CN110541094A

CN110541094A - 一种压铸铝合金及车用部件

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Publication number: CN110541094A
Application number: CN201910941469.8A
Authority: CN
Inventors: 韩星; 刘海峰; 张壮; 吕朔; 闫新和; 洪浩洋; 孙宇; 孙晓东; 熊彬羽
Original assignee: CITIC Dicastal Co Ltd
Current assignee: CITIC Dicastal Co Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2019-12-06

Abstract

本申请公开了一种压铸铝合金及车用部件。以所述压铸铝合金的总重量计，所述压铸铝合金含有：硅9.0wt％‑12.0wt％、锰0.6wt％‑1.0wt％、镁0.1wt％‑0.4wt％、锶0.03wt％‑0.05wt％、铁≤0.5wt％、钛≤0.15wt％，杂质元素锌≤0.05wt％、铜≤0.03wt％，其他杂质元素单个百分含量＜0.1wt％，且其他杂质元素总百分含量＜0.3wt％，及余量为铝。本发明的压铸铝合金在不牺牲机械强度和延伸率的情况下，将Fe含量要求放宽，有效降低成本。本发明的车用部件兼具机械性能高和成本低的双重优势。

Description

一种压铸铝合金及车用部件

技术领域

本发明属于铝合金领域，尤其涉及一种用于汽车结构件的压铸铝合金。

背景技术

压铸，是一种金属加工工艺。根据压铸产品可分为压铸铝合金、压铸镁合金、压铸锌合金以及压铸铜合金等类别。其中，压铸铝合金始终是世界上应用最广泛的压铸合金材料，具有比强度高、耐蚀性好、导电导热优良、易加工及可再生等优点，广泛应用于汽车、通讯、航天、电器等领域。

汽车行业需求占铝合金压铸件总量的80％，作为承载件或受力件，汽车结构件一般装在车身结构的节点上，并与其它车身零部件形成高强度框架。这类结构件通常具有尺寸大、壁薄、结构复杂等特征。为了保证汽车可靠的安全性，汽车结构件的力学性能要求较高，其中，韧性结构件一般要求：抗拉强度≥180MPa，伸长率≥10％；强度结构件一般要求：抗拉强度≥210MPa，伸长率≥7％。

Al-Si系合金在工业生产中应用最为广泛，譬如国内YL101、YL104、日本ADC1、ADC12、美国A360和A380等。这些合金Fe含量普遍高于1％，导致压铸件延伸率往往仅为1-3％，远低于汽车结构件的要求。为满足汽车结构件的要求，已开发了Fe的极限含量在0.15％以下的Al-Si系合金。但是，由于目前压铸工艺和结构件生产工艺存在出品率较低的问题，大量的浇排***和不良品转变成回炉料。为控制最终低铁含量，需额外对回炉料进行除铁，导致增加了工序和成本。

因此，存在进一步降低用于汽车结构件的压铸铝合金成本的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种低成本的压铸铝合金，该压铸铝合金具有高强度和高韧性的特点。

为了达到上述目的，本发明提供了一种压铸铝合金，其特征在于，以所述压铸铝合金的总重量计，所述压铸铝合金含有：硅9.0wt％-12.0wt％、锰0.6wt％-1.0wt％、镁0.1wt％-0.4wt％、锶0.03wt％-0.05wt％、铁≤0.5wt％、钛≤0.15wt％，杂质元素锌≤0.05wt％、铜≤0.03wt％，其他杂质元素单个百分含量＜0.1wt％，且其他杂质元素总百分含量＜0.3wt％，及余量为铝。

根据较佳的实施方式，所述压铸铝合金中，铁≤0.45wt％，更佳地，铁≤0.4wt％。

根据本发明，所述压铸铝合金中铁含量不必过低，例如铁含量可在0.2wt％以上，甚至0.3wt％以上，甚至达到或超过0.4wt％。

本发明的压铸铝合金中铁含量可达为0.4±0.03wt％。

本发明允许铝合金中存在甚至高达约0.5wt％的杂质Fe，而仍可获得延伸率大于8％，甚至可达到10％以上，且抗拉强度可达280MPa以上，完全满足汽车结构件的要求。因此，本发明的铝合金使用普通纯度的原料即可满足要求，且即便使用回炉料也不用进行额外的除铁工序，从而大大降低了合金熔炼成本。

此外，由于铁含量的增加，也避免了因铁含量过低导致的铝合金的粘模问题，使铸件更易脱模，增加了成品率。

根据进一步优选的实施方式，所述压铸铝合金中，硅含量为10.0wt％-11.0wt％。

根据另一优选的实施方式，所述压铸铝合金中，锰含量为0.75wt％-0.9wt％。

根据本发明，通过微调Si和Mg含量可调整合金的机械性能，以满足不同压铸件的多种需求。例如，Mg的含量可为0.12wt％-0.18wt％、0.19wt％-0.25wt％或者0.26wt％-0.32wt％。

根据本发明的一种实施方式，以所述压铸铝合金的总重量计，所述压铸铝合金含有：硅9.0wt％-12.0wt％、锰0.6wt％-1.0wt％、镁0.1wt％-0.4wt％、锶0.03wt％-0.05wt％、铁≤0.5wt％、钛≤0.15wt％，杂质元素锌≤0.05wt％、铜≤0.03wt％，其他杂质元素单个百分含量＜0.1wt％，且其他杂质元素总百分含量＜0.3wt％，及余量为铝。

根据本发明的一种具体实施方式，以所述压铸铝合金的总重量计，所述压铸铝合金含有：硅约为10.0wt％、锰约为0.9wt％、镁约为0.3wt％、锶0.03wt％-0.05wt％、铁约为0.4wt％、钛≤0.15wt％，杂质元素锌≤0.05wt％、杂质元素铜≤0.03wt％，其他杂质元素单个百分含量＜0.1wt％，且其他杂质元素总百分含量＜0.3wt％，及余量为铝。

根据本发明的第二方面，提供一种车用部件，所述部件包括本发明的压铸铝合金。更进一步的，所述部件由本发明的压铸铝合金构成。

本发明的压铸铝合金和包括所述压铸铝合金的车用部件，兼具机械性能和延伸率高，以及成本低的多重优势。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的目的、技术方案及有益效果进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如上所述，本发明提供一种铁含量要求宽松，且机械强度和延伸率均较高的压铸铝合金，从而降低了其成本。

根据本发明的压铸铝合金，以其总重量计，含有：硅9.0wt％-12.0wt％、锰0.6wt％-1.0wt％、镁0.1wt％-0.4wt％、锶0.03wt％-0.05wt％、铁≤0.5wt％、钛≤0.15wt％，杂质元素锌≤0.05wt％、铜≤0.03wt％，其他杂质元素单个百分含量＜0.1wt％，且其他杂质元素总百分含量＜0.3wt％，及余量为铝。

铝合金中，Si元素可以提高流动性，增加抗拉强度，减小收缩率和热裂倾向性。Si含量越高，铝合金的流动性越好，但韧性会下降。因此为了保证铝合金足够的流动性和韧性，Si的重量百分比限定为9.0wt-12.0wt％，更优选的，Si的重量百分比限定为10.0wt-11.0wt％。

Mn元素能与Al形成MnAl6化合物弥散质点，阻碍再结晶晶粒的长大，少量Mn元素可显著细化再结晶晶粒，从而增加强度、提高耐热性和耐蚀性。但是Mn含量过高易形成Al-Si-Fe-Mn化合物，容易形成硬点以及降低合金导热性。通常用于汽车结构件的铝合金中Mn的含量不超过0.5wt％。然而，本发明人发现，通过控制Mn的含量略升高到一定范围，可促使汉字状或骨骼状富铁相的形成，获得满意的延伸率，同时又不会造成机械强度的下降。因此本发明合金中，调控Mn的重量百分比为0.6wt％-1.0wt％，更优选的，重量百分比为0.75wt％-0.9wt％。本发明中增加了Mn的含量虽然使成本有所增加，但是由于机械性能得到了提升，使得铁的含量要求得到放宽，因而总体成本仍得到了显著降低

Mg与Si可形成Mg₂Si相，使合金强化，提高合金强度和硬度，但会降低伸长率，增大合金的粘型性。本发明铝合金中Mg的重量百分比限定为0.1wt％-0.4wt％。

Fe元素做为杂质元素，当含量过高时，以FeAl₃，Fe₂Al₇和Al-Si-Fe的片状或针状组织存在于合金中，降低机械性能，特别是降低延伸率。本发明人发现，将Fe的重量百分比含量宽泛至0.5wt％以下仍可获得满意的机械强度，特别是延伸率，从而大大降低了成本，使用回炉料也无需额外除铁步骤。

Cu元素可以提高合金的强度与硬度，但是会明显降低伸长率。因此在铝合金中Cu也作为杂质严格控制其含量。本发明的合金中Cu的重量百分比在0.03wt％以下。

Zn在铝合金中能提高流动性，但增加热脆性，降低耐蚀性。故在铝合金中Zn也作为杂质，控制其含量在0.05wt％以下。

Sr是表面活性元素，在结晶学上锶能改变金属间化合物相的行为。因此用锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性和最终产品质量，Sr的重量百分比控制为0.03wt％-0.05wt％。

在合金中加入微量的Ti，能显著细化铝合金的晶粒组织，提高合金的机械强度，降低合金的热裂倾向，本发明中加入微量锶并将其百分含量限制为不大于0.15wt％。

通过上述合金元素含量的控制，获得了本发明具有较高机械强度，特别是满意的延长率，同时又允许较高含量的铁存在的低成本铝合金。本发明的铝合金可用做汽车的结构件，例如减震塔、纵梁、仪表盘等白车身零部件，副车架、发动机托盘、电池包等底盘类零部件等。

本发明压铸铝合金可以采用本领域的常规制备方法获得。根据一种具体的制备方法，本发明的压铸铝合金可按如下方法制备：首先按其化学成分配置原料；将Al、Si原料，诸如纯铝和铝硅中间合金，放入炉中加热，全部熔化后炉温升至700℃-720℃时加入用Mg(可为锡箔包裹的纯镁，并用钟罩将其压入液面以下，边熔化边上下、前后、左右搅拌至熔化完毕)；随后将炉温升至740℃-750℃加入锰，待其熔化反应完成后进行充分搅拌，然后取样进行成分分析，合格后即得到合金液；待炉温降至730℃-740℃时加入Sr原料(如铝锶中间合金)进行变质，用石墨转子通入高纯氩气精炼15分钟；然后加入Ti原料(如铝钛硼丝)进行细化，5分钟后扒渣，保持700-710℃静置20-30分钟待用；在全自动压铸单元中引入真空***，将准备好的铝合金在高真空下压铸为相应的结构件(具体工艺可为：熔体浇铸温度690-700℃、模具预热温度240-260℃、铸造压力120-140MPa、压射速度6-8m/s、真空度≤50mbar)。压铸后的合金件再进行T6热处理，从而获得本发明具有高机械特性的压铸铝合金件。

以下通过具体实施例和对比例进一步说明本发明。

实施例1

制备不同化学成分的铝合金并利用高真空压铸工艺对该铝合金进行处理，经过T6热处理后，获得压不同性能的压铸铝合金。制备压铸铝合金的具体步骤如下：

(1)根据表1中的化学成分配置原料，其中原料为纯铝、铝硅中间合金、锰添加剂、纯镁、铝锶中间合金、铝钛硼丝，所述原料的纯度分别为：纯铝≥99.7wt％、纯硅≥99.9wt％、纯镁≥99.95wt％、锰添加剂为85wt％Mn和15wt％助溶剂混合物、铝锶中间合金为Al-10Sr、铝钛硼丝为Al₅TiB；

(2)将纯铝和铝硅中间合金放入炉中加热，全部熔化后炉温升至710℃时加入用锡箔包裹的纯镁，并用钟罩将其压入液面以下，边熔化边上下、前后、左右搅拌至熔化完毕，随后将炉温升至740℃加入锰添加剂，待其熔化反应完成后进行充分搅拌，然后取样进行成分分析，合格后即得到合金液；

(3)待炉温降至730℃时加入铝锶中间合金进行变质，用石墨转子通入高纯氩气精炼15min，然后加入铝钛硼丝进行细化，5min后扒渣，保持700℃静置30分钟待用。

(4)采用高真空压铸工艺对合金进行处理，制备厚度为4mm的平板试样(参照GB228-2002)，所述高真空压铸工艺主要工艺参数为：熔体浇铸温度695℃、模具预热温度245℃、铸造压力130MPa、压射速度6.5m/s、真空度40mbar。

对上述压铸试样经T6热处理后，其机械性能检测结果如表2所示。其中：抗拉强度根据、屈服强度、延伸率和硬度根据GB/T 1173方法测定。

表1压铸铝合金化学成分表(重量百分比)

元素	Si/％	Mn/％	Mg/％	Fe/％	Cu/％	Zn/％	余量
								合金1	9.85	0.61	0.32	0.42	0.02	0.04	Al
合金2	9.93	0.76	0.28	0.39	0.03	0.05	Al
								合金3	10.12	0.88	0.30	0.40	0.01	0.03	Al
合金4	9.88	0.98	0.31	0.41	0.02	0.05	Al
								对比例1	9.93	0.45	0.29	0.40	0.03	0.05	Al

表2压铸试样机械性能检测结果

合金	抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	延伸率/％	硬度/HB
					合金1	285.25	210.21	9.25	93.02
合金2	290.54	213.85	10.75	95.12
					合金3	295.38	212.83	10.88	98.32
合金4	298.26	215.28	10.60	99.29
					对比例1	289.68	212.98	6.85	95.64

实施例2

按照与实施例1相同的步骤制备不同镁含量的压铸铝合金，合金成分的质量百分比如表3所示，其机械性能检测结果如表4所示。

表3压铸铝合金化学成分表(质量百分比)

元素	Si	Mn	Mg	Fe	Cu	Zn	余量
								合金5	9.85	0.71	0.15	0.42	0.02	0.04	Al
合金6	9.93	0.70	0.22	0.39	0.03	0.05	Al
								合金7	10.12	0.69	0.30	0.40	0.01	0.03	Al
合金8	9.88	0.7	0.36	0.41	0.02	0.05	Al

表4压铸试样机械性能检测结果

合金	抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	延伸率/％	硬度/HB
					合金5	280.25	206.21	11.82	93.02
合金6	286.45	209.49	11.28	93.85
					合金7	288.32	212.83	10.98	94.12
合金8	292.86	215.28	10.64	94.59

实施例3

按照与实施例1相同的步骤制备不同硅含量的压铸铝合金，合金成分的质量百分比如表5所示，其机械性能检测结果如表6所示。

表5压铸铝合金化学成分表(质量百分比)

元素	Si	Mn	Mg	Fe	Cu	Zn	余量
								合金9	9.52	0.71	0.33	0.41	0.02	0.05	Al
合金10	10.85	0.70	0.32	0.39	0.03	0.02	Al
								合金11	11.92	0.69	0.30	0.43	0.03	0.03	Al

表6压铸试样机械性能检测结果

	抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	延伸率/％	硬度/HB
					合金9	275.28	185.21	13.25	89.02
合金10	290.49	212.85	10.82	94.25
					合金11	308.31	225.81	8.58	98.42

以上概述了实施例的特征，从而使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域的技术人员应该理解，它们可以容易地将本发明用作基础，来设计或更改用于与本文中介绍的实施例执行相同的目的和/或实现相同的优势的其他方法和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等效构造不背离本发明的精神和范围，且在不背离本发明的精神和范围的情况下，他们可以对本发明做出各种变化、替换和修改。

Claims

1.一种压铸铝合金，其特征在于，以所述压铸铝合金的总重量计，所述压铸铝合金含有：硅9.0wt％-12.0wt％、锰0.6wt％-1.0wt％、镁0.1wt％-0.4wt％、锶0.03wt％-0.05wt％、铁≤0.5wt％、钛≤0.15wt％，杂质元素锌≤0.05wt％、铜≤0.03wt％，其他杂质元素单个百分含量＜0.1wt％，且其他杂质元素总百分含量＜0.3wt％，及余量为铝。

2.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金中，铁≤0.45wt％。

3.根据权利要求2所述的压铸铝合金，其特征在于，铁≤0.4wt％。

4.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金中，硅含量为10.0wt％-11.0wt％。

5.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金中，锰含量为0.75wt％-0.9wt％。

6.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其特征在于，以所述压铸铝合金的总重量计，所述压铸铝合金含有：硅10.0wt％-11.0wt％、锰0.75wt％-0.9wt％、镁0.1wt％-0.4wt％、锶0.03wt％-0.05wt％、铁0.4±0.03wt％、钛≤0.15wt％，杂质元素锌≤0.05wt％、杂质元素铜≤0.03wt％，其他杂质元素单个wt％＜0.1％，总量wt％＜0.3％，及余量为铝。

7.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其特征在于，以所述压铸铝合金的总重量计，所述压铸铝合金含有：硅约为10.0wt％、锰约为0.9wt％、镁约为0.3wt％、锶0.03wt％-0.05wt％、铁约为0.4wt％、钛≤0.15wt％，杂质元素锌≤0.05wt％、杂质元素铜≤0.0wt％，其他杂质元素单个wt％＜0.1％，总量wt％＜0.3％，及余量为铝。

8.一种车用部件，其特征在于，所述部件包括根据权利要求1-7中任一项所述的压铸铝合金。

9.根据权利要求8所述的车用部件，其特征在于，所述部件由根据权利要求1-7中任一项所述的压铸铝合金构成。