一种高强度高屈强比铸造铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料，合金材料的化学成分组成包括：Zn的含量13.0‑19.0wt.％，Si的含量为8.0‑13.0wt.％，Cu的含量为1.0‑3.0wt.％，Mg的含量为0.05‑0.30wt.％，Mn的含量为0.10‑0.50wt.％，Fe的含量为0.15‑0.80wt.％，Ti的含量为0.05‑0.25wt.％，RE的含量为0.05～0.20wt.％，其余为铝和其它杂质元素，其它杂质元素含量≤0.15％。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高屈强比铸造铝合金材料及其制备方法
本专利技术涉及金属材料领域，尤其是涉及一种高强度高屈强比铸造铝合金材料及其制备方法。
技术介绍
随着汽车燃油效率和节能环保的要求不断提高，汽车轻量化实在必行。采用轻质高强的材料成为汽车工业中轻量化主要方法之一，其中铝合金成为汽车轻量化材料的首选。据统计，铝合金铸件约占汽车用铝量的77％，其中压铸件占汽车用铝量的50％，典型部件包括发动机缸体、缸盖、离合器壳、油底壳、发动机托架等。由于压铸件不能热处理强化，且存在缩松和缩孔的问题，压铸件性能普遍不高，无法满足进一步通过结构优化设计来减轻重量的要求，急需研发一种不通过热处理的自强化的高性能压铸铝合金材料，这对于汽车、手机通讯等轻量化要求高的发展十分必要。目前，自强化的铸造铝合金系列仅有Al-Zn系列，该系合金在铸造状态就具备淬火组织特征，不进行热处理就可获得高的强度，如我国铝合金牌号为ZL401、ZL402合金，具有良好的铸造性能、切削性能、焊接性能和尺寸稳定性，可免除淬火工序引起的形变和尺寸变化，但产生热裂现象，且强度不高，阻碍了合金的应用。本专利技术以现有Al-Zn系列铸造铝合金为基础，通过多元化合金优化，开发一种高强度高屈强比的Al-Zn-Si-Cu-Mg-Mn-Fe-RE合金，以满足汽车、手机通讯行业的需要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高强度高屈强比铸造铝合金材料及其制备方法，该合金铸造流动性能好，适用于压铸、重力铸造、低压铸造等铸造工艺，制备的铸件铸态强度和屈强比高，可用于汽车和通讯行业形状复杂且对强度、刚度要求较高的零部件，具有良好的应用前景。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料，其特征在于，所述合金材料的化学成分组成包括：Zn的含量13.0-19.0wt.％，Si的含量为8.0-13.0wt.％，Cu的含量为1.0-3.0wt.％，Mg的含量为0.05-0.30wt.％，Mn的含量为0.10-0.50wt.％，Fe的含量为0.15-0.80wt.％，Ti的含量为0.05-0.25wt.％，RE的含量为0.05～0.20wt.％，其余为铝和其它杂质元素，其它杂质元素含量≤0.15％。优选地，Zn以纯Zn锭的形式加入铝合金材料中；Si以金属Si或者Al-Si中间合金形式加入铝合金材料中。优选地，Cu以紫铜或Al-Cu中间合金形式加入铝合金材料中。优选地，Mg元素以纯Mg锭的形式加入铝合金材料中。优选地，Mn以电解锰或Al-Mn中间合金形式加入铝合金材料中。优选地，Fe以Al-Fe中间合金形式加入铝合金材料中。优选地，Al以纯Al锭的形式加入铝合金材料中。优选地，Ti元素以Al-Ti-C或Al-Ti-B合金形式加入铝合金材料中。优选地，RE元素以Al-RE中间合金形式加入铝合金材料中。优选地，一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)清洗干净炉膛，根据合金成分比例准备原材料；(2)将铝锭放入炉内，升温至750-800℃，待铝锭全部熔化后，将准备好的金属Si或Al-Si中间合金、紫铜或Al-Cu中间合金和电解锰或Al-Mn中间合金加入到铝液中；(3)待金属全部熔化后，降温至保温700-720℃，加入准备好的Zn锭、Mg锭和Al-Fe中间合金；(4)待金属全部熔化后，调整铝液温度至720-730℃保温，采用精炼勺把铝合金专用精炼剂压入熔体，并上下搅拌充分，或用高纯惰性气体作为载体将精炼剂喷入熔体，除气除杂。静置5分钟后扒渣；(5)加入准备好Al-Ti-B、Al-RE中间合金，搅拌充分后静置10分钟。静置后扒渣；(6)将装有30-50cm厚、30目陶瓷过滤箱的流槽、铝液分配鼓、链式铸锭机模具预热至150-200℃，并启动链式铸锭机和铝液分配鼓，拔出熔炉塞头，开始浇注，制得高强度高屈强比铝合金锭。本专利技术的技术效果：本专利技术的Al-Zn-Si-Cu-Mg-Mn-Fe-Ti-RE合金含有Zn、Cu、Mg等三种铝合金强化元素，较高含量的Zn可与Al形成固溶体，且与Mg形成MgZn2强化相，提高合金强度，同时提高Cu元素的最大溶解度，降低合金的热裂倾向；Si元素的作用是保证合金具备良好的铸造性能；Fe元素的作用是减少粘模现象，提高模具寿命，Mn元素的作用主要为改善Fe相的形态，提高合金塑性；Ti元素的作用主要为细化组织，RE元素的作用主要为净化熔体、细化晶粒。因此，本专利技术的铝合金材料不仅具有良好的铸造性能和自强化特性，还具有高强度、高屈强比等优点，室温抗拉强度320-400MPa，屈服强度280-360MPa，屈强比0.85-0.95，延伸率0.8-4.0％，硬度130-170HV，特别适合于压铸工艺。附图说明图1实施例1中合金金相组织照片；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1：根据Al-13.1Zn-10.5Si-2.0Cu-0.15Mg-0.2Mn-0.3Fe-0.1Ti-0.06RE配比为例，计算出15t合金所需原材料的质量，进行备料。(1)清洗干净炉膛，根据合金上述成分比例准备原材料。(2)将铝锭放入炉内，升温至750℃，待铝锭全部熔化后，将准备好的金属Si、紫铜和电解锰加入到铝液中；(3)待金属全部熔化后，降温至保温710℃，加入准备好的Zn锭、Mg锭和Al-Fe中间合金；(4)待金属全部熔化后，调整铝液温度至720℃保温，采用精炼勺把铝合金专用精炼剂压入熔体，并上下搅拌充分，或用高纯惰性气体作为载体将精炼剂喷入熔体，除气除杂。静置5分钟后扒渣；(5)加入准备好Al-Ti-B、Al-RE中间合金，搅拌充分后静置10分钟。静置后扒渣。(6)将装有30cm厚、30目陶瓷过滤箱的流槽、铝液分配鼓、链式铸锭机模具预热至150℃，并启动链式铸锭机和铝液分配鼓，拔出熔炉塞头，开始浇注，制得高强度高屈强比铝合金锭。(7)测试合金锭的化学成分和力学性能，观察合金金相组织。实施例2：根据Al-14.8Zn-9.5Si-1.6Cu-0.18Mg-0.3Mn-0.4Fe-0.15Ti-0.10RE配比为例，计算出15t合金所需单质和中间合金的质量，进行备料。(1)清洗干净炉膛，根据合金上述成分比例准备原材料。(2)将铝锭放入炉内，升温至760℃，待铝锭全部熔化后，将准备好的Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金和Al-Mn中间合金加入到铝液中；(3)待金属全部熔化后，降温至保温720℃，加入准备好的Zn锭、Mg锭和Al-Fe中间合金；(4)待金属全部熔化后，调整铝液温度至720℃保温，采用精炼勺把铝合金专用精炼剂压入熔体，并上下搅拌充分，或用高纯惰性气体作为载体将精炼剂喷入熔体，除气除杂。静置5分钟后扒渣；(5)加入准备好Al-Ti-B、Al-RE中间合金，搅拌充分后静置10分钟。静置后扒渣。(6)将装有30cm厚、30目陶瓷过滤箱的流槽、铝液分配鼓、链式铸锭机模具预热至150℃，并启动链式铸锭机和铝液分配鼓，拔出熔炉塞头，开始浇注，制得高强度高屈强比铝合金锭。(7)测试合金锭的化学成分和力学性能。实施例3：根据Al-16.60Zn-11.0Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料，其特征在于，所述合金材料的化学成分组成包括：Zn的含量13.0‑19.0wt.％，Si的含量为8.0‑13.0wt.％，Cu的含量为1.0‑3.0wt.％，Mg的含量为0.05‑0.30wt.％，Mn的含量为0.10‑0.50wt.％，Fe的含量为0.15‑0.80wt.％，Ti的含量为0.05‑0.25wt.％，RE的含量为0.05～0.20wt.％，其余为铝和其它杂质元素，其它杂质元素含量≤0.15％。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料，其特征在于，所述合金材料的化学成分组成包括：Zn的含量13.0-19.0wt.％，Si的含量为8.0-13.0wt.％，Cu的含量为1.0-3.0wt.％，Mg的含量为0.05-0.30wt.％，Mn的含量为0.10-0.50wt.％，Fe的含量为0.15-0.80wt.％，Ti的含量为0.05-0.25wt.％，RE的含量为0.05～0.20wt.％，其余为铝和其它杂质元素，其它杂质元素含量≤0.15％。2.根据权利要求1所述的一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料，其特征在于，Zn以纯Zn锭的形式加入铝合金材料中；Si以金属Si或者Al-Si中间合金形式加入铝合金材料中。3.根据权利要求1所述的一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料，其特征在于，Cu以紫铜或Al-Cu中间合金形式加入铝合金材料中。4.根据权利要求1所述的一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料，其特征在于，Mg元素以纯Mg锭的形式加入铝合金材料中。5.根据权利要求1所述的一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料，其特征在于，Mn以电解锰或Al-Mn中间合金形式加入铝合金材料中。6.根据权利要求1所述的一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料，其特征在于，Fe以Al-Fe中间合金形式加入铝合金材料中。7.根据权利要求1所述的一种高强度高屈强比的铸造铝合金材料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：南亦民，梁涛，
申请(专利权)人：潘换珍，梁涛，
类型：发明
国别省市：广东,44