本发明专利技术公开了一种高塑性铸造铝合金及其挤压铸造制备方法，属于金属材料类及冶金领域；所述合金包括如下成分及其重量含量：Si 7.5～13.5％，Mg 0.5～0.8％，Mn 0.2～0.5％，Ti 0.1～0.4％，RE 0.01～1.5％，Fe 0.6～1.3％，P≤100ppm、Sr 100～600ppm，余量为Al；其中，所述RE为Gd、Y、Nd、Sm、Er、Yb、La中的一种或几种。本发明专利技术的高塑性铸造铝合金经挤压铸造制备并对其实施固溶加人工时效处理后，合金的延伸率δ≥22％；本发明专利技术制备的合金铸造性能优异，成本低廉，工艺简单，生产效率高，进步显著，扩大了Al-Si系铸造铝合金的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
高塑性铸造铝合金及其挤压铸造制备方法
本专利技术涉及的是一种铸造铝合金及其制备方法，具体是一种高塑性铸造铝合金及其挤压铸造制备方法，属于金属材料类及冶金领域。
技术介绍
铸造铝合金作为传统的金属材料，因其密度小、比强度高等特点，广泛应用于航空、航天、汽车、机械等行业。随着现代工业及铸造新技术的发展，对铸造铝合金，如具有高强度、高塑性、优良的耐磨性和耐腐蚀性的铸造铝合金，需求量越来越大。经过几十年的发展，高强度铝合金已形成完整系列，性能趋于稳定，生产方法日趋完善，成为材料领域中不可或缺的合金体系。但目前高强度铸造铝合金的塑性较低，一般不能承受较大的变形量，从而使其应用受到较大的限制。许多需要高塑性的重要部件多采用变形铝合金制造。然而变形铝合金虽然具有理想的高塑性，但其加工过程对设备和工装模具要求高，工序多，因此生产周期长，成本很高。相比之下，铸造铝合金具有价格低廉，铸件组织各向同性，容易生产形状复杂的零件，既可以单件生产也可以大批量生产等许多优点。因此，开发能够代替部分变形铝合金并具有高塑性的铸造铝合金，规范其铸造成型工艺，缩短生产周期，降低制造成本，成为该领域目前的发展趋势。中国专利CN85102364AA公布了一种硅锰碲系高塑性铸造铝合金，其成分含量为5.5～9.5％Si、0.2～0.8％Mn，0.1～0.2％Ti，0.001～0.2％Te，0.1～0.2％Sb，余量为Al，延伸率为16％左右。但是，该合金在提高塑性的同时，合金强度剧烈下降，其性能也不能满足目前工业生产的需要。在中国专利CN101248200A中，公布了一种铸造铝合金，其成分含量为2.5～3.3％Si、0.2～0.7％Mg、Fe＜0.18％，Mn＜0.5、Ti＜0.1、Sr＜0.03、其他＜0.1，余量为Al。该合金铸造状态时延伸率为13％，T6热处理后，延伸率仅为5％，远远达不到高塑性铸造铝合金铸件的应用需求。另外，由于合金中Si量较低，组织中共晶体量较少，使得合金成形温度较高、吸气倾向较大，存在难以避免的气孔、缩孔和缩松等铸造缺陷，难以获得高致密铸件，因而成型性(铸造性能)较差。在中国专利CN103305730A中，公布了一种新型Al-Si-Mg-Cu-Sr铸造合金，其成分含量为11.0～12.0％Si，0.30～0.50％Cu，0.35～0.55％Mg，0.01～0.02％Sr，Mn≤0.35％，Zn≤0.20％，Fe≤0.40％，Ti≤0.10％，Ni≤0.10％，Pb≤0.10％，Sn≤0.10％，Cr≤0.10％，其他≤0.6％，余量为Al。该合金的铸态抗拉强度在245～275MPa之间，延伸率在5～8％之间。但是，该Al-Si系合金中添加的Cu元素会增大合金的热裂和腐蚀倾向，降低铸造性能，因此限制了该合金在工业中的应用范围。
技术实现思路
在上述现有技术中，铸造铝合金塑性普遍偏低并且没有考虑到铝合金的铸造性能。本专利技术针对现有技术存在的不足，在不降低合金强度和铸造性能的基础上，提供了一种高塑性铸造铝合金及其挤压铸造制备方法，通过选择合适的成分参数以及调整相应的热处理工艺，从而制备出具有优异延伸率的铸造铝合金。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：第一方面，本专利技术提供一种高塑性铸造铝合金，包括如下成分及其重量含量：Si7.5～13.5％，Mg0.5～0.8％，Mn0.2～0.5％，Ti0.1～0.4％，RE0.01～1.5％，Fe0.6～1.3％，P≤100ppm、Sr100～600ppm，余量为Al；优选地，所述RE为Gd、Y、Nd、Sm、Er、Yb、La中的一种或几种。优选地，所述RE为Gd、Er或Yb中的一种或几种时，RE的重量含量为0.05～1.0％；所述RE为Y、Nd、Sm或La中的一种或几种时，RE的重量含量为0.05～0.6％。优选地，P为1～50ppm。优选地，所述Si、Mg、Mn、Ti、RE、Fe、P、Sr、Al选自工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、Al-Mn中间合金、稀土中间合金、Al-Sr中间合金、Al-P中间合金和Al-Ti-B中间合金。第二方面，本专利技术提供一种所述高塑性铸造铝合金的挤压铸造制备方法，包括以下步骤：第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体；第二步，对铝合金熔体进行挤压铸造，获得铝合金铸件；第三步，将铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，即得到高塑性铸造铝合金。优选地，第一步中，所述熔炼合金具体包括如下步骤：(1)将工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、Al-Mn中间合金、稀土中间合金、Al-Sr中间合金、Al-P中间合金和Al-Ti-B中间合金预热至100～200℃，保温2小时以上；(2)熔炼Al、Si：预热熔炼器具至400～500℃，在其底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖所需纯铝总量的40～80％，升温，纯铝熔化得铝熔液；结晶硅在铝熔液的包裹下熔化，熔化后反复搅拌，再加入余下纯铝；(3)加Mn，RE：在720～740℃条件下，向步骤(2)所得熔液中加入Al-Mn中间合金、稀土中间合金；(4)加Sr、P：在730～750℃条件下，向步骤(3)所得熔液中加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15～30分钟后搅拌3～5分钟，充分熔化；(5)加Ti：在710～730℃条件下，向步骤(4)所得熔液中加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；(6)加Mg：在700～720℃条件下，向步骤(5)所得熔液中加入工业纯镁，充分熔化；(7)精炼：在710～740℃条件下，向步骤(6)所得熔液中加入精炼剂精炼10～20分钟，静置15～40分钟；冷却至680～700℃，撇去表面浮渣，即得铝合金熔体。优选地，步骤(1)中，所述预热具体为采用烘箱加热。优选地，步骤(2)中，所述熔炼器具具体为采用坩埚；纯铝的熔化温度为680℃左右；所述搅拌采用石墨棒。优选地，步骤(7)中，所述精炼剂是常规市售的含钠盐、钾盐、氟盐等无机盐的铝合金精炼剂或六氯乙烷(C2Cl6)；所述精炼剂的用量在所述高塑性铸造铝合金中的重量比≤5％。优选地，第二步中，所述对铝合金熔体进行挤压铸造中，铝合金熔体的浇注温度为680～700℃，模具温度为200～300℃，挤压压力为10～120MPa，保压时间0.5～5分钟。优选地，第三步中，所述的固溶处理是指在480～540℃的环境下固溶4～18小时；所述的冷却处理是指按炉冷、空冷或水淬方式进行冷却；所述的时效处理是指在170～250℃的环境下进行10～40小时的时效处理。当稀土加入量不同时，稀土在铝合金中主要以三种形式存在：固溶在基体中，偏聚在相界、晶界和枝晶界，固溶在化合物中或以化合物形式存在。在合金中加入稀土元素后，稀土一方面起到有限固溶强化，提高强度的作用，另一方面稀土元素化学活性极强，可以在长大的晶粒界面上选择性吸附，阻碍晶粒的生长，细化晶粒，提高合金的力学性能，尤其是塑性。当进一步增加稀土的含量时，稀土与Al、Mg、Si等元素形成的金属间化合物弥散分布于基体中，使合金断裂过程中裂纹萌生位置与扩展途径发生改变，提高合金的塑性。稀土元素的加入也可以改善铸造铝合金的铸造性能，这是因为Fe是铝合金中有害的杂质，大多数含铁相的结晶组织都十分粗大，直接影响合金的机械性能，降低合金的流动性和塑性，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高塑性铸造铝合金，其特征在于，包括如下成分及其重量含量：Si 7.5～13.5％，Mg 0.5～0.8％，Mn 0.2～0.5％，Ti 0.1～0.4％，RE 0.01～1.5％，Fe 0.6～1.3％，P≤100ppm、Sr 100～600ppm，余量为Al；其中，所述RE为Gd、Y、Nd、Sm、Er、Yb、La中的一种或几种。
【技术特征摘要】
1.一种高塑性铸造铝合金的挤压铸造制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体；第二步，对铝合金熔体进行挤压铸造，获得铝合金铸件；第三步，将铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，即得到高塑性铸造铝合金；第一步中，所述熔炼合金具体包括如下步骤：(1)将工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、Al-Mn中间合金、稀土中间合金、Al-Sr中间合金、Al-P中间合金和Al-Ti-B中间合金预热至100～200℃，保温2小时以上；(2)熔炼Al、Si：预热熔炼器具至400～500℃，在其底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖所需工业纯铝总量的40～80％，升温，纯铝熔化得铝熔液；结晶硅在铝熔液的包裹下熔化，熔化后反复搅拌，再加入余下工业纯铝；(3)加Mn，RE：在720～740℃条件下，向步骤(2)所得熔液中加入Al-Mn中间合金、稀土中间合金；(4)加Sr、P：在730～750℃条件下，向步骤(3)所得溶液中加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15～30分钟后搅拌3～5分钟，充分熔化；(5)加Ti：在710～730℃条件下，向步骤(4)所得溶液中加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；(6)加Mg：在700～720℃条件下，向步骤(5)所得溶液中加入工业纯镁，充分熔化；(7)精炼：在710～740℃条件下，向步骤(6)所得熔液中加入精炼剂精炼10～20分钟，静置15～40分钟；冷却至680～700...
【专利技术属性】
技术研发人员：王渠东，隋育栋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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