Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的Al-Si-Cu系铸造铝合金及制备方法技术

一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al‑Si‑Cu系铸造铝合金，主要由铝、硅、铜、锶、锆、钛和铈组成，其制备方法，依次包括：（1）熔铸，（2）均质化退火，（3）固溶处理，（4）时效。本发明专利技术的铸造铝合金的抗拉强度为360MPa~391.58MPa，断裂伸长率为5.75~%7.5％。本发明专利技术使用四元复合微合金化技术，相比Sr、Zr二元微合金化组织更致密，合金的成分更加均匀，减小了初生硅相的尺寸和数量，更有效的提高了铸造铝合金的强度和塑性；本发明专利技术制备的铸造铝合金具有较高的抗拉强度和断裂伸长率，满足了汽车工业对合金部件轻量化、高强化和高韧性的要求。

Al Si Cu system cast aluminum alloy with Sr, Zr, Ti and CE composite microalloying and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的Al-Si-Cu系铸造铝合金及制备方法
本专利技术涉及一种铸造铝合金，尤其是一种Al-Si-Cu系铸造铝合金，具体而言是一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法。
技术介绍
铸造铝合金具有较高的抗拉强度和延伸率、优良的铸造性能以及耐蚀性，广泛应用于工业制造的各个领域，如：汽车、航空航天等领域。随着汽车数量的快速增长、汽车性能的不断提升以及能源资源问题的日益凸显，汽车工业对产品轻量化和高强化的要求越来越严格，提高铸造铝合金的力学性能就成为当今社会迫切需要解决的问题。专利申请号201710193447.9公开了一种高强铸造铝合金的制备方法，获得的合金具有较高的强度和硬度，耐磨性和耐腐蚀性好，但该合金使用离心铸造，生产成本较高；专利申请号201611031488.X公开了2A12铝合金铸造工艺，所得工件抗拉强度较低；专利申请号201010607633.0公开了高强度铸造铝合金，所得合金室温抗拉强度较高，但断裂伸长率较低。迄今为止市场上尚未出现强度和塑性完全满足使用要求的铸造铝合金。向合金中加入适量的微量元素可以提高铝合金的性能，基于微合金化“多元少量”的设计思路，本专利技术提出了四元复合微合金化技术。Sr作为变质剂，在合金液中主要以Al4Sr存在，该化合物不稳定,易分解，不能起到非均匀形核作用，对细化一次硅无效，但游离Sr吸附在生长着的Si表面，阻止共晶硅按片状方式生长。Ce的加入可形成CeO2,而CeO2可作为共晶硅非均匀形核核心。所以，Sr、Ce同时加入达到了复合变质效果，即使共晶硅形核率增高，又改变了共晶硅生长形态使之碎化为细密点状。因此Sr、Ce同时加入更好的细化了组织，使组织更致密，且减小了初生硅相的尺寸和数量，更有效的提升了铝合金的性能。Zr元素加入到铝合金中，在合金凝固过程中Zr元素与Al形成A13Zr等高熔点物相，对合金的后续凝固起到非均质形核作用，细化铸态基体组织，提高液态合金的流动性和元素分布均匀性。Ti也是铝合金常用的微量元素，加入后Ti可在铝合金中形成Al3Ti相，形成结晶时的非自发核心，显著细化了铸造组织。而Zr和Ti同时加入时形成的Al3ZrxT1-x相，可以更好的细化组织，具有比单一的A13Zr相、Al3Ti相更好的细化效果，因此同时加入Zr和Ti比只加Zr或只加Ti更好的强化效果。迄今为止，市场上尚未出现使用Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化进行强化的铸造铝合金。为了解决现有技术存在的铸造铝合金抗拉强度较低和塑性不高的问题，急需专利技术一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的铸造铝合金存在的不足，使用Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化技术（利用Sr、Ce复合变质效果，利用Zr、Ti复合形成的Al3ZrxT1-x相），提出一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法，解决了铸造铝合金抗拉强度低和塑性差的问题。本专利技术的技术方案之一是：一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金，其特征在于其主要由铝（Al）、硅（Si）、铜（Cu）、锶（Sr）、锆（Zr）、钛（Ti）和铈（Ce）组成，其中，硅（Si）的质量百分比为7.5~11.16%，铜（Cu）的质量百分比为4.34~5.31%，锶（Sr）的质量百分比为0.55~0.7%，锆（Zr）的质量百分比为0.42~0.59%，钛（Ti）的质量百分比为0.14~0.18%，铈（Ce）的质量百分比为0.15~0.23%，其余为铝和不可避免的杂质元素；各组份之和为100%。本专利技术的技术方案之二是：一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金的制备方法，其特征是其依次包括：（1）熔铸，（2）均质化退火，（3）固溶处理，（4）时效；所述的熔铸是指：待Al、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金熔化后，升温到850±10℃，再依次加入Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti-B中间合金、Al-Ce中间合金，待所有中间合金和金属熔化后，保温2-2.5小时，将温度降到750-780℃，加入六氯乙烷精炼剂精炼，精炼后静置10min，静置后去渣，再次加入六氯乙烷精炼剂精炼，精炼后静置10min，静置后去渣，浇铸成锭；所述的均质化退火是指：250±10℃×6h+350±10℃×6h+450±10℃×6h+480±10℃×20h；所述的固溶处理是指480±10℃×1h+490±10℃×1h，然后室温下水淬；所述的时效是指：191±10℃×12h；以过上述四步法即可获得Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的即可获得Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的、抗拉强度360MPa~391.58MPa、断裂伸长率5.75~%7.5％的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金。所述的Al-Si中间合金中Si的质量百分比为17%，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12%，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%，Al-Ti-B中间合金中Ti的质量百分比为5.11%，Al-Ce中间合金中Ce的质量百分比为10%。本专利技术具有以下有益效果：（1）使用四元复合微合金化技术，Sr、Ce同时加入具有复合变质效果，组织更致密，合金成分更均匀，减小了初生硅相的数量和尺寸，更有效的提升了铝合金的性能；Zr和Ti同时加入形成的Al3ZrxT1-x相，可以更好的细化组织，具有比单一的A13Zr相、Al3Ti相更好的细化效果，更有效的提高了铸造铝合金的强度和塑性。（2）本专利技术制备的铸造铝合金具有较高的抗拉强度和断裂伸长率，满足了汽车工业对合金部件轻量化、高强化和高韧性的要求。附图说明图1为本专利技术实施例1的四元复合微合金化Al-Si-Cu系铸造铝合金拉伸断口SEM图像。图2为本专利技术实施例1的四元复合微合金化Al-Si-Cu系铸造铝合金表面SEM图像。图3为本专利技术实施例2的Al-Si-Cu系铸造铝合金拉伸断口SEM图像；图4为本专利技术实施例1的四元复合微合金化Al-Si-Cu系铸造铝合金表面SEM图像。图5为本专利技术对比例1的四元复合微合金化Al-Si-Cu系铸造铝合金拉伸断口SEM图像。图6为本专利技术实施例1的四元复合微合金化Al-Si-Cu系铸造铝合金表面SEM图像。图7为本专利技术对比例2的四元复合微合金化Al-Si-Cu系铸造铝合金拉伸断口SEM图像。图8为本专利技术实施例1的四元复合微合金化Al-Si-Cu系铸造铝合金表面SEM图像。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的说明。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金，其特征在于其主要由铝（Al）、硅（Si）、铜（Cu）、锶（Sr）、锆（Zr）、钛（Ti）和铈（Ce）组成，其中，硅（Si）的质量百分比为7.5~11.16%，铜（Cu）的质量百分比为4.34~5.31%，锶（Sr）的质量百分比为0.55~0.7%，锆（Zr）的质量百分比为0.42~0.59%，钛（Ti）的质量百分比为0.14~0.18%，铈（Ce）的质量百分比为0.15~0.23%，其余为铝和不可避免的杂质元素；各组份之和为100%。/n

【技术特征摘要】
20190827 CN 20191079675451.一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金，其特征在于其主要由铝（Al）、硅（Si）、铜（Cu）、锶（Sr）、锆（Zr）、钛（Ti）和铈（Ce）组成，其中，硅（Si）的质量百分比为7.5~11.16%，铜（Cu）的质量百分比为4.34~5.31%，锶（Sr）的质量百分比为0.55~0.7%，锆（Zr）的质量百分比为0.42~0.59%，钛（Ti）的质量百分比为0.14~0.18%，铈（Ce）的质量百分比为0.15~0.23%，其余为铝和不可避免的杂质元素；各组份之和为100%。


2.一种权利要求1所述的Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金的制备方法，其特征是其依次包括：（1）熔铸，（2）均质化退火，（3）固溶处理，（4）时效；
所述的熔铸是指：待Al、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金熔化后，升温到850±10℃，再依次加入Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti-B中间合金、Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓静，张鹏，陈士安，骆建军，张斌，刘正，张日凯，金啸鹏，韦宏博，庄园，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32