一種高強(qiáng)度鑄造鋁合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度鑄造鋁合金，熱處理后性能接近鍛造鋁合金，適用于重力 澆注，屬于金屬材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車和通訊行業(yè)輕量化的發(fā)展，汽車輕量化新材料和新工藝是未來的需求。 輕量化新材料是輕量化的主要手段，安全性是輕量化的前提，人們?cè)趯?duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)進(jìn)行有優(yōu)化設(shè)計(jì)，部分厚度變薄，這對(duì)材料強(qiáng)度要求比較高，亟需研發(fā)高強(qiáng)度 的輕合金滿足未來輕量化材料的需求。研發(fā)一種高強(qiáng)度鑄造鋁合金對(duì)于汽車、通訊行業(yè)的 輕量化發(fā)展是非常有必要的。
[0003] 在汽車和機(jī)械行業(yè)，隨著輕量化的推進(jìn)，"以鑄帶鍛、以鋁帶鋼"已經(jīng)成為汽車、通 訊輕量化的一種趨勢。汽車零配件鋁合金零配件的比例越來越高，壓鑄件是汽車零配件常 見的工藝，但由于壓鑄件不能熱處理強(qiáng)化，且存在縮松和縮孔的問題，壓鑄件只能用于汽車 非結(jié)構(gòu)件。目前、汽車上的結(jié)構(gòu)件主要是高強(qiáng)鋼、鑄鐵和鍛造鋁合金，結(jié)構(gòu)件對(duì)材料強(qiáng)度要 求較高。高端汽車鋁合金件比例明顯高于普通車，原因是高檔車鋁合金零配件采用的是 高強(qiáng)度鍛造鋁合金，鍛造鋁合金強(qiáng)度高，優(yōu)化設(shè)計(jì)后，鋁合金零配件強(qiáng)度不低于鋼件和鑄鐵 件，但鍛造鋁合金成本高，加工工藝復(fù)雜，大規(guī)模推廣難度較大。為了推進(jìn)鋁合金在汽車零 配件上的使用比例，亟需開發(fā)一種高強(qiáng)度鋁合金，可以用鑄造工藝達(dá)到鍛造鋁合金的強(qiáng)度， 減少成本。
[0004]目前存在的幾個(gè)系類高強(qiáng)度鋁合金，主要是AL-CU系列，5系和7系鋁合金，但5 系和7系常規(guī)的鋁合金流動(dòng)性能不好，存在熱裂傾向，只能用于結(jié)構(gòu)簡單的結(jié)構(gòu)件，復(fù)雜的 結(jié)構(gòu)件無法充型完整。本發(fā)明主要針對(duì)現(xiàn)有系列鑄造鋁合金為基礎(chǔ)，通過多元化合金優(yōu)化， 改善目前鑄造鋁合金強(qiáng)度不高、流動(dòng)性能差、有熱裂傾向的缺點(diǎn)。發(fā)明一種高強(qiáng)度鑄造鋁合 金，強(qiáng)度高，鑄造流動(dòng)性好。
[0005] 本發(fā)明立足于合金元素的固溶強(qiáng)化和時(shí)效熱處理強(qiáng)化，合理配比合金元素的種類 和比例，制備多元化合金，通過合金元素的協(xié)同作用制備高強(qiáng)度鑄造鋁合金，加入的合金元 素主要是Cu, Si，Mg，Mn, Zr, Ti等元素，開發(fā)高強(qiáng)度的AL-Cu-Si-Mg-Mn-Zr-Ti多元化高強(qiáng)度 鋁合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 1、本發(fā)明的目的。
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度鋁合金的制備方法，Al-Cu-Si-Mg-Mn-Zr-Ti鋁合 金，該鋁合金材料在25°C，屈服強(qiáng)度170-220MPa，抗拉強(qiáng)度300-380MPa，延伸率3-7%。該 合金可用于汽車和通訊行業(yè)形狀復(fù)雜且對(duì)強(qiáng)度要求較高的零部件上面，相對(duì)常規(guī)鋁合金， 有高強(qiáng)度和鑄造流動(dòng)性好的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。
[0008] 2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。
[0009] -種高強(qiáng)度鑄造鋁合金，該合金的化學(xué)成分含量為：Cu的含量1 一 3wt. %，Si的 含量為0. 1-lwt. %，Mg的含量為0. 15 - 1. 5wt. %，Mn的含量為0. 05 - 0. 2%, Zr的含量為 0. 02 - 0. 2%，Ti的含量為0. 1-0. 3%，其余為鋁和其它雜質(zhì)元素，其它雜質(zhì)元素含量小于 0.005%〇
[0010] 在本發(fā)明的高強(qiáng)度鑄造鋁合金，所述的Cu的含量優(yōu)選為1. 5 - 3. Owt. % 在本發(fā)明的高強(qiáng)度鑄造鋁合金，所述的Si的含量優(yōu)選為0. 1 - 0. 8wt. % 在本發(fā)明的高強(qiáng)度鑄造鋁合金，所述的Mg的含量優(yōu)選為0. 15 - 1. Owt. % 在本發(fā)明的高強(qiáng)度鑄造鋁合金，所述的Mn的含量優(yōu)選為0. 05 - 0. 15wt. % 在本發(fā)明的高強(qiáng)度鑄造鋁合金，所述的Zr的含量優(yōu)選為0. 02 - 0. 15wt. % 在本發(fā)明的高強(qiáng)度鑄造鋁合金，所述的Ti的含量優(yōu)選為0. 1 - 0. 25wt. % 在本發(fā)明的高強(qiáng)度鑄造鋁合金，其它雜質(zhì)含量小于〇. 004% 合金元素加入要求：Cu元素以Al-Cu中間合金形式加入，Si元素可以以純Si或者 Al-Si中間合金形式加入，Mg元素可以Mg錠形式或者M(jìn)g-AL中間合金形式加入，Mn元素 Al-Zn中間合金形式加入，Sr以中間合金Al-Sr中間合金形式加入。上述合金元素加入時(shí) 需要考慮合金的燒損率，保證燒損后的合金元素比例在發(fā)明專利要求元素比例范圍之內(nèi)。
[0011] 所述的鋁合金按照如下步驟進(jìn)行制備： (1)準(zhǔn)備原材料和爐子清理，爐子需要清洗干凈，避免殘留的合金影響合金的性能?，F(xiàn) 根據(jù)合金成分比例備料，合金元素可以以純合金和中間形式加入，Cu元素以Al-Cu合金加 入，Si元素以單質(zhì)或則Al-Si中間合金形式加入，Mg元素是以純Mg或則Al-Mg合金加入， Mn元素是以Al-Mn合金加入；Zr元素以Al-Zr合金形式加入；Ti元素以Al-Ti合金形式加 入。
[0012] (2)鋁錠表面清洗干凈后，將純鋁錠放入井式爐坩堝內(nèi)，加熱坩堝進(jìn)行熔煉，鋁液 溫度控制在690-710°C之間。
[0013] (3)待鋁液溫度達(dá)到700°C時(shí)，將烘干后的Al-Cu中間合金、Al-Si合金、Al-Mg合 金加入到鋁液中，鋁液升溫至760°C，將Al-Zr中間合金，Al-Mn中間合金，一起加入到鋁液 中，保溫5分鐘后，加入Al-Ti中間合，保溫15分鐘，保證加入的中間合金全部熔化。
[0014] (4)鋁液溫度達(dá)到750°C時(shí)，開始加入鋁合金專用精煉劑進(jìn)行精煉，精煉過程中用 精煉勺上下攪拌5分鐘至合金精煉充分。精煉降溫至730°C保溫、靜置5分鐘，使夾雜物充 分的上浮或者下沉，然后進(jìn)行拔渣。
[0015] (5)鋁液溫度730°C時(shí)進(jìn)行變質(zhì)處理，加入AL-Ti-B變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)，攪拌充分后 靜置10分鐘。靜置后拔渣，去除表面氧化皮和底部雜質(zhì)。
[0016] (6)將精煉、變質(zhì)后的鋁液溫度降至700°C準(zhǔn)備澆注，采用金屬型重力澆注工藝，澆 注模具在烘箱中升溫至200°C，用料勺將鋁液加入到模具之中，模具冷卻后，鑄件取出，檢測 力學(xué)性能。
[0017] 3、本發(fā)明的有益效果。
[0018] 該合金適應(yīng)與重力澆注工藝，該高強(qiáng)度鑄造合金20°C下鑄件的屈服強(qiáng)度壓鑄件抗 拉強(qiáng)度320-370Pa之間，屈服強(qiáng)度200-260MPa之間，延伸率2-6%之間，可用于汽車、通訊等 行業(yè)對(duì)材料性能要求的結(jié)構(gòu)件上。與常規(guī)鋁銅系列合金相比，在強(qiáng)度上面有明顯的優(yōu)勢。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有 益效果，申請(qǐng)人將在下面以實(shí)施例的方式作詳細(xì)說明，但是對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本發(fā) 明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的等效變換都應(yīng) 視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。 實(shí)施例
[0020] 以 25kg 為例，根據(jù) AL-1. 5Cu-0.1 Si-O. 5Mg-0. 05Mn-0. 02Zr-0.1 Ti 配比為例，計(jì)算 出中間合金的質(zhì)量，進(jìn)行備料。
[0021] 準(zhǔn)備原材料和爐子清理，爐子需要清洗干凈，避免殘留的合金影響合金的性能。現(xiàn) 根據(jù)合金成分比例備料，合金元素可以以純合金和中間形式加入，Cu元素以Al-Cu合金加 入，Si元素以單質(zhì)或則Al-Si中間合金形式加入，Mg元素是以純Mg或則Al-Mg合金加入， Mn元素是以Al-Mn合金加入；Zr元素以Al-Zr合金形式加入；Ti元素以Al-Ti合金形式加 入。
[0022] 鋁錠表面清洗干凈后，將純鋁錠放入井式爐坩堝內(nèi)，加熱坩堝進(jìn)行熔煉，鋁液溫度 控制在690-710°C之間。
[0023] 待鋁液溫度達(dá)到700°C時(shí)，將烘干后的Al- Cu中間合金、Al-Si合金、Al-Mg合金 加入到鋁液中，鋁液升溫至760°C，將Al-Zr中間合金，Al-Mn中間合金，一起加入到鋁液 中，保溫5分鐘后，加入Al-Ti中間合，保溫15分鐘，保證加入的中間合金全部熔化。
[0024] 鋁液溫度達(dá)到750°C時(shí)，開始加入鋁合金專用精煉劑進(jìn)行精煉，精煉過程中用精煉 勺上下攪拌5分鐘至合金精煉充分。精煉降溫至730°C保溫、靜置5分鐘，使夾雜物充分的 上浮或者下沉，然后進(jìn)行拔渣。
[0025] 鋁液溫度730°C時(shí)進(jìn)行變質(zhì)處理，加入AL-Ti-B變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)，攪拌充分后靜置 10分鐘。靜置后拔渣，去除表面氧化皮和底部雜質(zhì)。
[0026] 將精煉、變質(zhì)后的鋁液溫度降至700°C準(zhǔn)備澆注，采用金屬型重力澆注工藝，澆注 模具在烘箱中升溫至200°C，用料勺將鋁液加入到模具之中，模具冷卻后，鑄件取出，檢測力 學(xué)性能。該高強(qiáng)度鑄造合金20°