CN117568673A - 一种高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺。本发明高流动低热裂铸造铝合金的成分按质量百分比构成为：Si 6.50～7.50％，Mg 0.25～0.45％，Cu 0.10～0.20％，P0.015～0.025％，Mn 0.40～0.80％，Zn 0.60～0.90％，Fe≤0.12％，余量为铝。P使合金的晶粒尺寸减小，与Mn、Zn共同改善共晶Si相形貌，使共晶Si由针片状转变成珊瑚状，同时Mn、Zn共同改善富Fe相的形貌，使长针状β‑Fe转变成汉字状α‑Fe，减弱其对基体的割裂作用。本发明在保证合金高强度的同时还能使得合金的流动性、抗热裂能力得到提高，且降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于铝合金新材料领域，具体涉及一种高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺。
背景技术
铝合金作为是一种具有低密度、高比强度的材料，同时兼具良好的塑性、加工性能和原料丰富等优势，成为了航空、航天和轨道交通等工业领域的基础战略材料。随着科学技术的发展，“环保”和“绿色制造”已成为了21世纪制造业发展的主流方向，而绿色竞争力也必将成为制造业竞争的重要组成部分。在此大趋势下，如何改变传统制造模式、推行绿色制造技术、发展相关绿色材料等，便成为了当下的一种发展趋势与升级战略。为顺应这种发展趋势，汽车制造业生产正在朝着轻量化的方向发展。
实现汽车轻量化，除采用铝合金制件代替传统的钢制件外，还可以通过复杂零件的薄壁化来实现。合金具有优良的流动性是其获得复杂薄壁件优质铸件的基本条件。流动性差的合金，不易于充满薄而复杂的型腔，从而不利于浇铸出轮廓清晰的铸件，容易出现浇注不足、冷隔等缺陷，也不利于对合金凝固过程中产生的收缩进行补缩，增加气孔、夹渣、缩孔、缩松等缺陷的产生。而在，复杂薄壁件铸造生产中，热裂纹也是极易产生的严重缺陷。若铸件的抗热裂能力差，相邻壁厚差异大的薄壁铸件生产时，由于凝固收缩差异大容易形成热裂纹，零件的性能尤其是力学性能会受到严重影响。存在于零件中的热裂纹在实际使用条件下会逐渐扩展，甚至导致出现整体断裂现象，从而造成严重事故和损失。因此，复杂薄壁件的生产要求铸造合金具有优良的流动性和抗热裂能力。
对于汽车制造业经常使用ZL101等Al-Si系铸造合金，其铸态组织由针片状的共晶硅和粗大的α-Al枝晶组成，在汽车复杂薄壁件(壁厚≤5mm)的生产中，因其流动性和抗热裂性有限而难以获得铸件形状完整、铸造缺陷少的高强度铸件，致使生产此类产品时成品率较低。有学者对其进行复合改性，以求扩大其使用范围。如使用稀土元素复合改性，虽能改善流动性和抗热裂性，但生产成本较高。近年来也有采用含B细化剂(如Al-Ti-B)进行复合改性，实现改善流动性的目的，但其内部TiB2容易聚集、沉淀，合金细化效果并不稳定，导致流动性改善效果也不稳定。目前，这些方法不能满足复杂薄壁件的生产流动性不足和热裂缺陷的问题。因此，急需开发一种高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺。
发明内容
为了克服上述现有技术所存在的不足，本发明提供了一种高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺。本发明采用P、Mn、Zn进行多元复合改性Al-Si合金，通过熔炼铸造、热处理等工艺流程，改善Al-Si合金的显微组织，有效避免Al-Si合金铸态组织针片状的共晶硅和粗大的α-Al枝晶对合金的流动性和抗热裂能力产生的影响，在可以保证其具有高强度的条件下，制备出高流动低热裂铸造铝合金，降低生产成本，有利于其广泛应用于汽车零部件制造行业。
具体方案如下：
本发明高流动低热裂铸造铝合金，其成分按质量百分比构成为：
Si 6.50～7.50％，Mg 0.25～0.45％，Cu 0.10～0.20％，P 0.015～0.025％，Mn0.40～0.80％，Zn0.60～0.90％，Fe≤0.12％(杂质元素)，余量为铝。
本发明高流动低热裂铸造铝合金的制备工艺，包括如下步骤：
S1、配料：以原材料成分和目标成分计算理论配料量，称取纯度为99.9wt％的工业纯铝、Al-21.5wt％Si中间合金、Al-50wt％Mg中间合金、Al-10wt％Cu中间合金、Al-4wt％P中间合金、Al-10wt％Mn中间合金、纯度为99.9wt％的工业纯锌并烘干，完成配料；
S2、涂料并烘干：为防止铝合金熔体在铸造过程中与工具发生反应，将涂料均匀的涂在石墨粘土坩埚、熔炼工具和模具的接触表面，并将石墨粘土坩埚放在熔炼炉中干燥，称取好的合金用砂纸打磨去除表面氧化层后放在200-300℃干燥箱干燥预热；
S3、熔炼铸造：将Al-Si中间合金和纯铝依次加入已预热至450℃的石墨粘土坩埚内，而后随炉升温到750℃，待其全部熔化后搅拌静置保温20min；随后加入Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、纯Zn，待全部融化后充分搅拌，保温静置20min；然后将Al-Mg中间合金、Al-P中间合金用铝箔包裹住快速放入熔化的合金液中并用扒渣勺将其按入合金液底部，以减少氧化烧损，充分搅拌，调整炉温至750℃并保温静置20min；
S4、精炼：用扒渣勺将合金熔液表层浮渣快速除去，撇渣后通入惰性气体，加入C2C16，打开控制装置，利用石墨转子和交变电磁场精炼组合，静置保温10-15min，再一次撇渣；随后通入惰性气体，加入除渣剂，打开控制装置，利用石墨转子和交变电磁场精炼，静置保温10-15min，除渣；之后将合金熔液随炉升温至750℃，静置保温10-15min；
S5、浇注：将200-300℃预热的金属模具从恒温干燥箱中取出，随后将S4得到的合金熔液浇注到模具中，冷却后得到合金铸锭；
S6、固溶处理和人工时效处理：将所得合金铸锭依次进行固溶处理和人工时效处理。
进一步地，步骤S1中，Al-21.5wt％Si中间合金为含Si的质量百分数为21.5％的Al-Si中间合金，其余类推。
进一步地，步骤S2中，所述涂料的化学成分按质量比构成为Na2SiO3·9H2O：ZnO：H2O＝1：4：15。
进一步地，步骤S4中，C2C16和除渣剂加入量为合金总量的0.5％，并用铝箔包裹住，其中除渣剂的成分为50％NaCl+50％KCl。
进一步地，步骤S4中，惰性气体为氮气或氩气中的一种，石墨转子的转速为400r/min，吹气流量7～8L/min，交变电磁场频率50kHz，线圈电流100～130A，作用时间10～15min。
所述石墨转子包括多个转盘和石墨棒连接轴，所述转盘与连接轴之间通过螺纹连接；所述转盘为中空结构，所述连接轴的中部设置有轴向通孔，且该通孔与所述转盘的内部连通；在所述转盘的表面(包括上下表面和侧壁)设置多个通孔。
进一步地，在所述转盘的表面沿周向设置多组通孔，每组通孔包括沿径向间隔均布的多个通孔。
优选地，所述转盘设置为上中下三个，转盘之间的间距相等，三个转盘直径比例为1:1.25:1。
进一步地，步骤S5中，石墨粘土坩埚从高频感应炉取出，到合金熔液浇铸完毕，所用时间不超过15s。
进一步地，步骤S6中，固溶处理工艺为：550℃固溶保温5h；水淬，70～80℃温水。人工时效工艺为：210℃时效保温3-6h，出炉空冷。
本发明方法的设计依据是：
本发明高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺，在铸造过程中，采用如图1所示的多层喷头石墨转子和交变电磁场组合进行精炼。相对于单层喷头转子，多层转子增加了气体和熔液的接触面积，上中下三层转子叶片可以对熔液中的不同区域精炼，克服精炼盲区的劣势；且上一层熔液除可以被本层转子所喷出的气体净化，还可被下一层转子喷出的气体净化，实现多重净化的效果；同时不同直径的叶片不仅减小其放入熔体时的阻力，而且有利于气体净化和熔液流动，在转子转速为400r/min且吹气流量7～8L/min的条件下可促进合金成分均匀化。在坩埚外增加频率50Hz、线圈电流为100～130A电磁场，夹杂物在重力、浮力、离心力及电磁力在熔体中形成的压力梯度下向容器的顶部、底部或容器壁移动，并碰撞分离除去。在交变电磁场频率50Hz不变的条件下，当线圈电流低于100A时，熔液中小尺寸夹杂物分离率大于95％，而大尺寸夹杂物所受合力不足，未能移动到熔液顶部、底部或容器壁而除去；当线圈电流为100～130A时，夹杂物几乎全部移动到熔液顶部、底部或容器壁而除去，分离率大于95％获得质量较好的铸件；当线圈电流高于130A时，由于线圈电流增加，熔液流动剧烈程度增加，受到熔液冲刷，迁移到边缘的夹杂物重新卷入溶液中，使夹杂物分离率降低。由于氧化物夹杂含量与气体含量成正比，故氧化物夹杂的去除有利于熔液中气体的逸出去除，同时气体的逸出会吸附夹杂物浮出熔液表面。故采用多层喷头石墨转子和交变电磁场(磁场频率50Hz，线圈电流120A)组合进行精炼，提高精炼效果，减少铸造缺陷和熔液流动阻力，获得高流动低热裂铸造铝合金。
本发明的高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺，P用于改善α-Al基体，Mn、Zn在合金中用来改善共晶Si和Fe相对合金的有害影响，并提高合金的热裂性能，增加铸件的致密性。若P添加量低于0.015％，提供的异质形核质点AlP颗粒不足，合金凝固时形成的粗大且复杂的α-Al枝晶网络不能得到很好地改善，阻碍熔液的流动填充，容易产生缩松缩孔等铸造缺陷。而Mn添加量低于0.4wt％，Zn添加量低于0.6wt％，共晶Si相改性效果较差，形貌仍以针片状为主；针片状的β-Fe转变为树枝状或网络状的富铁相，并带有少量的汉字状富铁相，但尺寸相对较大；尽管这使得富铁相对基体的割裂作用减小，降低裂纹源的产生，但富铁相先于α-Al固溶体生成，树枝状或网络状的富铁相会增加熔液的流动阻力，降低熔液的流动性，不利于熔液填充铸型，获得致密性良好形状完整的铸件。若P、Mn、Zn添加量之比为(3～4)：(80～160)：(120～180)时，复合改性效果好，获得铸造缺陷少、强度高、高流动低热裂的铸造铝合金。首先，大量的AlP颗粒可以作为先析出的α-Al的异质形核衬底，起到细化晶粒的作用；同时AlP也可以在Si相的析出过程中起到异质形核衬底的作用，降低共晶Si的形核过冷度，改变了共晶Si相的生长模式，共晶Si相的高形核率使得合金内部形成许多贫硅区，促进了α-Al的形核，从而使得α-Al得到细化，获得细小的晶粒，提高流动性。由于合金的热裂力有随合金晶粒尺寸增大而增大的趋势，因而0.015％～0.025％P改性将降低合金的热裂力，提高合金的抗热裂性能，获得高流动低热裂的铸造合金。其次，0.4％～0.8％Mn、0.6％～0.9％Zn复合改性使共晶Si相由针片转变为短棒状或珊瑚状，降低了熔液填充型腔时的流动阻力，同时细化的经过变质的共晶硅相改善了合金的延伸率和强度，同时有利于提高合金的晶界强度，进而改善合金的韧性，提高合金的热裂性能。最后，0.015％～0.025％P、0.4％～0.8％Mn、0.6％～0.9％Zn复合改性后，富Fe相以汉字状富Fe相为主，由于Mn、Zn和Fe原子半径和晶体结构相近，在富铁相形成的过程中，一部分Fe原子被Mn、Zn原子所替代，形成α-AlSiFeMnZn富铁相，抑制了富铁相在单一方向上的生长趋向，同时富铁相的两端不再尖锐，尺寸减小。富铁相在形貌上的这种转变有效降低了熔液在填充型腔时的流动阻力，同时熔液中的Fe与P反应生成Fe3P，沉淀到熔液底部，降低Fe对流动性的危害，提高了熔液填充满型腔的能力。此外，P抑制Al-Fe相在能量较高的晶界处生成，以及脆性较大的针片状β-Fe相减少，使得合金在受到拉力时不易断裂，对于提高合金的力学性能尤其是韧性是有利的，同时也有利于提高合金的热裂性能。若P添加超过0.025％，AlP颗粒作为异质形核质点已经饱和，会发生团聚长大现象，反而会使有效形核核心数量减少，导致细化效果减退，同时过量P将促进Al-Fe相在晶界除生成，使合金的抗热裂性变差，热裂力增加。若Mn添加量超过0.8wt％，Zn添加量超过0.9wt％，则对共晶Si的改性效果恶化，由短棒状或珊瑚状转变为先前的针片状，其长径比增大；而合金中的针片状β-Fe相已经基本转变为汉字状α-Fe相，此时再添加Mn，Mn元素将生成其他的金属间化合物((Fe、Mn)Al6)，使合金的流动性能降低；而高含量的Zn，将导致合金凝固时收缩量增大，有助长裂纹的倾向。综上所述，P的质量分数优选0.015％～0.025％，Mn的质量分数优选0.4％～0.8％，Zn的质量分数优选0.6％～0.9％。
本发明的高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺，Zn除上述作用，在合金中产生T相(AlZnMgCu四元相)，起到第二相强化作用。若Zn添加量低于0.6wt％，Zn固溶于基体中，在合金中不生成T相。若Zn添加量为0.6～0.9wt％，合金中生成尺寸1～2μm的粒状T相，弥散分布在基体中，拉伸变形中，阻碍钉扎位错的运动，提高合金强度，断裂方式为以韧性断裂为主的韧脆混合型断裂，断口处存在较多的T相、θ相(Al2Cu)及Al3Mg2相，韧窝多而深。在后续的热处理中，T相尺寸小(50～100nm)，分布弥散(15～25个/μm2)，弥散强化作用显著，同时T相又可以诱发θ相在其周围形核长大，形成尺寸为1～3nm，密度为50～75个/μm2的θ相，此状态的θ相对合金起到强烈的第二相强化作用。这些因素的叠加作用，使得本发明合金的强度得到极大的提高。但合金的韧性会随Zn的增加而降低，若Zn添加量超过0.9wt％，虽然T相继续增多，但合金中产生一种针状的初生富锌相(AlZnMg相)割裂基体，使断裂方式转变为以脆性断裂为主的韧脆混合型断裂，出现较多的解理台阶和撕裂棱，断口处Al3Mg2相消失，韧窝少而浅。这不利于在具有良好的综合力学性能的条件下，获得高流动低热裂性能的合金。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺，在铸造过程中，采用多层喷头石墨转子和交变电磁场进行精炼，克服了精炼盲区的劣势，可实现多重净化的效果，提高熔液成分均匀化，并将电磁性能不同的夹杂物和铝熔液分离，促使了气体的逸出，从而提高了精炼效果，减少了铸造缺陷，获得了高流动低热裂铸造铝合金。
(2)本发明高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺，将P细化剂、Mn、Zn按照(3～4)：(80～160)：(120～180)的比例添加于合金中，应用于亚共晶Al-Si合金的变质处理和流动性改善，合金中P元素80％以AlP颗粒形式存在充当异质形核质点，细化了晶粒，共晶Si和富Fe相对合金的有害影响得以改善，提高了合金的流动性、铸件的致密性和力学性能，尤其是韧性，同时也提高了合金的抗热裂性。制备的铸造合金，流动性依据国家标准GB/T5611-2017，采用同心三螺旋线合金流动性测定仪测量，其中控制浇注温度为750℃，所得本申请制备合金流动性试样长度可达到419.7～445.9mm，明显超过一般ZL101铸造铝合金的性能(ZL101合金使用态流动性一般不高于385mm)；热裂性采用ZQS-2000热裂测试仪测量，合金的热裂力为1433.5N～1510.3N，降低19.8％～23.9％。
(3)本发明高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺，添加的Zn生成了弥散分布的细小T相，促进了θ相在合金中弥散均匀分布，提高了合金的强度。此外，在后续的固溶时效热处理中合金中析出的强化相T相，可以诱发θ相在其周围形核长大，通过第二相强化使合金获得较高的强度。经热处理后的合金抗拉强度为317.2～346.1MPa，延伸率为9.5％～11.6％，明显超过一般常用Al-Si铸造合金的性能(依据国家标准GB/T1173-2013，抗拉强度一般不高于300MPa，延伸率一般低于6％)。
(4)本发明高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺，加入的P、Mn、Zn元素价格便宜，且易获取，在保证具备较高强度，获得高流动低热裂铸造铝合金的要求下，相对于稀土改性合金等，生产成本降低20～30％。
附图说明
图1为本发明高流动低热裂性铸造铝合金的铸造装置示意图。
图2为本发明使用的多层石墨转子的结构示意图；图3为多层石墨转子中转盘的俯视图。
图4为本发明中所述合金共晶Si组织形貌图，(a)为未改性，(b)为改性后。
图5为本发明中所述合金富Fe相组织形貌图和能谱图，(a)富Fe相组织形貌图，(b)富Fe相能谱图。
图6为本发明中所述合金热处理后T相及θ相组织形貌图和能谱图，(a)T相及θ相组织形貌图，(b)A点能谱图，(c)B点能谱图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例说明本发明的示例性实施例、特征和方面。
本发明实施例中使用的为多层石墨转子，所述石墨转子包括多个转盘和石墨棒连接轴，具体设置为上中下三个转盘，转盘之间的间距为50mm，三个转盘直径比例为1:1.25:1。石墨棒连接轴的直径为20mm，内部通孔的直径为10mm，转盘中带有直径为20mm的螺纹孔，转盘与连接轴通过螺纹联接。所述转盘为中空结构，所述连接轴的中部设置有轴向通孔，且该通孔与所述转盘的内部连通；在所述转盘的表面沿周向设置多组通孔，每组通孔包括沿径向间隔均布的多个通孔，相邻通孔中心距10mm。上中下三个转盘设置通孔的孔径比为1：2：3，其中中间转盘的通孔直径为2mm。
具体地，本发明高流动低热裂性铸造铝合金成分按质量百分比构成为：
Si 6.50～7.50％，Mg 0.25～0.45％，Cu 0.10～0.20％，P 0.015～0.025％，Mn0.40～0.80％，Zn0.60～0.90％，Fe≤0.12％(杂质元素)，余量为铝。
具体地，本发明高流动低热裂铸造铝合金的制备工艺，包括以下步骤：
S1、配料：以原材料成分和目标成分计算理论配料量，称取纯度为99.9wt％的工业纯铝、Al-21.5wt％Si中间合金、Al-50wt％Mg中间合金、Al-10wt％Cu中间合金、Al-4wt％P中间合金、Al-10wt％Mn中间合金、纯度为99.9wt％的工业纯锌并烘干，完成配料；
S2、涂料并烘干：为防止铝合金熔体在铸造过程中与工具发生反应，将涂料均匀的涂在石墨粘土坩埚、熔炼工具和模具的接触表面，并将石墨粘土坩埚放在熔炼炉中干燥，称取好的合金用砂纸打磨去除表面氧化层后放在200-300℃干燥箱干燥预热；
S3、熔炼铸造：将Al-Si中间合金和纯铝依次加入已预热至450℃的石墨粘土坩埚内，而后随炉升温到750℃，待其全部熔化后搅拌静置保温20min；随后加入Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、纯Zn，待全部融化后充分搅拌，保温静置20min；然后将Al-Mg中间合金、Al-P中间合金用铝箔包裹住快速放入熔化的合金液中并用扒渣勺将其按入合金液底部，以减少氧化烧损，充分搅拌，调整炉温至750℃并保温静置20min；
S4、精炼：用扒渣勺将合金熔液表层浮渣快速除去，撇渣后通入惰性气体，加入C2C16，打开控制装置，利用石墨转子和交变电磁场精炼组合，静置保温10-15min，再一次撇渣；随后通入惰性气体，加入除渣剂，打开控制装置，利用石墨转子和交变电磁场精炼，静置保温10-15min，除渣；之后将合金熔液随炉升温至750℃，静置保温10-15min；
S5、浇注：将200-300℃预热的金属模具从恒温干燥箱中取出，随后将S4得到的合金熔液浇注到模具中，冷却后得到合金铸锭；
S6、固溶处理和人工时效处理：将所得合金铸锭依次进行固溶处理和人工时效处理。固溶处理工艺为：550℃固溶保温5h；水淬，70～80℃温水。人工时效工艺为：210℃时效保温3-6h，出炉空冷。
步骤S2中，涂料化学成分为Na2SiO3.9H2O：ZnO：H2O＝1：4：15。
步骤S4中，C2C16和除渣剂加入量为合金总量的0.5％，并用铝箔包裹住，其中除渣剂的成分为50％NaCl+50％KCl。
步骤S4中，惰性气体为氮气或氩气中的一种，多喷头石墨转子的转速为400r/min，吹气流量7～8L/min，交变电磁场频率50kHz，线圈电流100～130A，作用时间10～15min。
步骤S5中，石墨黏土坩埚从井式炉取出，到合金熔液浇铸完毕，所需时间不超过15s。
表1对比例、实施例1-15中合金的原料按质量百分比构成
对比例：
以原材料成分和目标成分计算理论配料量，称取纯度为99.9wt.％的工业纯铝、Al-21.5wt.％Si中间合金、Al-50wt.％Mg中间合金、Al-10wt.％Cu中间合金并烘干，完成配料。
为防止铝合金熔体在铸造过程中与工具发生反应，将涂料均匀的涂在石墨黏土坩埚、熔炼工具和模具上，并将石墨粘土坩埚放在熔炼炉中干燥，称取好的合金用砂纸打磨去除表面氧化层后放在200-300℃的干燥箱干燥预热。
将Al-Si中间合金和纯铝依次加入已预热至450℃的石墨黏土坩埚内，而后随炉升温到750℃，待其全部熔化后搅拌静置保温20min；随后加入Al-Cu中间合金，待全部融化后充分搅拌，保温静置20min；然后将Al-Mg中间合金用铝箔包裹住快速放入熔化的合金液中并用扒渣勺将其按入合金液底部，以减少氧化烧损，充分搅拌，调整炉温至750℃并保温静置20min。
用扒渣勺将合金熔液表层浮渣快速除去，加入C2C16，静置保温10-15min，再一次撇渣；加入除渣剂，静置保温10-15min，除渣；之后将合金熔液随炉升温至750℃，静置保温10-15min。
将200-300℃预热的金属模具从恒温干燥箱中取出，随后将得到的合金熔液浇注到模具中，冷却后得到合金铸锭。
将所得合金铸锭依次进行固溶处理和人工时效处理。固溶处理工艺为：550℃固溶保温5h；水淬，70～80℃温水。人工时效工艺为：210℃时效保温3h，出炉空冷。
实施例1：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例。
实施例2：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例。
实施例3：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例。
实施例4：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例。
实施例5：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例。
实施例6：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例。
实施例7：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例。
实施例8：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例。
实施例9：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例。
实施例10：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例，但精炼时增加单层石墨转子精炼，石墨转子的转速为400r/min，吹气流量7L/min，作用时间10min。
实施例11：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例，但精炼时增加多层石墨转子精炼，石墨转子的转速为400r/min，吹气流量7L/min，作用时间10min。
实施例12：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例，但精炼时增加多层石墨转子和交变电磁场精炼组合，其中石墨转子的转速为400r/min，吹气流量7L/min，交变电磁场磁场频率50Hz，线圈电流100A，作用时间10min。
实施例13：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例，但精炼时增加多层石墨转子和交变电磁场精炼组合，其中石墨转子的转速为400r/min，吹气流量7L/min，交变电磁场磁场频率50Hz，线圈电流120A，作用时间10min。
实施例14：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例，但精炼时增加多层石墨转子和交变电磁场精炼组合，其中石墨转子的转速为400r/min，吹气流量7L/min，交变电磁场磁场频率50Hz，线圈电流130A，作用时间10min。
实施例15：
本实施例配料见表1。
本实施例制备方法同对比例，但精炼时增加多层石墨转子和交变电磁场精炼组合，其中石墨转子的转速为400r/min，吹气流量7L/min，交变电磁场磁场频率50Hz，线圈电流120A，作用时间10min。
本发明制得合金的综合性能如下表2所示。
表2合金的综合性能
*1.a表示热处理前，b表示热处理后。
2.流动性试样长度重复测试3次，取平均值。
本发明通过高流动低热裂铸造铝合金及其制备工艺，Al-Si铸造铝合金的力学性能得到提高，与对比例相比，铸态的抗拉强度最大提高至231.1MPa，增加48.8％，延伸率最大提高至7.1％，增加121.9％；固溶时效处理后的抗拉强度最大提高至346.1MPa，增加38.8％，延伸率最大提高至11.6％，增加110.9％；P、Mn、Zn复合改性使合金的流动性能和热裂性能得到改善，流动性试样的平均长度最大增加至445.9mm，增加18.8％，热裂力最低降至1433.5N，减少23.9％，增加了铸件的致密性，提高了合金的抗热裂性，降低复杂铸件产生热裂的可能，获得一种高流动低热裂性铸造铝合金。
最后应说明的是，以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高流动低热裂铸造铝合金，其特征在于其成分按质量百分比构成为：
Si 6.50～7.50％，Mg 0.25～0.45％，Cu 0.10～0.20％，P 0.015～0.025％，Mn 0.40～0.80％，Zn0.60～0.90％，杂质元素Fe≤0.12％，余量为铝。
2.权利要求1所述高流动低热裂铸造铝合金的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：
S1、配料：按配比量称取纯度为99.9wt％的工业纯铝、Al-21.5wt％Si中间合金、Al-50wt％Mg中间合金、Al-10wt％Cu中间合金、Al-4wt％P中间合金、Al-10wt％Mn中间合金、纯度为99.9wt％的工业纯锌并烘干，完成配料；
S2、涂料并烘干：为防止铝合金熔体在铸造过程中与工具发生反应，将涂料均匀的涂在石墨粘土坩埚、熔炼工具和模具的接触表面，并将石墨粘土坩埚放在熔炼炉中干燥，将合金原料用砂纸打磨去除表面氧化层后放在200-300℃干燥箱干燥预热；
S3、熔炼铸造：将Al-Si中间合金和纯铝依次加入已预热至450℃的石墨粘土坩埚内，而后随炉升温到750℃，待其全部熔化后搅拌静置保温20min；随后加入Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、纯Zn，待全部融化后充分搅拌，保温静置20min；然后将Al-Mg中间合金、Al-P中间合金用铝箔包裹住快速放入熔化的合金液中并用扒渣勺将其按入合金液底部，以减少氧化烧损，充分搅拌，调整炉温至750℃并保温静置20min；
S4、精炼：用扒渣勺将合金熔液表层浮渣快速除去，撇渣后通入惰性气体，加入C2C16，打开控制装置，利用石墨转子和交变电磁场精炼组合，静置保温10-15min，再一次撇渣；随后通入惰性气体，加入除渣剂，打开控制装置，利用石墨转子和交变电磁场精炼，静置保温10-15min，除渣；之后将合金熔液随炉升温至750℃，静置保温10-15min；
S5、浇注：将200-300℃预热的金属模具从恒温干燥箱中取出，随后将S4得到的合金熔液浇注到模具中，冷却后得到合金铸锭；
S6、固溶处理和人工时效处理：将所得合金铸锭依次进行固溶处理和人工时效处理。
3.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：
步骤S2中，所述涂料的化学成分按质量比构成为Na2SiO3·9H2O：ZnO：H2O＝1：4：15。
4.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：
步骤S4中，C2C16和除渣剂加入量为合金总量的0.5％，其中除渣剂由NaCl和KCl复配构成。
5.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：
步骤S4中，所述石墨转子包括多个转盘和石墨棒连接轴，所述转盘与连接轴之间通过螺纹连接；所述转盘为中空结构，所述连接轴的中部设置有轴向通孔，且该通孔与所述转盘的内部连通；在所述转盘的表面设置多个通孔。
6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于：
在所述转盘的表面沿周向设置多组通孔，每组通孔包括沿径向间隔均布的多个通孔。
7.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：
步骤S4中，所述惰性气体为氮气或氩气中的一种，多喷头石墨转子的转速为400r/min，吹气流量7～8L/min。
8.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：
步骤S4中，交变电磁场频率50kHz，线圈电流100～130A，作用时间10～15min。
9.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：
步骤S6中，固溶处理工艺为：550℃固溶保温5h；水淬，70～80℃温水。
10.根据权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：
步骤S6中，人工时效工艺为：210℃时效保温3-6h，出炉空冷。
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