CN109161733A - 一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金及其铸造固溶强韧化工艺 - Google Patents

一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金及其铸造固溶强韧化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种添加Zn的Al‑Si‑Cu‑Mg铝合金及其铸造固溶强韧化工艺，铸造铝合金所用原材料及重量百分比为：42.5%‑47.5%的Al‑20Si、2.38%‑2.63%的Al‑40Cu、0.35%‑0.45%纯度为99.99%的Mg、0.55%‑0.65%纯度为99.96%的Zn、0.1%的Al‑10Sr、0.1%的Al‑5Ti‑1B、余量为纯度为99.97%的Al。采用本工艺制备和固溶处理的Al‑9Si‑1Cu‑0.4Mg铝合金能获得较高韧性和强度，同时固溶处理分级进行，减少了能耗，固溶处理后采用自然时效处理即可，省去了热处理过程中人工时效处理，大大降低了热处理工序中的能耗和生产成本。

Description

一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金及其铸造固溶强韧化工艺
技术领域
本发明涉及铸造铝合金技术领域，特别涉及一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金及其铸造固溶强韧化工艺。
背景技术
随着节能减排、绿色环保政策的出台与实施，铝合金作为轻量化的首选材料在很多领域得到了广泛的应用。Al-Si-Cu-Mg合金由于其优良的铸造性能和机械加工性能在工业生产中得到众多研究者的高度关注，同时，Al-Si-Cu-Mg合金具有流动性好、高温强度高、密度低、力学性能好等优点，其越来越多地应用于汽车、航空航天等领域的薄壁复杂铸件。
在Al-Si-Cu-Mg合金的强韧化方面，目前主要是采用合金材料成分优化、晶粒细化和热处理工艺优化等方式。合金成分优化方面主要是添加其他合金元素，增加合金中Cu和Mg的含量，因为Cu和Mg会在时效过程中析出Al2Cu和Mg2Si强化相，但同时会大大降低合金的塑性，也就是合金的延伸率；晶粒细化方面一般的方法是添加细化剂，还有快速凝固技术，但此方法在技术和成本上都较难实现；铸造铝合金热处理工艺使用最多的就是T6热处理工艺，包括固溶处理、淬火和人工时效，整个过程耗能耗时，Al-Si-Cu-Mg合金T6热处理后能获得较高的力学性能，但延伸率往往较低，5%以上的延伸率很难达到。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金及其铸造固溶强韧化工艺，采用本工艺制备和固溶处理后的铝合金能够获得较高的韧性和强度，同时，固溶处理分级进行，减少了能耗，合金在固溶处理后采用自然时效处理即可，也减少了热处理过程中的人工时效处理，大大降低了热处理工序中的能耗和生产成本。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
本发明提出一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金，铸造所述铝合金所用原材料及重量百分比为：Al-20Si：42.5%-47.5% ，Al-40Cu：2.38%-2.63% ，纯度为99.99%的Mg：0.35%-0.45%，纯度为99.96%的Zn：0.55%-0.65% ，Al-10Sr：0.1% ，Al-5Ti-1B：0.1% ，余量为纯度为99.97%的Al。
优选地，所述铝合金的抗拉强度大于等于300Mpa，屈服强度大于等于220Mpa，延伸率大于等于7.0%。
优选地，铸造所述铝合金所用原材料及重量百分比为：Al-20Si：45.00 %，
Al-40Cu：2.50 %，纯度为99.99%的Mg：0.40%，纯度为99.96%的Zn：0.60%，Al-10Sr：0.1%，Al-5Ti-1B：0.1%，纯度为99.97%的Al：51.3 %，所述铝合金的抗拉强度为315Mpa，屈服强度为225Mpa，延伸率为8.9%。
本发明还提出一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金的铸造固溶强韧化工艺，该工艺包含以下步骤：
（1）称取42.5%-47.5%的Al-20Si、2.38%-2.63%的Al-40Cu、0.35%-0.45%纯度为99.99%的Mg、0.55%-0.65% 纯度为99.96%的Zn、0.1%的Al-10Sr、0.1%的Al-5Ti-1B、余量为纯度为99.97%的Al，加入电阻炉中进行预热处理；
（2）将预热后的Al、Al-20Si、Al-40Cu加入石墨坩埚电阻熔炼炉熔炼，熔化后铝液温度控制在730-740℃，然后对铝液进行20 min的精炼和去渣处理，之后调整温度至720-730℃，加入Mg、Zn，熔化完全后调整温度在730-740℃，再次进行20 min的精炼和去渣处理；
（3）去渣处理完成后加入Al-10Sr、Al-5Ti-1B，通过陶瓷除气棒通入纯度为99.99%的Ar气，除气结束后，调整铝液温度为710±5℃，保温静置后进行浇注；
（4）浇注后的铸件进行双级固溶处理，一级固溶是在500±5℃温度条件下加热2h，二级固溶是在一级固溶之后升温至520±5℃加热3h，然后在60-70℃温水中对铸件进行淬火处理，得到添加Zn的铸造固溶铝合金。
优选地，步骤（1）中，预热处理的温度为100-200℃，处理时间为30-40min。
优选地，步骤（3）中，通入Ar气的时间为25-30min，保温静置20-30min后进行浇注。
本发明具有的有益效果为：
与现有技术相比，本发明提供了一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金及其铸造固溶强韧化工艺，该工艺简单易行，使用原料均是工厂生产的普通材料，并且该铝合金热处理工艺仅进行双级固溶处理即可使得所铸造的Al-9Si-1Cu-0.4Mg铝合金达到较高抗拉强度、较高屈服强度、较高延伸率的组合效果，提高了产品的整体性能，可用于汽车、航空航天等高端装备薄壁复杂铸件，该工艺与普通热处理工艺相比，减少了热处理长时间的时效过程，固溶时间也缩短到了5小时，大大减少了热处理的时间，降低了热处理过程的能耗，提高了生产效率，降低了成本。
附图说明
图1为本发明固溶热处理工艺曲线图。
具体实施方式
实施例：
本实施例的铸造铝合金所用原材料及重量百分比为：
Al-20Si：45.00 %，Al-40Cu：2.50 %，纯度为99.99%的Mg：0.40%，纯度为99.96%的Zn：0.60%，Al-10Sr：0.10%，Al-5Ti-1B：0.10%，纯度为99.97%的Al：51.3 %，
本实施例具体工艺过程为：
（1）称取上述的Al-20Si、Al-40Cu、Mg、Zn、Al-10Sr、Al-5Ti-1B、Al，加入到电阻炉中，在100-200℃下预热处理30-40min，以除去原材料水汽，减少熔炼过程中气孔、针孔的产生；
（2）将预热后的Al、Al-20Si、Al-40Cu加入石墨坩埚电阻熔炼炉熔炼，熔化后铝液温度控制在730-740℃，然后对铝液进行20 min的精炼和去渣处理，之后调整温度至720-730℃，加入Mg、Zn，熔化完全后调整温度在730-740℃，再次进行20 min的精炼和去渣处理；
（3）去渣处理完成后加入Al-10Sr、Al-5Ti-1B，通过陶瓷除气棒通入25-30min纯度为99.99%的Ar气，除气结束后，调整铝液温度为710±5℃，保温静置20-30min后进行浇注；
（4）浇注后的铸件进行双级固溶处理，一级固溶是在500±5℃温度条件下保持2h，二级固溶是在一级固溶之后升温至520±5℃保持3h，然后在60-70℃温水中对铸件进行淬火处理，得到添加Zn的Al-9Si-1Cu-0.4Mg铸造固溶铝合金。
本实施例所铸造的铝合金的抗拉强度达到315Mpa，屈服强度达225Mpa，延伸率为8.9%。
本发明使用的原材料均为工厂正常生产使用的原材料，所铸造的Al-9Si-1Cu-0.4Mg铝合金，热处理工艺仅进行双级固溶处理即可达到较高的抗拉强度和延伸率的组合，与普通热处理固溶后时效处理工艺相比，减少了长时间的时效过程，固溶时间也缩短到了5个小时，大大减少了热处理过程的时间，降低了热处理过程的能耗，提高了生产效率，降低了成本。

Claims (6)

1.一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金，其特征在于：铸造所述铝合金所用原材料及重量百分比为：
Al-20Si：42.5%-47.5% ，
Al-40Cu：2.38%-2.63% ，
纯度为99.99%的Mg：0.35%-0.45% ，
纯度为99.96%的Zn：0.55%-0.65% ，
Al-10Sr：0.1% ，
Al-5Ti-1B：0.1% ，
余量为纯度为99.97%的Al。
2.根据权利要求1所述的一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金，其特征在于：所述铝合金的抗拉强度大于等于300Mpa，屈服强度大于等于220Mpa，延伸率大于等于7.0%。
3.根据权利要求1所述的一种添加Zn的Al-Si-Cu-Mg铝合金，其特征在于：铸造所述铝合金所用原材料及重量百分比为：
Al-20Si：45.00 %，
Al-40Cu：2.50 %，
纯度为99.99%的Mg：0.40%，
纯度为99.96%的Zn：0.60%，
Al-10Sr：0.1%，
Al-5Ti-1B：0.1%，
纯度为99.97%的Al：51.3 %，
所述铝合金的抗拉强度大于等于300MPa，屈服强度大于等于220MPa，延伸率大于等于7.0%。
4.权利要求1所述铝合金的铸造固溶强韧化工艺，其特征在于：该工艺包含以下步骤：
（1）称取42.5%-47.5%的Al-20Si、2.38%-2.63%的Al-40Cu、0.35%-0.45%纯度为99.99%的Mg、0.55%-0.65% 纯度为99.96%的Zn、0.1%的Al-10Sr、0.1%的Al-5Ti-1B、余量为纯度为99.97%的Al，加入到电阻炉中进行预热处理；
（2）将预热后的Al、Al-20Si、Al-40Cu加入石墨坩埚电阻熔炼炉熔炼，熔化后铝液温度控制在730-740℃，然后对铝液进行20 min的精炼和去渣处理，之后调整温度至720-730℃，加入Mg、Zn，熔化完全后调整温度在730-740℃，再次进行20 min的精炼和去渣处理；
（3）去渣处理完成后加入Al-10Sr、Al-5Ti-1B，通过陶瓷除气棒通入纯度为99.99%的Ar气，除气结束后，调整铝液温度为710±5℃，保温静置后进行浇注；
（4）浇注后的铸件进行双级固溶处理，一级固溶是在500±5℃温度条件下保持2h，二级固溶是在一级固溶之后升温至520±5℃保持3h，然后在60-70℃温水中对铸件进行淬火处理，得到添加Zn的铸造固溶铝合金。
5.根据权利要求4所述铝合金的铸造固溶强韧化工艺，其特征在于：步骤（1）中，预热处理的温度为100-200℃，处理时间为30-40min。
6.根据权利要求4所述铝合金的铸造固溶强韧化工艺，其特征在于：步骤（3）中，通入Ar气的时间为25-30min，保温静置20-30min后进行浇注。
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