CN115287485A - 烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其包括：熔化铝锭，并控制铝液温度控制在710～730℃之间，此外，按照以下组分加入各个组分：7.5～9.0重量％的硅、0.05～0.15重量％的镁、0.3～0.6重量％的锰、0.02～0.15重量％的钼、0.1～0.3重量％的锆、0.05～0.15重量％的钛；单个杂质元素最多0.03重量％，其余为铝，其中Si：(Mg+Zr)的比例范围大于25：1；通过除气机将铝合金无钠精炼剂压入进行精炼，并在精炼时加入含0.01～0.03重量％的锶的铝锶中间合金，并精炼预定时间，以去除铝液中气体；通过测氢仪检测含气量，并在含气量达到0.15ml/100g以下时，通过铝合金高压铸造设备压铸以形成所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金。

Description

烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法
技术领域
本发明涉及一种高压铸造铝合金，尤其涉及一种烘烤后性能可提升的高压铸造铝合 金的制作方法。
背景技术
铝合金轻量化材料大幕拉开。“双碳”目标持续推进，汽车行业节能环保需求日 益迫切，各国对汽车节能和排放环保已经达成共识。中国在二氧化碳排放目标上与全球 发达国家保持一致，并通过持续提高燃油车尾气排放标准，提高轻量化减重目标。铝合 金的性能、密度以及价格等方面均具备优势，是目前较为理想的轻量化材料。
伴随铝合金轻量化优势逐渐凸显，其在汽车中单车用量不断提高。据IAI数据，当前燃油车及新能源汽车单车用铝量分别为145、173kg/辆，预计至2025年单车用铝量 将分别达到230、250kg/辆，对应增幅34％、44％。
为了提高电动汽车的续航里程和安全性能，各大汽车制造商越来越多地应用轻合金。其中，铝合金由于具有密度低、比强度高、加工性能好、资源丰富等优点而成为了 主流电动汽车青睐的车身材料。铝合金压铸零件由于其生产效率高、性能优异且稳定、 能被设计和加工成复杂的形状并且减少了传统零件所需的连接组装而常被应用在车身 的承载关节件上。
目前，各个铝合金企业已经开发了一些免热处理型的合金配方，比如莱茵金属公司 的Al-Si系列Castasil-37及国内专利CN 111139381 A，该两款材料主要靠共晶硅及ZrAl3控制材料的强度，该材料能满足目前结构件性能需求，但是有些铝合金零部件在后续装 配过程中，需要烘烤，并要求烘烤后，铸造铝合金的性能如抗拉强度、屈服强度、塑性 等都能够有所提升。现有技术中的Al-Si系列Castasil-37及国内专利CN111139381 A的铸 造铝合金由于没有可时效强化的成分，比如Mg2Si强化相，导致其经烘烤后性能无法提 升，限制了材料的性能发挥。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一种烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法， 其中所述高压铸造的铝合金通过烘烤后，铸造铝合金产品的性能能够提升，尤其是烘烤 后具有>120MPa的抗拉强度，拉伸屈服极限Rp0.2，同时>10.0％的断裂延伸率A，>240MPa的抗拉强度Rm。
为达到本发明以上至少一个优势，本发明提供烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金 的制作方法，所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法包括：
熔化铝锭，并控制铝液温度控制在710～730℃之间，此外，按照以下组分加入各个组分：
7.5～9.0重量％的硅；
0.05～0.15重量％的镁；
0.3～0.6重量％的锰；
0.02～0.15重量％的钼；
0.1～0.3重量％的锆；
0.05～0.15重量％的钛；
单个杂质元素最多0.03重量％，其余为铝，其中Si：(Mg+Zr)的比例范围大于25：1；
通过除气机将铝合金无钠精炼剂压入进行精炼，并在精炼时加入含0.01～0.03重量％的锶的铝锶中间合金，并精炼预定时间，以去除铝液中气体；
通过测氢仪检测含气量，并在含气量达到0.15ml/100g以下时，通过铝合金高压铸造设备压铸以形成所述高压铸造免热处理的铝合金。
根据本发明一实施例，所述高压铸造的铝合金包括最多0.15重量％的铁。
根据本发明一实施例，所述高压铸造的铝合金包括最多0.1重量％的铜。
根据本发明一实施例，所述高压铸造的铝合金包括最多0.1重量％的锌。
根据本发明一实施例，锰和铁的比例为1:1～2:1。
根据本发明一实施例，所述高压铸造的铝合金包括最多0.12重量％铁。
根据本发明一实施例，其中Si：(Mg+Zr)的比例范围大于40：1。
根据本发明一实施例，所述锰和铁的比例为1.7:1～2:1。
根据本发明一实施例，锆在铝合金中加入量为0.1～0.2重量％。
根据本发明一实施例，其中AlTi5B1中间合金加入。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选 实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没 有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
依本发明一较佳实施例的一种高压铸造的铝合金将在以下被详细地阐述，其中所述 高压铸造的铝合金包括：
7.5～9.0重量％的硅；
最多0.15重量％的铁；
0.05～0.15重量％的镁；
最多0.1重量％的铜；
0.3～0.6重量％的锰；
0.02～0.15重量％的钼；
0.1～0.3重量％的锆；
最多0.1重量％的锌；
0.05～0.15重量％的钛；
0.01～0.03重量％的锶；
单个杂质元素最多0.03重量％，其余为铝。
为达到烘烤后所述高压铸造的铝合金具有大于10％延伸率，其中Si：(Mg+Zr)的比例范围大于25：1，过量的Mg2Si提升强度明显，再加上Al3Zr粒子的扎钉作用，导致 强度上升明显，而延伸率达不到10％要求。但是在烘烤后，由于由所述高压铸造的铝合 金形成的产品中含有可时效强化的成分Mg2Si强化相，因此，在烘烤后，所述高压铸造 的铝合金的延伸率还能够进一步提升，进而高于10％，此外，所述高压铸造的铝合金的 强度也能够提高。
作为优选地，Si：(Mg+Zr)的比例范围大于40：1。
值得一提的是，锰和铁的比例为1:1～2:1。优选地，所述锰和铁的比例为1.7:1～2:1。 锰元素的加入可以避免形成粗大的片状AlFeSi相，一旦加入的锰与铁的比例没有控制在 该范围内，则粗大的片状AlFeSi相势必会降低最终形成的所述高压铸造铝合金的塑性， 并且导致铝与模具亲和力的增加，导致粘模。
此外，在上述合金中加入0.02～0.15重量％的钼，该合金元素成本较高，但是在合金中可以将方块状的AlFeSi相球化，提高材料的塑性，因此，钼元素的加入有助于后续 烘烤后的所述铸造铝合金的延伸率和其它性能的提升。
在上述实施例中，所述高压铸造的铝合金中，硅在高压铸造的铝合金中的份额为7.5～9.0重量％，该区间范围内的压铸铝合金属于亚共晶铝合金，在压铸后具有优良的 自然时效性和良好的流动性，且凝固收缩率低，铸件热裂倾向极小，通过目前一体化压 铸实践证明，硅含量在7.5～9.0之间流动充填距离能达到7500吨压铸机模具的要求， 收缩抱紧力小，产品脱模后变形量达到使用需求。
铁在高压铸造铝合金中的份额最多0.15重量％，铁在该范围内，优选最多0.12重量％，铁含量降低，能最大避免因铁相对塑性的影响，尤其在目前大铸件壁厚不均匀情 况下，在低铁情况下，壁厚位置因冷却速度低原因，可以避免出现针状的铁相。
0.05～0.15重量％的镁、最多0.1重量％的铜、最多0.1重量％的锌都能够在制作铝 合金时起到强化作用，从而提高所述高压铸造的铝合金在铸态时的拉伸屈服极限Rp0.2和抗拉强度Rm。
尤其是在以上提到的高压铸造铝合金中，镁在压铸铝合金中的份额为0.05～0.15重 量％时，镁能够增强合金的强度和硬度，因为铝硅合金中加入少量镁可以形成Mg2Si相，可以随材料性能的实用需求调整镁的具体含量，但镁含量增加的同时会降低延伸率。据 试验得知，每提高0.1％的镁含量，抗拉强度和屈服强度相应增加5Mpa～10Mpa以内， 但延伸率会降低1％～2.5％。但是控制Si：(Mg+Zr)的比例范围大于25：1后，在经过 将所述高压铸造铝合金通过所述烘烤后，所述高压铸造铝合金的延伸率会上升，以达到 所述高压铸造铝合金的性能要求。也即是说，本发明实施例中，通过Mg含量的控制以 及Si：(Mg+Zr)的比例控制，能够使得最终形成的所述高压铸造铝合金不仅能够达到 强度和硬度等性能要求，还能够使所述高压铸造铝合金在烘烤后的延伸率能够达到 在>120MPa的抗拉强度，拉伸屈服极限Rp0.2，同时>10.0％的断裂延伸率A的性能要求。
钛在铸造铝合金中的份额为0.05～0.15重量％，钛与铝生成AlTi3，能起到细化晶粒 的效果。但钛含量增加会导致铝液在静止时偏聚沉淀，并且会降低产品的疲劳强度，该材料中钛的加入，最佳以AlTi5B1中间合金加入，能更好的提高晶粒细化。
锆在铝合金中加入量为0.1～0.3重量％，锆和铝形成ZrAl3化合物，可阻碍再结晶过 程，细化再结晶晶粒。锆亦能细化铸造组织，但比钛的效果小。但是如果Zr元素含量 加入太多，则Al3Zr粒子的扎钉作用会反过来降低铸造铝合金的延伸率。这样在烘烤后， 所述高压铸造铝合金的延伸率无法得到有效提高，从而无法使所述高压铸造铝合金达 到>10.0％的断裂延伸率A要求。作为优选地，锆在铝合金中加入量为0.1～0.2重量％。
而加入的锶，可对共晶硅的形态进行变质处理，避免了粗大的片状硅相产生。换句话说，加入锶后，能够形成细小的棒状共晶硅组织。由此，变质过后的共晶硅对铸件产 品的机械性能影响很大，特别是能大幅提升断裂延伸率。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种高压铸造铝合金的制作方法，其中所 述高压铸造铝合金的制作方法包括：
S1，熔化铝锭，并控制铝液温度控制在710～730℃之间，此外，按照以下组分加入各个组分：
7.5～9.0重量％的硅；
0.05～0.15重量％的镁；
0.3～0.6重量％的锰；
0.02～0.15重量％的钼；
0.1～0.3重量％的锆；
0.05～0.15重量％的钛；
单个杂质元素最多0.03重量％，其余为铝，其中Si：(Mg+Zr)的比例范围大于25：1；
S2，通过除气机将铝合金无钠精炼剂压入进行精炼，并在精炼时加入含0.01～0.03 重量％的锶的铝锶中间合金，并精炼预定时间，以去除铝液中气体；
S3，通过测氢仪检测含气量，并在含气量达到0.15ml/100g以下时，通过铝合金高压铸造设备压铸以形成所述高压铸造免热处理的铝合金。
优选地，所述高压铸造免热处理的铝合金制作方法包括步骤：
S4，备料和炉子清理：根据合金成分比例备料，料备完炉子需要清洗干净。
值得一提的是，合金元素以纯合金或中间合金形式加入。例如Cu元素以Al-Cu中间合金形式加入，Si元素以单质3303硅形式加入，Mg元素以纯Mg锭形式加入，Mn元 素是以Al-Mn中间合金形式加入，Ti元素以Al-Ti中间合金形式加入，Mo元素以中间合 金形式加入，Zr元素以中间合金形式加入，Sr元素以Sr中间合金形式加入。
在加入中间合金中：待铝液温度达到720℃时，将烘干后的Al-Cu中间合金、镁锭、Al-Ti等其余中间合金加入到铝液中，铝液升温至740℃，保温15分钟，保证加入的中 间合金全部熔化；
在精炼变质除气时，铝液温度降低至710～730℃时，开始用移动式旋转除气机将铝 合金无钠精炼剂压入进行精炼，在精炼时加入铝锶中间合金，精炼预定时间。优选为10-30分钟，然后扒渣，静置。如静置1小时，静置后用在线测氢仪检测含气量，达到 0.15ml/100g以下时，进行压铸，未达到要求，则继续以上精炼变质除气工艺。
压铸生产验证：
1)生产设备及辅助配件：280T力劲压铸机，自动给汤机，模温机，品牌真 空机，市面上压铸结构件专用进口脱模剂，进口颗粒珠，3mm*80mm*190mm自 制试片模具，50mm冲头及熔杯；
2)压铸工艺控制：压铸铝液温度控制在680-690℃，模温机温度控制在160～170℃， 高速速度控制在2.7-2.9m/S，真空度控制在10～40mbar之间，增压压力65Mpa；
3)以下为不同成分配比压铸试片按照GBT228标准试片线切割后，用三思拉力机，进口引伸计测试性能。
通过上述制备工艺制作分别制作了五个实施例的所述高压铸造的铝合金，并对其性 能进行检测，具体可见下表1
表1
Figure BDA0003790174750000061
本领域的技术人员应理解，上述描述的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的优势已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法包括：
熔化铝锭，并控制铝液温度控制在710～730℃之间，此外，按照以下组分加入各个组分：
7.5～9.0重量％的硅；
0.05～0.15重量％的镁；
0.3～0.6重量％的锰；
0.02～0.15重量％的钼；
0.1～0.3重量％的锆；
0.05～0.15重量％的钛；
单个杂质元素最多0.03重量％，其余为铝，其中Si：(Mg+Zr)的比例范围大于25：1；
通过除气机将铝合金无钠精炼剂压入进行精炼，并在精炼时加入含0.01～0.03重量％的锶的铝锶中间合金，并精炼预定时间，以去除铝液中气体；
通过测氢仪检测含气量，并在含气量达到0.15ml/100g以下时，通过铝合金高压铸造设备压铸以形成所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金。
2.根据权利要求1所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述高压铸造的铝合金包括最多0.15重量％的铁。
3.根据权利要求1所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述高压铸造的铝合金包括最多0.1重量％的铜。
4.根据权利要求1所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述高压铸造的铝合金包括最多0.1重量％的锌。
5.根据权利要求2所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，锰和铁的比例为1:1～2:1。
6.根据权利要求2所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述高压铸造的铝合金包括最多0.12重量％铁。
7.根据权利要求1所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，其中Si：(Mg+Zr)的比例范围大于40：1。
8.根据权利要求5所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，所述锰和铁的比例为1.7:1～2:1。
9.根据权利要求1所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，锆在铝合金中加入量为0.1～0.2重量％。
10.根据权利要求1所述烘烤后性能可提升的高压铸造铝合金的制作方法，其特征在于，其中AlTi5B1中间合金加入。
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