一种高强韧铸造铝硅合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种高强韧铸造铝硅合金及其制备方法和应用，所述铝硅合金由以下质量百分比的成分组成：Si 7～8％，Mg 0.4～0.5％，Fe 0.1～0.2％，Ti 0.1～0.2％，Sr 0.01～0.02％，La 0.03～0.06％，Ce 0.02～0.04％，其余为Al和不可避免的杂质元素。制备方法包括熔炼配制铝硅合金液、细化变质、精炼除气除杂、铸造和固溶时效处理。本发明专利技术通过优化Si、Mg元素的含量，细化变质α‑Al晶粒、β‑Fe富铁相和共晶Si相，使α‑Al树枝晶转变为细小等轴晶粒，使针片状β‑Fe富铁相和共晶Si相转变为细小的颗粒状或短棒状，消除针片状β‑Fe富铁相和共晶Si相对铝硅合金强度、塑性和断裂韧性的危害。本发明专利技术铸造铝硅合金具有强度高、塑性好和优异的断裂韧性，适合于铸造各种受力结构件，如汽车轻量化结构件。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧铸造铝硅合金及其制备方法和应用
本专利技术涉及铝合金及其制备
，具体是涉及一种高强韧铸造铝硅合金及其制备方法和应用。
技术介绍
铝合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、易加工成型、可回收利用等优点，广泛应用于交通运输工具、电子电器、机械装备、建筑等领域。随着汽车轻量化的发展，汽车转向节、气囊支撑臂、制动器卡钳、减震塔、悬置支架、控制臂、发动机缸体和缸盖等零部件都急需“以铝代钢”，已到达汽车轻量化的目的。这些零部件在汽车上都属于重要的受力结构件，为了提高汽车的安全性和服役寿命，这些零部件对铝合金的综合力学性能也要求较高，如较高的强度，优良的塑性和断裂韧性。铸造是将铝合金液直接浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铝铸件的工艺过程。铸造具有生产效率高、成本低的显著优点，是目前汽车零部件的广泛采用的生产工艺。目前铸造领域最常用的材料是铸造铝硅合金，如A356、ADC10、ADC12等。铸造铝硅合金虽然具有较好的铸造流动性和机械加工性能，但目前常用的铸造铝硅合金仍然普遍存在强度偏低、塑性较差和断裂韧性不足的问题，如A356铸造铝硅合金在T6热处理状态下的抗拉强度通常低于280MPa，屈服强度低于240MPa，伸长率低于7％，强度和塑性都无法满足大部分汽车受力结构件的要求。因此，现有铸造铝硅合金及制备方法仍有待改进和发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种具有高强度、高塑性和优异的断裂韧性和耐腐蚀性能的高强韧铸造铝硅合金及其制备方法和应用。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术所述的高强韧铸造铝硅合金，其特点是：该铝硅合金由以下质量百分比的成分组成：Si7～8％，Mg0.4～0.5％，Fe0.1～0.2％，Ti0.1～0.2％，Sr0.01～0.02％，La0.03～0.06％，Ce0.02～0.04％，其余为Al和不可避免的杂质元素。优选的，所述铝硅合金由以下质量百分比的成分组成：Si7.7％，Mg0.42％，Fe0.12％，Ti0.16％，Sr0.018％，La0.036％，Ce0.024％，其余为Al和不可避免的杂质元素。优选的，所述La与Ce的质量比为3:2，杂质元素单个含量小于0.05％，总量小于0.15％。本专利技术所述高强韧铸造铝硅合金的制备方法，其特点是依次包括以下步骤：第一步：按所述高强韧铸造铝硅合金的成分组成及质量百分比，选用铝源、硅源、镁源、钛源、锶源、镧源和铈源为原材料进行配料；第二步：将铝源在760～780℃加热熔化，然后再加入硅源和镁源，搅拌熔化成铝合金液；第三步：在铝合金液中加入钛源、锶源、镧源和铈源进行细化变质处理；第四步：采用高纯惰性气体和无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼10～20分钟进行除气除杂处理，接着扒渣后再静置20～40分钟；第五步：将铝合金液在680～720℃条件下铸造成形铝硅合金；第六步：将铸造铝硅合金先加热至470～480℃保温2～3小时，然后继续升温至545～550℃保温5～6小时进行固溶处理，然后放入60～80℃的水进行淬火；第七步：将铸造铝硅合金先加热至150～160℃保温1～2小时，然后继续升温至185～190℃保温3～5小时进行时效处理，随炉冷却后得到高强韧铸造铝硅合金。进一步的，所述铝源为铝含量99.7％的铝锭，镁源为镁含量99.95％的镁锭，硅源为AlSi20合金，钛源为AlTi10合金，锶源为AlSr10合金，镧源为AlLa5合金，铈源为AlCe5合金。进一步的，所述高纯惰性气体为纯度≥99.9％的氮气或氩气。优选的，所述高纯惰性气体为纯度≥99.99％的氮气。进一步的，所述无钠精炼剂是指不含NaCl、NaF、Na2CO3等钠盐的精炼剂，无钠精炼剂的用量为原材料总重量的0.3～0.5％。本专利技术所述高强韧铸造铝硅合金在汽车零部件中的应用。优选的，所述汽车零部件包括转向节、气囊支撑臂、制动器卡钳、减震塔、悬置支架、控制臂、发动机缸体和缸盖。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)优化了Si、Mg主合金元素的成分组成，使铸造铝硅合金能够获得所要达到的强度、塑性和铸造流动性。(2)引入微量Ti元素细化α-Al晶粒，改善铸造铝硅合金的组织成分均匀性，提高铸造铝硅合金的铸造流动性、强度和塑性。(3)引入微量Sr元素对共晶Si相进行细化变质，使细长的针片状共晶Si相转变为细小均匀的颗粒状和短棒状，并弥散分布在α-Al基体上，消除针片状共晶Si相对铸造铝硅合金塑性和韧性的危害，提高铸造铝硅合金的塑性和韧性。(4)引入微量La和Ce元素对针片状β-Fe富铁相进行细化变质，通过优化镧铈的配比，使针片状β-Fe富铁相转变为细小均匀的颗粒状和短棒状，并弥散分布在α-Al基体上，消除针状β-Fe富铁相对铸造铝硅合金强度、塑性、韧性和耐腐蚀性能的危害，显著提高铸造铝硅合金的强度、塑性、韧性和耐腐蚀性能。(5)采用双级固溶和双级时效工艺对铸造铝硅合金进行热处理，在不降低强度前提下，进一步提高铸造铝硅合金的塑性和韧性。综上，本专利技术在优化Si、Mg主合金元素的成分组成基础上，引入微量Ti、Sr、La和Ce元素对α-Al晶粒、针片状共晶Si相和β-Fe富铁相进行细化变质，通过科学调控这些元素的含量，使其相互配合，最终使铸造铝硅合金具有高强度、高塑性和优异的断裂韧性和耐腐蚀性能，铸造铝硅合金的抗拉强度≥320MPa，屈服强度≥290MPa，断后伸长率≥10％。附图说明图1为实施例1铸造铝硅合金的扫描电镜组织图。图2为实施例1铸造铝硅合金的光学显微镜组织图。图3为对比例1铸造铝硅合金的扫描电镜组织图。图4为对比例2铸造铝硅合金的扫描电镜组织图。图5为对比例3铸造铝硅合金的光学显微镜组织图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例和对比例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的高强韧铸造铝硅合金，由以下质量百分比的成分组成：Si7～8％，Mg0.4～0.5％，Fe0.1～0.2％，Ti0.1～0.2％，Sr0.01～0.02％，La0.03～0.06％，Ce0.02～0.04％，其余为Al和不可避免的杂质元素。优选的，所述高强韧铸造铝硅合金由以下质量百分比的成分组成：Si7.7％，Mg0.42％，Fe0.12％，Ti0.16％，Sr0.018％，La0.036％，Ce0.024％，其余为Al和不可避免的杂质元素。优选的，所述高强韧铸造铝硅合金的成分组成中，La与Ce的质量比为3:2，杂质元素单个含量小于0.05％，总量小于0.15％。该高强韧铸造铝硅合金的成分组成的作用及含量说明如下：Si是铸造铝硅合金的主要元素，首先，在合金凝固过程中，Si与Al可形成Al+Si共晶液相，提高铝硅合金的铸造流动性。其次，Si与Mg可形成Mg2Si强化相，增强铸造铝硅合金的强度。另外，当过剩的单质呈细小均匀的颗粒状或短纤维状弥散分布在α-Al基体上，还能提高铝硅合金的强度和机械加工性能。Si含量越高，铝硅合金的强度、铸造流动性和机械加工性能也越好，但塑性和韧性会逐渐下降。专利技术人通过大量实验研究发现，Si含量低于7％时，铝硅合金的抗拉强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧铸造铝硅合金，其特征在于：该铝硅合金由以下质量百分比的成分组成：Si 7～8％，Mg 0.4～0.5％，Fe 0.1～0.2％，Ti 0.1～0.2％，Sr 0.01～0.02％，La 0.03～0.06％，Ce 0.02～0.04％，其余为Al和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种高强韧铸造铝硅合金，其特征在于：该铝硅合金由以下质量百分比的成分组成：Si7～8％，Mg0.4～0.5％，Fe0.1～0.2％，Ti0.1～0.2％，Sr0.01～0.02％，La0.03～0.06％，Ce0.02～0.04％，其余为Al和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的高强韧铸造铝硅合金，其特征在于：所述铝硅合金由以下质量百分比的成分组成：Si7.7％，Mg0.42％，Fe0.12％，Ti0.16％，Sr0.018％，La0.036％，Ce0.024％，其余为Al和不可避免的杂质元素。3.根据权利要求1所述的高强韧铸造铝硅合金，其特征在于：所述La与Ce的质量比为3:2，杂质元素单个含量小于0.05％，总量小于0.15％。4.一种如权利要求1-3中任一项所述高强韧铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：第一步：按所述高强韧铸造铝硅合金的成分组成及质量百分比，选用铝源、硅源、镁源、钛源、锶源、镧源和铈源为原材料进行配料；第二步：将铝源在760～780℃加热熔化，然后再加入硅源和镁源，搅拌熔化成铝合金液；第三步：在铝合金液中加入钛源、锶源、镧源和铈源进行细化变质处理；第四步：采用高纯惰性气体和无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼10～20分钟进行除气除杂处理，接着扒渣后再静置20～4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王顺成，康跃华，宋东福，孙小燕，
申请(专利权)人：广东省材料与加工研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44