本发明专利技术属于金属材料技术领域，具体涉及一种高强韧高模量铝合金材料及其压铸工艺，所述铝合金材料由质量百分数计的如下元素组成，Mg：2.5～6.0％，稀土元素Ce、La的一种或两种：0.01～1.2％，Mn、Cr、V中的一种或两种及以上：2.0～10.0％，余量为Al，杂质≤0.45％。所述铝合金材料的室温综合力学性能优异，弹性模量高。
A High Strength, Toughness and Modulus Aluminum Alloy Material and Its Die Casting Technology
The invention belongs to the technical field of metal materials, and specifically relates to a high strength, toughness and high modulus aluminium alloy material and its die casting process. The aluminium alloy material consists of the following elements: Mg: 2.5-6.0%, one or two rare earth elements Ce and La: 0.01-1.2%, one or more of Mn, Cr and V: 2.0-10.0%, the remainder of Al, impurities less than 0.45%. The aluminum alloy material has excellent room temperature comprehensive mechanical properties and high elastic modulus.
【技术实现步骤摘要】
一种高强韧高模量铝合金材料及其压铸工艺
本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种高强韧高模量铝合金材料及其压铸工艺。
技术介绍
铝合金是以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。近年来铝合金在汽车行业应用越来越多，汽车行业的应用对铝合金性能提出了更高的要求，一些重要部件，如汽车卡钳，不但要求铝合金具有较高的强度，同时还需要高的弹性模量，超出目前使用的常用铝合金弹性模量范围，通常铝合金的弹性模量为72GPa，无法满足其用于制备汽车零部件的使用要求。现有技术中，提高铝合金弹性模量的方法主要有合金化法和复合化；其中，合金化法主要是通过加入锂(Li)制备铝锂合金，如中国专利文献CN105648283A公开一种低密度、高刚度铸造铝锂合金及其制备方法，弹性模量不低于78GPa，但Li元素性质活泼，成本高，主要用于航空航天领域；复合化法主要是加入SiC、Ti2B等颗粒制备铝基复合材料，如中国专利文献CN106834833A公开一种高模量、超高强TiB2颗粒增强Al-Zn-Mg-Cu复合材料及其制备方法，可以获得高模量的铝合金，但其工艺复杂，成本高，主要用于航空航天领域，迫切需要开发工艺简单、成本低廉的高强韧高模量铝合金用于汽车领域，推动汽车轻量化发展。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种高强韧高模量铝合金材料，该材料力学性能优良、弹性模量高，解决现有技术中汽车轻量化工艺中所用铝合金弹性模量和强度无法满足使用要求的问题。本专利技术的另一目的是提供上述铝合金材料的压铸工艺，工艺稳定性好。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：第一方面，高强韧高模量铝合金材料，由质量百分数计的如下元素组成，Mg：2.5％～6.0％，稀土元素Ce、La的一种或两种：0.01％～1.2％，Mn、Cr、V中的一种或两种及以上：2.0％～10.0％，余量为Al，杂质≤0.45％。优选的，所述Al和Mg分别选自工业纯铝和工业纯镁；所述稀土元素Ce、La分别以铝-稀土中间合金加入；所述Mn、Cr、V分别以铝锰、铝铬、铝钒中间合金加入。更优选的，所述铝-稀土中间合金为铝-铈中间合金、铝-富铈混合稀土或铝-镧中间合金中至少一种。第二方面，上述高强韧高模量铝合金材料的压铸工艺，包括如下步骤：S1：熔炼合金，制备铝合金熔体；S2：将铝合金熔体在680～740℃下进行压铸，压力为50～200MPa，压射速度为1.0～4.0m/s，冷却速率为100～1000K/s，制备得到铝合金铸件；其中，步骤S1包括如下分步骤：(1)烘料：将工业纯铝、工业纯镁、铝-稀土中间合金、铝钛硼中间合金、铝锰、铝铬、铝钒中间合金原料分别预热至200～300℃，保温0.5～2小时；(2)熔炼：温度至200～300℃时加入工业纯铝，搅拌至熔清；熔体升温至740～800℃后，加入铝-稀土中间合金、铝-锰，铝-铬、铝-钒中间合金，至熔清；熔体温度降至730～740℃时，加入工业纯镁熔化，压入熔体搅拌至熔清；(3)精炼：熔体升温至735-745℃，加入精炼剂进行精炼10～20分钟；撇去浮渣，静置熔体；(4)除气：向步骤(3)中制备所得的熔体中加入覆盖剂，保护气氛中搅拌5～10分钟，获得铝合金熔体。优选的，步骤(1)中所述原料在200～300℃保温1小时；合理的保温时间，在保证烘干的条件下，缩短烘料时间，节约能源。优选的，步骤(2)中，熔体温度为780℃时加入铝-稀土中间合金、铝-锰、铝-铬、铝-钒中间合金搅拌至熔清。可使合金元素快速熔化并扩散均匀，减少合金元素的聚集沉淀。优选的，所述步骤(3)中，所述精炼剂为无钠盐的铝合金精炼剂，且精炼剂的添加量为熔体总质量的0.2％～1.5％；熔体升温至740℃时加入精炼剂进行精炼，使精炼过程时间充足，保证精炼效果。优选的，所述步骤(4)采用的保护气氛为N2保护；所述覆盖剂为MgCl2和KCl质量比为3：2的混合物，且覆盖剂的添加量为熔体总质量的0.2％～1.5％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)基础合金Al-Mg具有优异的强韧性，本专利技术利用复合合金化向基体合金中同时加入Mn、Cr、V中的一种或多种以及稀土元素Ce、La，达到提高合金弹性模量，并保持优异的力学性能。(2)加入Mn、Cr、V中的一种或多种，主要目的是在铝基体中形成一定数量的高模量金属间化合物，如Al6Mn、Al7Cr、Al10V等，达到提高合金的弹性模量；而稀土元素Ce、La对上述金属间化合物具有变质作用，铝液中Ce、La能富集在初生Al6Mn、Al7Cr、Al10V相的表面，抑制其生长并改变生长方向，改善初生相形貌，将粗大针片状Al6Mn、Al7Cr、Al10V相转变成小块、颗粒状Al6Mn、Al7Cr、Al10V相，缓解金属间化合物对基体的割裂作用，从而保持基体合金优异的力学性能，并具有高模量的目的。(3)本制备方法简单、工艺稳定性好、工艺可控度高。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步说明：在以下具体实施例和对比例中，均采用共振法测定合金材料的弹性模量，参照《GB/T22315-2008：金属材料弹性模量和泊松比试验方法》；采用室温拉伸法测试合金的拉伸力学性能，参照《GB/T228-2002：金属材料室温拉伸试验方法》。实施例1本实施例提供的高强韧高模量铝合金材料，由质量百分数计的如下元素组成为Mg：2.6％，Ce：0.3％，La：0.2％，Cr：5.0％，以及不可避免杂质Fe≤0.3％，Si≤0.15％，Al余量。其压铸工艺为：a、熔炼合金，获得铝合金熔体。熔炼步骤：(1)烘料，将原料在250℃预热2小时；(2)熔炼，熔化炉设定熔炼温度800℃，炉温升至300℃时，加入工业纯铝，至熔清，搅拌均匀；熔体升温至760℃，加入铝-铈、铝-镧、铝-铬中间合金，搅拌均匀，至熔清；待熔体温度降至720℃时，加入工业纯镁，熔化，并搅拌均匀，至熔清；(3)精炼，待熔体温度至740℃，加入喷粉精炼剂(鼎臣)进行精炼，持续10～20分钟，精炼后扒去表面浮渣，静置熔体；(4)除气：待熔体升温至730℃，加入60％MgCl2+40％KCl的组成物作为覆盖剂，充氮气并搅拌，持续5～10分钟，获得铝合金熔体。b、将熔体进行压铸，获得铝合金。铸造步骤：将所述铝熔体在720℃下浇注压铸机，进行压铸，压力为100MPa，压射速度是2.0m/s，冷却速率500K/s。本实施例中压铸高强韧高模量铝合金室温抗拉强度367MPa，屈服强度220MPa，伸长率6.0％，弹性模量是88.1GPa。实施例2本实施例提供的高强韧高模量铝合金材料，由质量百分数计的如下元素组成为Mg：4.1％，Ce：0.2％，La：0.1％，Mn：1.0％，Cr：1.0％，V：1.0％，以及不可避免杂质Fe≤0.3％，Si≤0.15％，Al余量。其压铸工艺为：a、熔炼合金，获得铝合金熔体。熔炼步骤：(1)烘料，将原料在250℃预热2小时；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强韧高模量铝合金材料，其特征在于：由质量百分数计的如下元素组成，Mg：2.5％～6.0％，稀土元素Ce、La的一种或两种：0.01％～1.2％，Mn、Cr、V中的一种或两种及以上：2.0％～10.0％，余量为Al，杂质≤0.45％。
【技术特征摘要】
1.一种高强韧高模量铝合金材料，其特征在于：由质量百分数计的如下元素组成，Mg：2.5％～6.0％，稀土元素Ce、La的一种或两种：0.01％～1.2％，Mn、Cr、V中的一种或两种及以上：2.0％～10.0％，余量为Al，杂质≤0.45％。2.根据权利要求1所述的高强韧高模量铝合金材料，其特征在于：所述Al和Mg分别选自工业纯铝和工业纯镁；所述稀土元素Ce、La分别以铝-稀土中间合金加入；所述Mn、Cr、V分别以铝锰、铝铬、铝钒中间合金加入。3.根据权利要求2所述的高强韧高模量铝合金材料，其特征在于：所述铝-稀土中间合金为铝-铈中间合金、铝-富铈混合稀土或铝-镧中间合金中至少一种。4.权利要求1～3任一项所述的高强韧高模量铝合金材料的压铸工艺，其特征在于：包括如下步骤：S1：熔炼合金，制备铝合金熔体；S2：将铝合金熔体在680～740℃下进行压铸，压力为50～200MPa，压射速度为1.0～4.0m/s，冷却速率为100～1000K/s，制备得到铝合金铸件；其中，步骤S1包括如下分步骤：(1)烘料：将工业纯铝、工业纯镁、铝-稀土中间合金、铝钛硼中间合金、铝锰、铝铬、铝钒中间合金原料分别预热至200～300℃，保温0.5～2小时；(2)熔炼：温...
【专利技术属性】
技术研发人员：王春涛，汤华平，姚杰，林真，王渠东，雷川，丁文江，
申请(专利权)人：宁波合力模具科技股份有限公司，上海交通大学，上海轻合金精密成型国家工程研究中心有限公司，凤阳爱尔思轻合金精密成型有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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