CN109972003A - 适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金及其制备方法，包括按重量百分数计的如下元素：9.0‑12.0％Si、0.05‑0.4％Cu、0.02‑0.05％Mg、0.05‑0.1％Sc、0.6‑0.8％M，余量为Al和不可避免的Fe杂质，其中M为Ti，Zr，V中至少两种元素。本发明的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金经重力铸造后，铸态合金的室温屈服强度可达到143‑152MPa，延伸率可达到8.0％‑12.0％，200℃高温抗拉强度可达到158‑170MPa，高温延伸率可达到10.0％‑20.0％，室温和耐热性能优异，而且无需固溶热处理便可应用于汽车零件，满足汽车轻量化发展的需求。

Description

适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金及其制备方法，属于工业用铝合金及制造领域。

背景技术

铝合金具有密度小、比强度和比刚度较高、耐蚀性好及导电导热性优良、回收容易、低温性能好等特点，广泛应用于交通运输、航空航天、电子电器等领域。重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的铸造方法，包括砂型浇铸、熔模铸造、金属型铸造等。与目前普遍采用的合金压铸工艺相比较，重力铸造的投资成本大为降低，是生产几何形状复杂铸件的主要方法。Al-Si系合金是典型的铸造铝合金，具有流动性好、铸件致密、不易产生铸造裂纹等优异的铸造性能、抗蚀性能和中等的切削加工性能，已成为制造业中最受重视的结构材料之一，已经广泛用于生产发动机缸体和缸盖及轮毂等零件。Al-Si系铸造铝合金典型牌号包括国内的YL102(AlSi12)、YL112(AlSi8.5Cu3.5)、YL113(AlSi811Cu3)，日本的ADC12(AlSi11Cu3)、ADC10(AlSi8.5Cu3.5)以及美国的A380(AlSi8.5Cu3.5)等，这些合金强度和硬度一般，塑性和韧性相对较低，限制了其应用。

A380铝合金是最广泛使用的Al-Si系合金，其Si含量高达7.5wt％～9.5wt％，有良好的铸造性能，而高的Cu含量(3.0wt％～4.0wt％)可获得高的强度和良好的可加工性，现已被广泛应用于交通运输行业(汽车、摩托车等工业)、航天航空、电子/电器等各个领域。同时，也因为A380中Cu含量高，生成的富Cu相的标准电极电位高，在潮湿或者液体环境中易于腐蚀。A360铝合金也是使用较为广泛的Al-Si系合金，跟A380相比最显著的区别是Cu含量低，最大值为0.6％，形成的富铜相比A380少很多，耐腐蚀性能也略好于A380合金，但由于其熔焊和铜焊性能差，限制了在工业生产中的应用，一般用作盖板和仪器外壳。铸造获得Al-Si系合金A380和A360合金，非热处理态屈服强度一般只有120MPa，延伸率只有1％左右，不能满足实际需求，需要热处理才能进一步提高强度。而且A380和A360铝合金的耐热性能差，200℃时的抗拉强度只有120MPa。

镁Mg在Al中的极限固溶度是14.9wt％，Mg与Si反应生成的Mg₂Si相，具有典型的时效析出强化效应，是Al-Si系铸造铝合金中重要的合金化元素。由于Mg₂Si相在180-200℃下即出现明显过时效，纳米析出相迅速粗化，高温性能显著降低。同时随着Mg含量的增加，合金的屈服强度、抗拉强度均有明显的提升，但延伸率显著降低。同时由于180℃以上Mg2Si相显著粗化，导致Al-Si-Mg系合金200℃的耐高温性能较差，主要用于常温下服役的、形状复杂的薄壁铸件。Cu是Al-Si合金中重要的强化元素，显著提高合金的室温和高温强度。由于Cu在525℃时的固溶度高达4.6％，常温下只有0.2％，含Cu的Al-Si系合金可以通过热处理来提高强度。中国发明专利201710640233.1(锆锶复合微合金化和镁合金化的高硬度耐腐蚀铝硅铜系铸造铝合金及制备方法)的专利公开了一种Zr、Sr复合微合金化和Mg合金化的高硬度耐腐蚀Al-Si-Cu系铸造铝合金及制备方法，所发明的组分及其质量百分比为：7.88～8.02％Si、2.04～2.08％Cu、0.406～0.421％Mg、0.179～0.182％Zr、0.0066～0.0069％Sr，余量为铝和少量杂质元素。该发明技术的仍存在以下问题：该合金的Cu含量超过1％导致合金的凝固区间增大，易产生铸造缺陷，降低力学性能；Mg含量过高，降低延伸率和高温性能，该发明中延伸率低于6％。

Sc是Al合金中一种高效细化剂，添加微量的Sc可以显著细化晶粒，同时提高材料的强度和韧性。在Al合金中添加Sc会形成大量Al3Sc粒子，Al3Sc的晶格常数为0.4103nm，与Al基体的错配度仅为1.32％，与基体是完全共格的，可以有效细化晶粒和提高合金的强度。中国发明专利201210584709.1(用连续铸轧法生产汽车散热片用铝-锰-锌-钪铝合金箔)的专利公开了一种用连续铸轧法生产汽车散热片用铝-锰-锌-钪铝合金箔的方法，所发明的汽车散热片用铝-锰-锌-钪铝合金箔，具体化学成份质量百分数为：0.06％Sc、0.44％Si、0.46％Fe、0.11％Cu、1.06％Mn、0.05％Mg、1.47％Zn、Cr≤0.017％、Ni≤0.014％、Ti≤0.012％、Zr≤0.026％，余量为Al。该发明技术的仍存在以下问题：该发明中Si含量只有0.44％，Zn含量1.47％，是变形铝合金，需要复杂的连续铸轧和热处理工艺，不同于Al-Si系铸造铝合金。另外Zn含量1.47％，由于Zn的熔点低和扩散速率快，不利于150℃以上的高温性能，容易导致铝合金老化。中国发明专利201810801603.X(一种Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺)的专利公开了一种Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺，该发明的Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的成分按质量百分比构成如下：Si6.5％，Mg0.35％，Ti0.2％，Zr0.25，Sc0.01％，余量为铝。该发明Al-Si-Mg-Zr-Ti-Sc合金的时效工艺，通过二段时效处理充分挖掘合金潜力，以提高铝合金的力学性能。该发明时效工艺步骤：固溶处理工艺为：540℃固溶保温310min，出炉淬火，出炉至水中时间控制在15s内，水中冷却时间为3～5min。时效处理工艺为：125℃时效保温150min，紧接着在155℃时效保温100～200min，出炉空冷。该发明技术仍存在以下问题：硅含量太低，不利于高温性能。并且，该发明需要固溶和二级时效处理，容易导致热处理过程中铸造部件变形，不适于薄璧等铸件，而且复杂的热处理操作导致生产成本升高，很难在工业上进行大规模的应用。

此外，中国发明专利201811331020.1(一种石墨烯稀土钪协同增强Al-Si-Mg铸造铝合金及其制备方法)中公开了一种铝合金的元素组成为：Si6.00～8.00％，Mg0.20～0.45％，石墨烯0.003～0.007％，Sc0.50～0.60％，Li≤0.05％，Be≤0.05％，B≤0.05％，Na≤0.05％，P≤0.05％，Ti≤0.10％，V≤0.10％，Cr≤0.05％，Mn≤0.10％，Fe≤0.10％，Ni≤0.05％，Cu≤0.10％，Zn≤0.10％，Zr≤0.05％，Sn≤0.05％，Pb≤0.10％，余量为Al。该专利技术的仍存在以下问题：Sc含量太高，导致成本太高，不利于工业上的大规模应用；另外该发明的合金体系复杂，很多合金元素发生反应，导致功能得不到发挥。例如添加的Na和P元素均可以对Si产出变质效应，但是同时添加导致Na与P反应形成Na3P导致变质失效；又例如添加的石墨烯与铝熔体发生反应形成容易水解的Al4C3，4Al+3C＝Al4C3,不能发挥石墨烯的功效，而且导致合金不稳定，获得的合金屈服强度仅为142-144MPa，同时该强度下的延伸率仅为9％。另外添加的Ti、V、Zn和Sn等元素在铝合金的固溶度导致铝基体晶格发生畸变，从而该发明专利获得的导电率大幅度降低，低于常规的铝合金6061水平。

因此，必须开发研制新型铸造铝合金，特别是提高延伸率和高温性能，获得高强韧铸造铝合金材料及其铸造工艺，实现以铸代锻，突破铸造铝合金的应用限制。

发明内容

本发明为了解决现有A380等铸造铝合金因延伸率、耐热性不足的缺陷，导致其应用受到极大限制的行业性难题，提供一种高延伸率耐热的铸造铝合金及其制备方法，以解决上述问题。该合金经重力铸造后，本发明的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金经重力铸造后，铸态合金的室温屈服强度可达到143-152MPa，延伸率可达到8.0％-12.0％，200℃高温抗拉强度可达到158-170MPa，高温延伸率可达到10.0％-20.0％。

为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

第一方面，本发明所述的一种适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金，包括按重量百分数计的如下元素：9.0-12.0％Si、0.05-0.4％Cu、0.02-0.05％Mg、0.05-0.1％Sc、0.6-0.8％M，余量为Al和不可避免的杂质Fe，其中，Al的质量分数不低于87％，M为含有Ti、Zr和V中的至少两种元素的组合元素。

作为优选方案，所述不可避免的杂质Fe含量不超过0.2％。

作为优选方案，所述组合元素M中，按合金中的所有元素总量计，Ti的质量分数为0-0.3％、Zr的质量分数为0-0.3％、V的质量分数为0-0.3％，且其中两种元素不同时为0。

与现有技术方案相比，本发明提供的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的创新思想为：

本发明中，其主要原理是对于重力铸造Al-Si系合金而言，发明中的合金成分将Cu元素含量控制在0.05-0.4％，从而促使合金的凝固区间由A380的80℃缩小至35℃，降低了铸造中缺陷的形成机率，有利于抑制铝晶粒和共晶硅的凝固过程中的粗化，促进晶粒细化及变质，为了进一步细化晶粒和共晶硅，加入少量的Zr、Ti、V等元素，形成与铝基体共格的高温稳定相，有效细化晶粒和提高合金的强度。同时添加微量的Sc和Zr、Ti、V等元素还可以形成共格的Al3Scx(Zr,Ti,V)1-x复合粒子，同时细化变质Al晶粒和Al-Si共晶，充分发挥细晶强化和共晶硅强化，获得更好的晶粒细化和强化效果。Sc也有利于消除Fe杂质元素的有害影响，大幅度提高延伸率。另外在Al-Si合金中加入少量Cu和Mg等元素，可以形成室温和高温稳定的强化相Q相Al5Cu2Mg8Si6，另外200℃时Cu的固溶度高达0.1％，部分Al₂Cu溶解，形成固溶强化，抑制了Al₂Cu的粗化；而常温时固溶的Cu析出，形成更多的Al₂Cu强化相，发挥析出强化效应，总之，本发明的体系中通过添加少量Cu和Mg等元素，同时发挥Cu的固溶与析出强化效应，提高室温和高温强度。本发明中同时去除了Zn，防止合金的自然时效老化，提高了高温稳定性，另外去除了Mn元素，抑制了含Fe、Mn元素的α相的高温破碎，从而提高了高温稳定性。

第二方面，本发明还提供了一种如前述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的重力铸造制备方法，其包括如下步骤：

S1将工业纯铝锭、工业纯镁锭和Al-Si中间合金均去除氧化层并烘干预热至200℃；按合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；

S2将占坩埚高度25％的工业纯铝锭在710～720℃下熔化成熔池后，加入剩余铝锭；

S3待铝锭全部熔化后，升温至720～730℃，将Al-Si中间合金分2～4次加入，并保持温度恒定在710～720℃；

S4待所述Al-Si中间合金全部熔化后，升温至770～780℃，依次加入Al-Cu、Al-M中间合金、Al-Sc中间合金，待所有中间合金都加入完毕后在770-780℃保温15～20分钟；

S5待所有中间合金都熔解完毕，将熔体温度降至695～705℃加入工业纯镁锭，待所述镁锭完全熔化后，在715～725℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置10～20分钟，撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；

S6将所述铝合金熔体降温至715～725℃之间，撇去表面浮渣，重力浇注到预热至180～220℃的金属型模具中，在空气中自然冷却，得到所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金。

作为优选方案，所述Al-Si中间合金为AlSi23或者AlSi28，所述Al-Cu中间合金为AlCu50，所述Al-Sc中间合金为AlSc2中间合金，所述Al-Ti中间合金为AlTi5、AlTi10或者AlTi5B1，所述Al-Zr中间合金为AlZr4，所述Al-V中间合金AlV5。

作为优选方案，所述的Al-M中合金为含有Al-Ti中间合金、Al-Zr中间合金、Al-V中间合金中的至少两种中间合金的组合。

作为优选方案，所述精炼剂的添加量为原料总重量的0.5～1.5％。

作为优选方案，所述精炼剂由按重量百分数计的如下组分组成：碳酸钙为50～70％，氯化钠为10～30％，氯化钾为10～30％。

作为优选方案，所述精炼的温度720～730℃，精炼处理的搅拌时间5～10min。

本发明提供的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的制备方法的优点在于：(1)合金熔化过程中升温至770～780℃，加入中间合金并保温15～20分钟，770～780℃高温确保所有中间合金全部熔化溶解和均匀化，克服了中间合金残留颗粒对延伸率的不利影响。(2)本发明通过在重力铸造在生产过程中，不需要庞大的加工设备，可以浇注成形状复杂的零件，节约金属、降低成本以及减少工时等，提高了本发明合金的市场竞争力，适合推广到规模化工业生产中。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)合金原料均为纯金属和中间合金，来源广泛，整个制备过程无杂质元素渗入，制备的铝合金杂质含量极低；

(2)铸造过程中精炼剂的使用可有效去除铝合金熔液中杂质，有效改善了铝合金的机械性能和耐腐蚀性能；

(3)适量的Sc和Zr、Ti、V等过渡金属可有效提高已有高强铝合金的性能。使用过渡金属处理，细化了铝晶粒和共晶硅，提高屈服强度和延伸率，以及高温强度的大幅度提升。

(4)适量的Sc和Zr、Ti、V等过渡金属消除Fe元素的有害影响，大幅度提升延伸率，同时痕量的Fe可以提高本合金的回收利用率，降低对Al-Si等中间合金Fe的夹杂要求，从而降低中间合金成本。

(5)本发明制备的铸态合金的室温屈服强度可达到143-152MPa，延伸率可达到8.0％-12.0％，200℃高温抗拉强度可达到158-170MPa，高温延伸率可达到10.0％-20.0％，具有高延伸率和高温耐热等特点，符合汽车铝合金零部件的使用要求，且工艺简单，安全可靠，操作方便，具有较高的市场竞争力，适合推广到规模化工业生产中。

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为实施例4中制备铝合金铸态金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例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

一种适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的重量百分比为：按理论配比，9.0％Si，0.05％Cu，0.05％Mg，0.05％Sc，0.3％Zr，0.3％V，余量为Al和不可避免的杂质Fe。

其制备方法是(1)将工业纯铝锭、工业纯镁锭和Al-Si中间合金AlSi23均去除氧化层并烘干预热至200℃；按合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；(2)将占坩埚高度25％的工业纯铝锭在710℃下熔化成熔池后，加入剩余铝锭；(3)待铝锭全部熔化后，升温至720℃，将Al-Si中间合金分2次加入，并保持温度恒定在720℃；(4)待所述Al-Si中间合金全部熔化后，升温至780℃，依次加入AlCu50、AlZr4中间合金、AlV5中间合金、AlSc2中间合金，待所有中间合金都加入完毕后在780℃保温15分钟；(5)待所有中间合金都熔解完毕，将熔体温度降至695℃加入工业纯镁锭，待所述镁锭完全熔化后，在715℃时加入0.5％精炼剂进行精炼，精炼的温度720℃，精炼处理的搅拌时间10min，精炼剂组分按质量百分比为：50％碳酸钙，30％氯化钠，20％氯化钾，精炼后静置10分钟，撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(6)将所述铝合金熔体降温至715℃，撇去表面浮渣，重力浇注到预热至180℃的金属型模具中，在空气中自然冷却，得到所述适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金。

将重力铸造制得的高延伸率耐热铝合金分别进行a.室温拉伸测试；b.200℃、200小时热暴露处理后在200℃进行高温拉伸性能测试，本实例中适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的铸态室温屈服强度为143MPa，延伸率12.0％；200℃下高温拉伸抗拉强度为158MPa，延伸率20.0％。

实施例2

一种适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的重量百分比为：按理论配比，11.0％Si，0.4％Cu，0.02％Mg，0.1％Sc，0.3％Zr，0.3％Ti，余量为Al和不可避免的杂质Fe。

其制备方法是(1)将工业纯铝锭、工业纯镁锭和Al-Si中间合金AlSi23均去除氧化层并烘干预热至200℃；按合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；(2)将占坩埚高度25％的工业纯铝锭在720℃下熔化成熔池后，加入剩余铝锭；(3)待铝锭全部熔化后，升温至730℃，将Al-Si中间合金分4次加入，并保持温度恒定在720℃；(4)待所述Al-Si中间合金全部熔化后，升温至770℃，依次加入AlCu50、AlZr4中间合金、AlTi5B1中间合金、AlSc2中间合金，待所有中间合金都加入完毕后在780℃保温20分钟；(5)待所有中间合金都熔解完毕，将熔体温度降至705℃加入工业纯镁锭，待所述镁锭完全熔化后，在725℃时加入1.5％精炼剂进行精炼，精炼的温度730℃，精炼处理的搅拌时间10min，精炼剂组分按质量百分比为：70％碳酸钙，10％氯化钠，20％氯化钾，精炼后静置20分钟，撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(6)将所述铝合金熔体降温至725℃，撇去表面浮渣，重力浇注到预热至220℃的金属型模具中，在空气中自然冷却，得到所述适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金。

将重力铸造制得的高延伸率耐热铝合金分别进行a.室温拉伸测试；b.200℃、200小时热暴露处理后在200℃进行高温拉伸性能测试，本实例中适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的铸态室温屈服强度为150MPa，延伸率9.0％；200℃下高温拉伸抗拉强度为165MPa，延伸率13.0％。

实施例3

一种适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的重量百分比为：按理论配比，11.0％Si，0.2％Cu，0.04％Mg，0.05％Sc，0.1％Zr，0.3％Ti，0.3％V，余量为Al和不可避免的杂质Fe。

其制备方法是(1)将工业纯铝锭、工业纯镁锭和Al-Si中间合金AlSi28均去除氧化层并烘干预热至200℃；按合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；(2)将占坩埚高度25％的工业纯铝锭在715℃下熔化成熔池后，加入剩余铝锭；(3)待铝锭全部熔化后，升温至725℃，将Al-Si中间合金分3次加入，并保持温度恒定在720℃；(4)待所述Al-Si中间合金全部熔化后，升温至770℃，依次加入AlCu50、AlTi5B1、AlTi10中间合金、AlV5中间合金、AlZr4中间合金、AlSc2中间合金，待所有中间合金都加入完毕后在770℃保温15分钟；(5)待所有中间合金都熔解完毕，将熔体温度降至700℃加入工业纯镁锭，待所述镁锭完全熔化后，在725℃时加入1.0％精炼剂进行精炼，精炼的温度730℃，精炼处理的搅拌时间15min，精炼剂组分按质量百分比为：50％碳酸钙，20％氯化钠，30％氯化钾，精炼后静置15分钟，撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(6)将所述铝合金熔体降温至725℃，撇去表面浮渣，重力浇注到预热至220℃的金属型模具中，在空气中自然冷却，得到所述适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金。

将重力铸造制得的高延伸率耐热铝合金分别进行a.室温拉伸测试；b.200℃、200小时热暴露处理后在200℃进行高温拉伸性能测试，本实例中适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的铸态室温屈服强度为145MPa，延伸率10.0％；200℃下高温拉伸抗拉强度为162MPa，延伸率16.0％。

实施例4

一种适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的重量百分比为：按理论配比，12.0％Si，0.4％Cu，0.05％Mg，0.1％Sc，0.3％Zr，0.2％Ti，0.3％V，余量为Al和不可避免的杂质Fe。

其制备方法是(1)将工业纯铝锭、工业纯镁锭和Al-Si中间合金AlSi28均去除氧化层并烘干预热至200℃；按合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；(2)将占坩埚高度25％的工业纯铝锭在720℃下熔化成熔池后，加入剩余铝锭；(3)待铝锭全部熔化后，升温至730℃，将Al-Si中间合金分4次加入，并保持温度恒定在718℃；(4)待所述Al-Si中间合金全部熔化后，升温至780℃，依次加入AlCu50、AlTi5中间合金、AlZr4中间合金、AlV5中间合金、AlSc2中间合金，待所有中间合金都加入完毕后在770℃保温20分钟；(5)待所有中间合金都熔解完毕，将熔体温度降至698℃加入工业纯镁锭，待所述镁锭完全熔化后，在722℃时加入0.6％精炼剂进行精炼，精炼的温度725℃，精炼处理的搅拌时间15min，精炼剂组分按质量百分比为：60％碳酸钙，30％氯化钠，10％氯化钾，精炼后静置15分钟，撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(6)将所述铝合金熔体降温至720℃，撇去表面浮渣，重力浇注到预热至200℃的金属型模具中，在空气中自然冷却，得到所述适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金。

将重力铸造制得的高延伸率耐热铝合金分别进行a.室温拉伸测试；b.200℃、200小时热暴露处理后在200℃进行高温拉伸性能测试，图1为本实施例制备的铝合金铸态金相组织图。本实例中适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的铸态室温屈服强度为152MPa，延伸率8.0％；200℃下高温拉伸抗拉强度为170MPa，延伸率10.0％。

对比例1

本对比例涉及一种适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的重量百分比为：按理论配比，12.0％Si，0.4％Cu，0.05％Mg，0.3％Zr，0.2％Ti，0.3％V，余量为Al和不可避免的杂质Fe。

其制备方法是(1)将工业纯铝锭、工业纯镁锭和Al-Si中间合金AlSi28均去除氧化层并烘干预热至200℃；按合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；(2)将占坩埚高度25％的工业纯铝锭在720℃下熔化成熔池后，加入剩余铝锭；(3)待铝锭全部熔化后，升温至730℃，将Al-Si中间合金分4次加入，并保持温度恒定在718℃；(4)待所述Al-Si中间合金全部熔化后，升温至780℃，依次加入AlCu50、AlTi5中间合金、AlZr4中间合金、AlV5中间合金，待所有中间合金都加入完毕后在770℃保温20分钟；(5)待所有中间合金都熔解完毕，将熔体温度降至698℃加入工业纯镁锭，待所述镁锭完全熔化后，在722℃时加入0.6％精炼剂进行精炼，精炼的温度725℃，精炼处理的搅拌时间15min，精炼剂组分按质量百分比为：60％碳酸钙，30％氯化钠，10％氯化钾，精炼后静置15分钟，撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(6)将所述铝合金熔体降温至720℃，撇去表面浮渣，重力浇注到预热至200℃的金属型模具中，在空气中自然冷却，得到本对比例的重力铸造铝合金。

将本对比例制得的重力铸造铝合金分别进行a.室温拉伸测试；b.200℃、200小时热暴露处理后在200℃进行高温拉伸性能测试，本对比例中的重力铸造铝合金的铸态室温屈服强度为126MPa，延伸率3.5％；200℃下高温拉伸抗拉强度为131MPa，延伸率4.8％，性能显著低于实例4中适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金。

对比例2

一种适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的重量百分比为：按理论配比，11.0％Si，0.4％Cu，0.02％Mg，0.1％Sc，余量为Al和不可避免的杂质Fe。

其制备方法是(1)将工业纯铝锭、工业纯镁锭和Al-Si中间合金AlSi23均去除氧化层并烘干预热至200℃；按合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；(2)将占坩埚高度25％的工业纯铝锭在720℃下熔化成熔池后，加入剩余铝锭；(3)待铝锭全部熔化后，升温至730℃，将Al-Si中间合金分4次加入，并保持温度恒定在720℃；(4)待所述Al-Si中间合金全部熔化后，升温至770℃，加入AlCu50中间合金、AlSc2中间合金，待所有中间合金都加入完毕后在780℃保温20分钟；(5)待所有中间合金都熔解完毕，将熔体温度降至705℃加入工业纯镁锭，待所述镁锭完全熔化后，在725℃时加入1.5％精炼剂进行精炼，精炼的温度730℃，精炼处理的搅拌时间10min，精炼剂组分按质量百分比为：70％碳酸钙，10％氯化钠，20％氯化钾，精炼后静置20分钟，撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；(6)将所述铝合金熔体降温至725℃，撇去表面浮渣，重力浇注到预热至220℃的金属型模具中，在空气中自然冷却，得到所述适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金。

将重力铸造制得的高延伸率耐热铝合金分别进行a.室温拉伸测试；b.200℃、200小时热暴露处理后在200℃进行高温拉伸性能测试，本实例中适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的铸态室温屈服强度为135MPa，延伸率8.5％；200℃下高温拉伸抗拉强度为142MPa，延伸率12.0％。

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。

Claims (10)

1.一种适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金，其特征在于，包括按重量百分数计的如下元素：9.0-12.0％Si、0.05-0.4％Cu、0.02-0.05％Mg、0.05-0.1％Sc、0.6-0.8％M，余量为Al和不可避免的杂质Fe，其中，Al的质量分数不低于87％，M为含有Ti、Zr和V中的至少两种元素的组合元素。

2.如权利要求1所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金，其特征在于，所述不可避免的杂质Fe含量不超过0.2％。

3.如权利要求1所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金，其特征在于，所述组合元素M中，按合金中的所有元素总量计，Ti的质量分数为0-0.3％、Zr的质量分数为0-0.3％、V的质量分数为0-0.3％，且两种元素不可同时为0。

4.一种如权利要求1中所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1将工业纯铝锭、工业纯镁锭和Al-Si中间合金均去除氧化层并烘干预热至190-200℃；按合金的成分及化学计量比，计算所需原料的用量；

S2将占坩埚高度25％的工业纯铝锭在710～720℃下熔化成熔池后，加入剩余铝锭；

S3待铝锭全部熔化后，升温至710～720℃，将Al-Si中间合金分2～4次加入，并保持温度恒定在710～720℃；

S4待所述Al-Si中间合金全部熔化后，升温至770～780℃，依次加入Al-Cu、Al-M中间合金、Al-Sc中间合金，待所有中间合金都加入完毕后在770～780℃保温15～20min；

S5待所有中间合金都熔解完毕，将熔体温度降至695～705℃加入工业纯镁锭，待所述镁锭完全熔化后，在715～725℃时加入精炼剂进行精炼，精炼后静置10～20min，撇去表面浮渣，得到铝合金熔体；

S6将所述铝合金熔体降温至715～725℃，撇去表面浮渣，重力浇注到预热至180～220℃的金属型模具中，在空气中自然冷却，得到所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金。

5.如权利要求4所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，所述Al-Si中间合金为AlSi23或者AlSi28；所述Al-Cu中间合金为AlCu50；所述Al-Sc中间合金为AlSc2中间合金；所述Al-M中间合金为含有Al-Ti中间合金、Al-Zr中间合金、Al-V中间合金中的至少两种中间合金的组合。

6.如权利要求5所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，所述Al-Ti中间合金为AlTi5、AlTi10或者AlTi5B1；所述Al-Zr中间合金为AlZr4；所述Al-V中间合金AlV5。

7.如权利要求4所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，所述精炼剂的添加量为原料总重量的0.5～1.5％。

8.如权利要求5～7中任一所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，所述精炼剂由按重量百分数计的如下组分组成：碳酸钙为50～70％，氯化钠为10～30％，氯化钾为10～30％。

9.如权利要求4所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，所述精炼的温度720～730℃，精炼处理的搅拌时间5～10min。

10.一种如权利要求1所述的适于重力铸造的高延伸率耐热铝合金在汽车零件上的应用。