CN115433856A

CN115433856A - 一种铸造铝合金及其制备方法

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Publication number: CN115433856A
Application number: CN202211151641.8A
Authority: CN
Inventors: 王东涛; 张海; 王瑞; 张孝足; 陈来; 周小军; 李俊; 陈小村
Original assignee: Weiqiao Lightweight Suzhou Technology Co ltd; Suzhou University
Current assignee: Weiqiao Lightweight Suzhou Technology Co ltd; Suzhou University
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2042-09-21
Also published as: CN115433856B

Abstract

本发明公开了一种铸造铝合金及其制备方法，属于铝合金材料领域，所述免热处理铸造铝合金包括Al、Si，以及Fe、Mn、Cr、Zr、Mo、Ni、Mg、Zn、Cu、V元素中的任意两种或多种，所述制备方法包括将铝合金原料预热干燥，以纯金属或中间合金的方式加入熔炼炉加热熔化，得到合金熔体，之后精炼除气除杂并铸造得到铝合金铸锭，所述铝合金的微观组织的基体中包括一种以上的二至五元金属间化合物强化相及共晶Si相，使得铝合金具有优秀的铸态强韧性能。

Description

一种铸造铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金材料领域，具体涉及一种铸造铝合金及其制备方法。

背景技术

铸造铝合金由于其流动性好、成型性好、导热性好、强度高以及生产效率高、成本低廉等优点，在汽车领域得到广泛应用。其常被用于汽车车身、轮毂、油箱、铝罐、机器盖板、电机壳、转向节、推拉杆等结构。为了实现汽车车体轻量化，铸造铝合金全铝车身在汽车行业得到广泛应用。相比传统车身制造的“冲压+焊接”工艺，一体压铸具有轻量化、零件数量及工序步骤减少、人员及土地节约等优势。而一体压铸汽车零部件最大的问题为热处理过程中很容易发生形变，形变后很难通过外力进行校正，因此高铸态强韧性能铸造铝合金材料得到越来越多汽车零部件厂家的青睐。

中国发明专利CN 114293058 A公开了一种适合于各种壁厚铸件的高强韧免热处理铝合金的制备方法，其通过添加Nb、B微量元素及La、Ce等稀土元素，使铸件得到细小、均匀的金相组织，从而提高铸件的整体力学性能。但微量元素及稀土价格昂贵，导致零部件生产成本增加。

中国发明专利CN114438380 A公开了一种免热处理高韧性AlSi铝合金及其制备方法，其通过La+Ce添加结合压力铸造得到了一种免热处理高韧性AlSi合金，其La+Ce添加会增加合金生产成本，而压力铸造对合金成形过程要求严格。因此，开发一种低成本、具有铸态高强韧力学性能且成形过程不受工艺条件限制的新型铸造铝合金具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸造铝合金及制备方法，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题。

为实现上述发明目的，本发明提出的技术方案是：一种新型铸造铝合金，成分包括Al、Si，以及Fe、Mn、Cr、Zr、Mo、Ni、Mg、Zn、Cu、V元素中的任意两种或多种，其中，Fe、Mn、Cr、Zr、Mo、Ni、Mg、Zn、Cu、V的质量百分配比为：

Si 2-11％，

Fe+Mn+Cr 0.2～3％，

Mo+V+Zr 0.2～2％，

Ni+Zr+Mg+Cu 0.1～3％，

Mg+Zn 0.1～3％，

余量为Al。

其中，Fe+Mn+Cr表示Fe、Mn、Cr的质量和，Mo+V+Zr表示Mo、V、Zr的质量和，Ni+Zr+Mg+Cu表示Ni、Zr、Mg和Cu的质量和，Mg+Zn表示Mg和Zn的质量和。

优选地，所述铝合金微观组织的基体中包括一种以上的金属间化合物AlX强化相及共晶Si相，其中，AlX为二至五元金属间化合物，如Al₃Ni，Al₂Cu，AlSiMo，AlFeMnSi，AlFeMnCrSi等金属间化合物。

优选地，所述金属间化合物AlX中的X选自Fe、Mn、Cr、Zr、Mo、Ni、Mg、Zn、Cu、V元素中的一种及多种。

优选地，所述金属间化合物AlX的尺寸为1～100μm。

优选地，所述金属间化合物的形态为多边形、短杆状或球状中的一种或几种，所述铝合金共晶Si形貌为纤维或绒毛状。

优选地，所述AlX金属间化合物杨氏模量值范围为150-250GPa。

优选地，所述铝合金中质量配比包括：Zn/Mg 0.2～5，Fe/V 0.1～5，即Zn与Mg的质量比为0.2～5，Fe与V的质量比为0.1～5。

优选地，所述铝合金各组分的质量百分配比为：Si 3～11％、Mg 0.1～1％、Fe 0.1～0.5％、Mn 0.1～1％、Cr 0.1～0.5％、Zr 0.1～0.5％、Mo 0.1～0.5％、Cu 0.1～2％、Ni0.1～1％、V 0.1～0.5％，Zn 0.3～3％，不可避免杂质元素含量<0.15％,其余为Al。

本发明还提出一种铸造铝合金的制备方法，包括如下制备步骤：

S1、对所述铝合金进行配料，预热干燥后，以纯金属或中间合金的方式加入熔炼炉中加热熔化并搅拌均匀，得到合金熔体；

S2、向所述合金熔体施加保护气体，再加入精炼剂，进行精炼除气除杂；

S3、将步骤S2中处理好的熔体进行铸造得到铝合金铸锭。

优选地，所述步骤S1中原料预热干燥的温度为100～500℃，熔化温度为700～800℃，搅拌时间为5～15分钟。

本发明的有益效果：本本发明公开的铸造铝合金及制备方法，通过控制合金成分、配比及制备方式，使得在铝合金铸态基体中形成一种以上一定密度数量、尺寸和形态的AlX金属间化合物，使强化相在增强合金强度的同时，不破坏合金的韧性，起到同时增加铝合金强韧性能的作用，使得铝合金无需经过热处理仍然具备较好的强韧性。本发明铸造铝合金的抗拉强度达280MPa以上，屈服强度达150MPa以上，延伸率达10％以上。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的铸造铝合金的微观组织图；

图2为本发明实施例2制备得到的铸造铝合金的微观组织图；

图3为本发明实施例3制备得到的铸造铝合金的微观组织图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述

实施例1

本实施例公开的一种铸造铝合金及制备方法，该铝合金的组分及各重量百分比为：Si 3％、Mg 0.3％、Fe 0.3％、Mn 0.5％、Cr 0.1％、Zr 0.4％、Mo 0.2％、Cu 0.7％、Ni0.9％、V 0.2％，Zn 0.8％，其余为Al。

本实施例基于上述成分的铸造铝合金的制备方法包括以下步骤：

S1、熔炼：按照设计成分称取原材料炉内300℃进行充分烘干。将纯Al和Al-Si加入熔炼炉内，720℃进行熔化。待其熔化完成后加入Al-Fe，Al-Mn，Al-Cr，Al-Zr，Al-Ni，Al-Mo,Al-V，中间合金继续熔炼，随后加入纯Mg、纯Zn和纯Cu，待其完全熔化后搅拌10min获得均匀熔体。

S2、精炼：往铝合金熔体内部通入氩气精炼，氩气通入量0.1L/min，精炼时间5min，静置5min后，扒渣除杂。

S3、成形：将精炼后的铝合金熔体通过重力铸造得到铝合金铸锭。

上述方法所制备铸态合金微观组织如图1所示。通过组织观察发现，本实施例的合金基体中存在大量AlFeMnCrSi，AlSiZr等多类型的金属间化合物强化相；弥散相的尺寸范围为20～50μm。经显微力学性质测试，强化相杨氏模量分布在170-240GPa之间，对合金取拉力棒进行拉伸测试，其抗拉强度为285MPa，屈服强度为154MPa，伸长率为10.2％。

实施例2

本实施例公开的一种铸造铝合金及制备方法，该铝合金的组分及重量百分比为：Si 9％、Mg 0.7％、Fe 0.5％、Mn 0.7％、Cr 0.3％、Zr 0.3％、Mo 0.1％、Cu 1.2％、Ni0.2％、V 0.5％，Zn 1.4％，其余为Al。

S1、熔炼：按照设计成分称取原材料炉内400℃进行充分烘干。将纯Al和Al-Si加入熔炼炉内，720℃进行熔化。待其熔化完成后加入Al-Fe，Al-Mn，Al-Cr，Al-Zr，Al-Ni，Al-Mo,Al-V中间合金继续熔炼，随后加入纯Mg、纯Zn和纯Cu，待其完全熔化后搅拌12分钟获得均匀熔体。

S2、精炼：往铝合金熔体内部通入氩气精炼，氩气通入量0.2L/min，精炼时间4min，静置5min后，扒渣除杂。

S3、成形：将精炼后的铝合金熔体通过低压铸造得到铝合金铸锭。

上述方法所制备铸态合金微观组织如图2所示。通过组织观察发现，本实施例的合金基体中存在大量AlFeMnSi，AlSiMo等金属间化合物强化相；弥散相的尺寸范围为30～40μm。经显微力学性质测试，强化相杨氏模量分布在160-250GPa之间，对合金取拉力棒进行拉伸测试，其抗拉强度为295MPa，屈服强度为153MPa，伸长率为10.9％。

实施例3

本实施例公开的一种铸造铝合金及制备方法，其组分及重量百分比为Si 11％、Mg0.9％、Fe 0.2％、Mn 0.3％、Cr 0.1％、Zr 0.1％、Mo 0.1％、Cu 0.2％、Ni 0.1％、V 0.1％，Zn 3％，其余为Al。

S1、熔炼：按照设计成分称取原材料炉内450℃进行充分烘干。将纯Al和Al-Si加入熔炼炉内，730℃进行熔化。待其熔化完成后加入Al-Fe，Al-Mn，Al-Cr，Al-Zr，Al-Ni，Al-Mo,Al-V中间合金继续熔炼，随后加入纯Mg、纯Zn和纯Cu，待其完全熔化后搅拌13分钟获得均匀熔体。

S3、成形：将精炼后的铝合金熔体通过差压铸造得到铝合金铸锭。

上述方法所制备铸态合金微观组织如图3所示。通过组织观察发现，本实施例的合金基体中存在大量AlFeMnSi，AlSiMo，Al₃Ni，Al₂Cu等强化相；弥散相的尺寸范围为10～40μm。经显微力学性质测试，强化相杨氏模量分布在150-230GPa之间，对合金取拉力棒进行拉伸测试，其抗拉强度为306MPa，屈服强度为154MPa，伸长率为10.2％。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims

1.一种铸造铝合金，其特征在于，成分包括Al、Si，以及Fe、Mn、Cr、Zr、Mo、Ni、Mg、Zn、Cu、V元素中的任意两种或多种，其中，Fe、Mn、Cr、Zr、Mo、Ni、Mg、Zn、Cu、V的质量百分配比为：

Si 2-11％，

Fe+Mn+Cr 0.2～3％，

Mo+V+Zr 0.2～2％，

Ni+Zr+Mg+Cu 0.1～3％，

Mg+Zn 0.1～3％，

余量为Al。

2.一种根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铝合金微观组织的基体中包括一种以上的金属间化合物AlX强化相及共晶Si相，其中，AlX为二至五元金属间化合物。

3.一种根据权利要求2所述的铸造铝合金，其特征在于，所述金属间化合物AlX中的X选自Fe、Mn、Cr、Zr、Mo、Ni、Mg、Zn、Cu、V元素中的一种及多种。

4.一种根据权利要求2所述的铸造铝合金，其特征在于，所述金属间化合物AlX的尺寸为1-100μm。

5.一种根据权利要求2所述的铸造铝合金，其特征在于，所述金属间化合物的形态为多边形、短杆状或球状中的一种或几种，所述铝合金共晶Si形貌为纤维或绒毛状。

6.一种根据权利要求2所述的铸造铝合金，其特征在于，所述AlX金属间化合物杨氏模量值范围为150-250GPa。

7.一种根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铝合金中质量配比包括：

Zn/Mg 0.2～5，

Fe/V 0.1～5。

8.一种根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铝合金各组分的质量百分配比为：Si 3～11％、Mg 0.1～1％、Fe 0.1～0.5％、Mn 0.1～1％、Cr 0.1～0.5％、Zr 0.1～0.5％、Mo 0.1～0.5％、Cu 0.1～2％、Ni 0.1～1％、V 0.1～0.5％，Zn 0.3～3％，不可避免杂质元素含量<0.15％,其余为Al。

9.一种根据权利要求1至8任意一项所述的铸造铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

S3、将步骤S2中处理好的熔体进行铸造得到铸造铝合金铸锭。

10.一种根据权利要求9所述的铸造铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中原料预热干燥的温度为100～500℃，熔化温度为700～800℃，搅拌时间为5～15分钟。