表1所示。
表1本发明实施例高强度压铸铝合金的拉伸试样的力学性能
从表1的结果可以看出，该发明的铝合金具有高的强度和一定的塑性，能够满足通讯、电子类产品对结构材料的需求。并且随着时效时间的延长，合金的屈服强度和抗拉强度得到了明显的提高。当时效时间达到30天时，其强度趋于稳定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种高强度压铸铝合金，其特征在于：所述高强度压铸铝合金中的组分及其重量百分比为：Si占8.0%～9.0%，Mg占1.0%～1.5%，Zn占4.0%～5.0%，Fe占0.6%～0.9%，Mn少于0.15%但不含0%，Cu占2.0%～3.0%，Ni少于0.15%但不含0%，Ti占0.08%～0.12%，其余为Al和少量不可避免的杂质。
2.一种制造如权利要求1所述的高强度压铸铝合金的方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
(1)向熔炼装置中投放纯铝锭，加热至200～230 ℃，预热2小时以上，以去除炉体及原材料中的水分；然后加热至750～760 ℃，保温20 min，使纯铝锭充分熔化；再向铝液中加入Si、Mn、Zn、Cu、Fe依次熔化，随后将温度降至700～720 ℃，将Mg和其余合金组分加入铝液中；
(2)保温20 min，使用非接触性永磁搅拌技术充分搅拌，将铝液重新加热至730～750℃，加入精炼剂精炼，旋转除气，静置20 min，将熔汤温度调整到700～720 ℃；
(3)将熔汤浇入铝锭模具，得到上述高强度压铸铝合金锭。
3.根据权利要求2所述的高强度压铸铝合金的制造方法，其特征在于：步骤2中的非接触性永磁搅拌技术包括永磁搅拌和声源间歇式置入流程，所述的永磁搅拌和声源间歇式置入流程包括以下的工作循环:循环的第一步：永磁搅拌顺时针转动，角频率为w，顺时针转动的搅拌时间为t1；循环的第二步：冶炼炉中放入声源发射头,声音持续时间为t2，此时，永磁搅拌顺时针转动角频率降为w/2；循环的第三步：取出声源发射头，永磁搅拌逆时针转动，角频率为w，搅拌时间为t1, 永磁搅拌停止；循环的第四步：冶炼炉中放入声源发射头, 声音持续时间为t2，取出声源发射头；然后再进入循环的第一步，所述的声源发射头的内部发出的声音为蝉鸣的录音，该声音的体积能量密度为500瓦到1000瓦每立方米，所述的声音的体积能量密度的计算方法为，声源发射头的总功率除以冶炼炉内总的金属流体的体积。
4.根据权利要求2 所述的高强度压铸铝合金的制造方法，其特征在于，所述的非接触性永磁搅拌技术中的工作循环重复2次以上，完成搅拌；所述的声源发射头放置的水平位置为冶炼炉的对称中心，放入金属流体液面下方12厘米以下的垂直位置；所述的角频率w为60-100圈每分钟；所述的搅拌时间为t1为5到10分钟；所述的声音持续时间为t2为5到10分钟。
5.根据权利要求2所述的高强度压铸铝合金的生产方法，其特征在于：步骤2中所述的旋转除气所采用的气体可以是氮气或氩气。
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