一种高延伸率铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及铝合金材料技术领域，公开了一种高延伸率铝合金及其制备方法，包括如下质量分数的原料：硅6％～8％、镁0.15％～0.3％、锰0.4～1％、铁≤0.15％、锶0.01～0.03％、镧铈混合物0.1～0.25％、余量为铝及不可避免的杂质。本方案通过优化配置铝合金中的金属元素，控制合金中Fe的含量，减少脆性的针状FeAl3含量，提升铝合金材料的延伸率，从而提升合金材料的塑性；控制Mg含量，通过Mn元素来补偿Mg元素，避免因Mg含量过高而降低合金材料的延伸率。除此之外，通过添加不同种类的稀土元素，利用稀土净化有害杂质元素、细化晶粒，达到细晶强化的目的，同时还有效改变压铸铝合金中富铁多元金属间的化合物形态，从而显著提升合金材料延伸率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种高延伸率铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铝合金材料
，具体涉及一种高延伸率铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金具有密度小、比强度和比刚度较高、耐蚀性好及导电导热性优良、回收容易、低温性能好等特点，广泛应用于交通运输、航空航天、电子电器等领域。随着汽车市场竞争的日益激烈，铝合金因其具有密度低、强度高尤其部分甚至超过优质钢、塑性好、可加工成各种型材料，也因其具有优良的导电性、导热性和抗蚀性等特性，而使得铝合金零件成为汽车常用材料之一。例如，现有的电池隔板均采用AlSi7Mg铝合金材质，焊接在铝合金框内用于将电池隔开，以防止汽车在受到冲击时电池受到挤压、开裂，导致爆炸等安全隐患。
[0003]按质量分数百分比计，现有的AlSi7Mg铝合金含有:Si6.5～7.5％、Mg0.45～0.7％、Ti0.1～0.2％、Mn≤0.1％、Fe≤0.19％、Cu≤0.05％、Zn≤0.07％、余量为铝及不可避免的杂质；其延伸率≥7％，具有较低的延展性。由于上述AlSi7Mg铝合金的延伸率较低，因而在实际电池托盘底板成型过程中，因热胀冷缩现象，电池隔板由于延伸率低，对铝合金进行冲击试验后型材容易开裂，生产的零件无法满足高延伸率的力学性能要求，从而导致安全隐患。因此，亟需研发一种延伸率大于10％的高延伸率铝合金。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种高延伸率铝合金，以解决现有铝合金材料延伸率低的技术问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高延伸率铝合金，包括如下质量分数的原料：硅6％～8％、镁0.15％～0.3％、锰0.4～1％、铁≤0.15％、锶0.01～0.03％、镧铈混合物0.1～0.25％、余量为铝及不可避免的杂质。
[0006]本方案的原理及优点是：
[0007]1、与现有技术中AlSi7Mg铝合金相比，本方案所得铝合金材料通过优化配置合金中的金属元素，具有更低的镁、铁含量；如控制合金中Fe的含量，减少脆性的针状FeAl3含量，消除Fe的有害影响，尤其是降低针状化合物对压铸铝合金基体产生割裂作用，明显地提升铝合金材料的延伸率，提升合金材料的塑性；控制Mg含量，通过Mn元素来补偿Mg元素，避免因Mg含量过高而降低延伸率；通过上述作用，本专利技术制备的铝合金材料除了兼具较高的热导率与优秀的力学性能，还具有较高的延伸率。
[0008]2、本专利技术通过添加不同种类的稀土元素，优化合金成分和组织，利用稀土净化有害杂质元素、细化晶粒，达到细晶强化的目的，同时还有效改变压铸铝合金中富铁多元金属间的化合物形态；如适量添加的混合镧
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铈稀土，具备精炼、净化铝液，细化组织的功能，并且混合稀土和Si、Fe等共存于晶界处，形成Si
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Fe共晶组织，改善铝合金中Si
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Fe共晶组织的形态，将Si
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Fe共晶的形貌由粗大的针片状转变为细小的纤维状，有效地提高合金的强度；如适量添加锶元素，可有效改变压铸铝合金中的Si共晶形态，从而有效改善材料的延伸率。
申请人研究证明，本方案中镧铈稀土元素和锶元素在制备得到的铝合金中起着协同增效的作用，共同提升铝合金的延伸率，使得所得铝合金的延伸率≥11.4％，显著改善现有技术中铝合金材料因延伸率低易出现的冲压开裂而具有安全隐患的现象。
[0009]优选的，所述镧铈混合物中镧铈的混合比例为镧:铈＝7:3。采用上述方案，提前将镧铈两种稀土混合为稀土混合，使得在制备铝合金材料时，足够量的镧铈稀土混合物与铝合金原料硅铁反应生成Si
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Fe共晶组织，有效改变压铸铝合金中的Si、Fe共晶形态，从而有效改善材料的延伸率。
[0010]优选的，所述杂质重量≤0.5％，包括如下质量分数的原料：钛0.11～0.16％、钙≤0.0009％、磷≤0.04％、铍≤0.0001％、锌≤0.04％、锡≤0.04％、铅≤0.04％、镍≤0.04％、铬≤0.04％。采用上述方案，显著降低杂质对铝合金材料的影响，如钙Ca可与P、Si等元素反应生成高熔点化合物，这些化合物会降低合金的流动性及补缩性能；同时Ca的存在还会导致A1
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膜的破裂，增加铝液含氢量和铸件出现气孔、缩松的几率，进而影响产品的表面和内部质量。
[0011]一种高延伸率铝合金的制备方法，包括如下步骤：
[0012]S1：熔化，将工业纯铝熔化，获得熔体Ⅰ；
[0013]S2：加料、脱气，向S1所得熔体Ⅰ中依次加入原料硅、镁、锰和锶，加热搅拌熔化，获得熔体Ⅱ；
[0014]S3：精炼、除渣，向S2所得熔体Ⅱ中加入精炼剂，搅拌除渣，获得熔体Ⅲ；
[0015]S4：脱气、除渣，向S3所得熔体Ⅲ中加入镧铈混合物和精炼剂，搅拌除气、除渣，获得熔体Ⅳ；
[0016]S5：转运压铸，将S4所得熔体Ⅳ转运压铸，获得铝合金铸件。
[0017]本方案的原理及优点：
[0018]1、本方案通过控制Mg含量，以Mn含量来补偿Mg元素以提升铝合金产品的延伸率。另，Mn能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，能够有效抑制铝合金再结晶过程的出现,能够有效提高铝合金的强度；再者，Mn通过与Al形成MnAl6化合物，有效弥散质点，对再结晶晶粒长大起阻碍作用，从而细化铝合金内部晶粒，从而使得铝合金的延伸率大大增加。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁(Fe)，形成(Fe、Mn)Al6，使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织，减小铁的有害影响。
[0019]2、本方案通过分批次添加原料进行精炼除气、除渣，有效保证铝合金熔体的均匀性和纯度，进而有效提升制备所得铝合金的延伸率和其他服役性能，提升铝合金良品率。
[0020]优选的，在S1中，还包括铁和杂质含量的检测；在S2和S3中，还包括原料含量检测和补料熔化阶段；每进行一次补料熔化，均需要加入精炼剂搅拌除气、除渣；在S5中，熔体Ⅳ转运压铸前还包括对熔体密度的检测，所述熔体密度≥2.58g/ml。
[0021]采用上述方案，实时监控熔体中的原料含量并针对性补充在精炼除渣后缺失的原料量，主要因为原料中的杂质被除去，使得原料中金属元素在熔体中含量出现偏差，一般会出现元素含量偏低的现象，需要经补料熔化添加；且在每次补料熔化后，均对熔体内新添加的杂质进行精炼、除气、除渣，有效保证熔体质量，进而提升铝合金产品的质量,使得铝合金产品具有更高的强度，如其比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性。
[0022]优选的，在S1中，所述熔化温度为650℃～750℃；在S2中，所述熔化温度为760℃～820℃；在S2和S3中，所述补料熔化温度为700℃～750℃。采用上述方案，根据不同原料的熔化性质设定熔化温度，有效节约生产成本，提升生产效率。
[0023]优选的，所述精炼剂包括如下质量份数的原料：硝酸钠18～2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高延伸率铝合金，其特征在于：包括如下质量分数的原料：硅6％～8％、镁0.15％～0.3％、锰0.4～1％、铁≤0.15％、锶0.01～0.03％、镧铈混合物0.1～0.25％、余量为铝及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种高延伸率铝合金，其特征在于：所述镧铈混合物中镧铈的混合比例为镧:铈＝7:3。3.根据权利要求2所述的一种高延伸率铝合金，其特征在于：所述杂质重量≤0.5％，包括如下质量分数的原料：钛0.11～0.16％、钙≤0.0009％、磷≤0.04％、铍≤0.0001％、锌≤0.04％、锡≤0.04％、铅≤0.04％、镍≤0.04％、铬≤0.04％。4.根据权利要求1
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3任一项所述的一种高延伸率铝合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：熔化，将工业纯铝熔化，获得熔体Ⅰ；S2：加料、脱气，向S1所得熔体Ⅰ中依次加入原料硅、镁、锰和锶，加热搅拌熔化，获得熔体Ⅱ；S3：精炼、除渣，向S2所得熔体Ⅱ中加入精炼剂，搅拌除渣，获得熔体Ⅲ；S4：脱气、除渣，向S3所得熔体Ⅲ中加入镧铈混合物和精炼剂，搅拌除气、除渣，获得熔体Ⅳ；S5：转运压铸，将S4所得熔体Ⅳ转运压铸，获得铝合金铸件。5.根据权利要求4所述的一种高延伸率铝合金的制备方法，其特征在于：在S1中，还包括铁和杂质含量的检测；在S2和S3中，还包括原料含量检测和补料熔化阶段；每进行一次补料熔化，均...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷华均，高仲明，周志明，解洪权，杨会，唐小刚，杨德志，杨浩坤，涂坚，王军军，黄灿，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：