一种Al－Mg－Si系合金半固态坯料的制备方法及其半固态坯料技术

一种半固态成形用Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金，其特征在于：其成分范围为Ｍｇ：１～５ｗｔ％，Ｓｉ：３～１１ｗｔ％，Ｃｕ：０．１～２．０ｗｔ％，及下列元素中至少一种，Ｂａ：０～０．５ｗｔ％，Ｍｎ：０．０１～１．０ｗｔ％，Ｃｒ：０．０１～０．３５ｗｔ％，Ｔｉ：０～０．２ｗｔ％，Ｓｒ：０～０．３ｗｔ％，Ｆｅ：０．１～１．０ｗｔ％，其余为铝。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半固态成形用铝合金材料及其半固态坯料制备方法，本专利技术属于半固态金属成形

技术介绍
自20世纪70年代初美国麻省理工学院(MIT)专利技术了金属半固态成形技术以来，该项技术引起了各国的广泛关注。与其它金属成形方法相比，该技术具有一系列优点1)可减少甚至避免液态成形时所产生的各种铸造缺陷，如气孔、缩松、偏析等；2)可减轻对成形装置尤其是模具的热冲击，使其寿命大幅度提高；3)凝固收缩小，铸件尺寸精度高，机械加工量大大减小；4)与金属固态成形方法相比，半固态金属的流动应力显著降低，成形速度更高，而且可成形更为复杂的零件。半固态成形技术适用于具有较宽液固共存区的合金体系。在过去的三十多年中，在研究该技术时所涉及到的合金有Al，Mg，Zn，Ni，Cu，Fe，Sn等，其中，对铝合金研究的最为成熟，并最早开始工业化应用。在铝合金中使用最广泛的是铸造铝合金A356、A357，这是因为这两种合金应用广泛且具有合适的固液温度区间，所以研究重点是以合金为载体，研究该技术本身的理论问题和工艺问题。但是，这两种合金并不能充分发挥半固态成形技术的优势，从而限制了该技术的进一步发展应用。Al-Mg-Si系铸造铝合金是广泛应用的铸造铝合金，亚共晶的有ZL101、Zl101A(A356)、ZL104、YL104、ZL114A(A357)、ZL115和ZL116。这些合金的成分范围大致为Si4.8～10.5wt％；Mg0.17～0.7wt％。其中Si的主要作用是改善合金的流动性，降低热裂倾向，减少疏松，提高气密性，Mg的主要作用是与Si形成强化相Mg2Si，热处理后提高合金的强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适合半固态成形的新型Al-Mg-Si系合金。该合金能充分发挥半固态成形技术的特点，并与标准牌号的Al-Mg-Si系铸造铝合金相比能显著提高强度或塑性。本专利技术的另一个目的是提供一种适合半固态成形的新型Al-Mg-Si系合金半固态坯料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种半固态成形用铝合金，其成分为Mg1～5wt％，Si3～11％Si，Cu0.1～2.0wt％，及下列元素中的至少一种，Ba0～0.5 wt％，Mn0.01～1.0wt％，Cr0.01～0.35wt％，Ti0～0.2wt％，Sr0～0.3wt％，Fe0.1～1.0wt％，其余为铝。一种半固态成形用Al-Mg-Si系合金半固态坯料的制备方法，该方法包括下述步骤(1)、采用权利要求1所述的半固态成形用Al-Mg-Si系合金；(2)、将步骤(1)中的合金采用常规的方法进行熔炼、精炼和除渣；(3)、然后将金属熔体转注进中间包进行电磁搅拌半连续铸造，中间包温度控制在700～720℃，电磁搅拌频率为10～100HZ，结晶器石墨衬套处温度595～600℃，制成半固态坯料。所采用的电磁搅拌半连续铸造的设备为常规设备，包括有最上面的中间包，位于中间的热顶，和最下面的结晶器及石墨衬套。在本专利技术的方法中，通过电磁搅拌或机械搅拌所获得的半固态坯料热处理后的拉伸性能同时具有(1)、高于300MPa的抗拉强度；(2)、高于280MPa的屈服强度；(3)、高于3％的延伸率。在本专利技术的方法中，在所述的步骤(2)中，所述的熔炼过程中，控制合金熔体温度为710～730℃。在本专利技术的方法中，在所述的步骤(2)中，精炼后控制合金熔体温度为700～710℃。在本专利技术的合金中，合金中所形成的Mg2Si相不会对合金的塑性产生不利影响。本专利技术所给出的合金适合半固态成形的特点主要表现在1)合金在半固态流变和触变成形时，对温度的控制精度要求降低，从而降低了工艺控制成本；2)合金对成分的控制要求降低，即成分的微小波动不会造成合金流变性、触变性及机械性能的大幅波动；3)合金对相关工艺参数要求降低，或在相同的工艺参数条件下，可获得更优的半固态坯料或浆料。本专利技术所给出的合金另一个重要特点是能显著提高合金的机械性能。标准牌号的Al-Mg-Si合金中Mg含量一般较低，主要是因为强化相Mg2Si在Al中的固溶度有一定限制(1.85wt％)。Mg含量提高虽可以提高合金强度，但却降低塑性。Mg含量过高时固溶处理后未固溶的Mg2Si相分布于晶界会对塑性造成很大影响。本专利技术给出的合金通过适当的半固态坯料制备工艺、微量合金元素的添加及热处理工艺参数的优化，可大大降低或避免Mg2Si相对塑性的不利影响，同时使得合金强度大幅提高。附图说明图1为合金典型微观组织照片(100×)图2为热处理后合金典型的微观组织照片具体实施方式实施例1电磁搅拌半连续铸造法制备新型合金的半固态坯料，所用合金成分为Al-5.78％Si-2.34Mg-0.8Cu-0.25Fe-0.15Mn；该成分范围为Si5.78wt％，Mg2.34wt％，Cu0.8wt％，Fe0.25wt％，Mn0.15wt％，其余为铝。合金的液相线温度为623.8℃，先将该合金在中频感应炉内熔炼后，合金熔体温度为710～730℃，将熔体转入静置炉内，进行精炼和除渣，精炼后熔体温度为700～710℃，然后将金属熔体转注进中间包进行电磁搅拌半连续铸造。中间包温度控制在700℃，电磁搅拌频率为10HZ，输入电压400V。结晶器石墨衬套处温度595～600℃。合金典型微观组织如图1所示。实施例2所用合金Al-4.74Si-1.83Mg-0.8Cu-0.23Fe-0.1Ti-0.2Sr，该成分范围为Si4.74wt％，Mg1.83wt％，Cu0.8wt％，Fe0.23wt％，Ti0.1wt％，Sr0.2wt％，其余为铝。先将该合金在电阻炉内熔化后，在720℃精炼后静置10分钟除渣，然后放入电磁搅拌器进行搅拌，温度降至605℃时快速水冷。由此获得的半固态坯料拉伸性能如下σb＝205MPa，σs＝160MPa，δ5＝3.5％。将该半固态坯料进行热处理。热处理工艺制度为540℃×2h固溶，170℃×6小时时效。热处理后合金典型的微观组织如图2所示。热处理后合金的拉伸性能测试结果如下σb＝318MPa，σs＝285MPa，δ5＝4％。权利要求1.一种半固态成形用Al-Mg-Si系合金，其特征在于其成分范围为Mg1～5wt％，Si3～11wt％，Cu0.1～2.0wt％，及下列元素中至少一种，Ba0～0.5wt％，Mn0.01～1.0wt％，Cr0.01～0.35wt％，Ti0～0.2wt％，Sr0～0.3wt％，Fe0.1～1.0wt％，其余为铝。2.一种权利要求1所述的半固态成形用Al-Mg-Si系合金半固态坯料的制备方法，其特征在于该方法包括下述步骤(1)、采用权利要求1所述的半固态成形用Al-Mg-Si系合金；(2)、将步骤(1)中的合金采用常规的方法进行熔炼、精炼和除渣；(3)、然后将金属熔体转注进中间包进行电磁搅拌半连续铸造，中间包温度控制在700～720℃，电磁搅拌频率为10～100HZ，结晶器石墨衬套处温度595～600℃，制成半固态坯料。3.根据权利要求1所述的半固态成形用Al-Mg-Si系合金的制备方法，其特征在于在所述的步骤(2)中，所述的熔炼过程中，控制合金熔体温度为710～730℃。4.根据权利要求1或2所述的半固态成形用Al-Mg-Si系合金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐骏，田战峰，刘玉芹，樊中云，朱学新，石力开，杨必成，杜东朝，谢丽君，李成栋，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：