一种可免热处理高强韧铸造铝合金和制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种可免热处理高强韧铸造铝合金及制备方法，该铝硅系合金主要微合金化元素包括Mg、Mn、Cu、Cr、Zr、Ti、Sr；通过微合金化元素选择与含量优化，使合金具有优异的流动和铸造性能，非常适合压铸，耦合固溶强化、纳米粒子强化、细晶强化、第二相强化与致密强化，使压铸件在铸态下即具有优异强韧性能，其抗拉强度285～325MPa，屈服强度155～185MPa，伸长率9～14％；亦可仅通过低温时效进一步提高铸件强韧性能，使其抗拉强度320～390MPa，屈服强度200～260MPa，伸长率7～10％。由于不需热处理或仅通过低温时效即可获得高强韧性能，适合新能源汽车用一体化构件低成本制备。汽车用一体化构件低成本制备。汽车用一体化构件低成本制备。

【技术实现步骤摘要】
一种可免热处理高强韧铸造铝合金和制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及高性能铝合金
，特别是涉及一种可免热处理高强韧铸造铝合金和制备方法及应用。

技术介绍

[0002]铝硅合金是目前应用最为广泛的压铸合金，其中亚共晶铝硅合金不仅具有良好的加工性，而且还具有良好的铸造性能、焊接性能和强韧性能。随着新能源汽车快速发展，以新能源汽车副车架、底盘、减震塔、电池模组为代表的中高端车型的大型薄壁一体化车身结构铝合金压铸件，需要经高温固溶和时效热处理来满足车身性能所需强度、耐久性、抗冲击性，但大型薄壁结构件在高温热处理时易变形甚至鼓泡；尽管对于压铸件热处理变形有时通过矫正工艺可一定程度上改善结构件尺寸精度，但仍不可避免地造成废品率增加和生产成本的大幅提高。
[0003]现有Al
‑
Si系铸造铝合金，如ADC10、ADC12、A356.2、ZL114A等，应用广泛。这些牌号的Al
‑
Si系铸造铝合金虽然具有很好的铸造流动性和机械加工性能，但普遍存在铸态下强度或韧性偏低的问题，需要T6热处理(高温固溶+低温时效)强化其力学性能，严重制约了Al
‑
Si系合金在汽车结构件上更为广泛的应用。所以，需要设计一款强韧性能高、流动成形性好、适用于高强韧结构件压铸成形的可免热处理铝硅合金材料；不仅可节省生产工序，节约能源，使得新能源汽车用关键结构件的成本和性能极具市场竞争力，并可减少碳排放。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种可免热处理高强韧铸造铝合金和制备方法及应用，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术的技术方案是：一种可免热处理高强韧铸造铝合金，其特征在于，所述铝合金通过微量Mg与Cu元素的引入发挥协同固溶强化作用、通过Mn与Zr元素引入形成富Mn与富Zr纳米粒子进行基体强化，且使富铁相细化与球化均匀分散在基体中；通过微量Sr与Cr元素引入，使共晶硅细化到亚微米级尺寸；通过Ti元素引入细化α
‑
Al晶粒，且Ti与Zr元素协同引入可减少预结晶产生，既减小晶粒尺寸；且共晶硅形貌为点状。
[0006]进一步，所述铝合金的各个组分的质量百分比为：Si 6.5～9.0％，Mg 0.45～1.0％，Cu 0.01～0.2％，Mn 0.4～1.0％，Cr 0.01～0.08％，Zr 0.01～0.10％，Ti 0.1～0.2％，Sr 0.03～0.1％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的杂质，且杂质的总量≤0.15％。
[0007]进一步，所述铝合金的各个组分的质量百分比为：Si 6.5～7.5％，Mg 0.5～0.7％，Cu0.04～0.1％，Mn 0.4～0.6％，Cr 0.02～0.06％，Zr 0.02～0.06％，Ti 0.15～0.2％，Sr 0.03～0.05％，Fe≤0.12％，其余杂质总量≤0.15％。
[0008]进一步，所述铝合金中具有纳米尺寸的Al2Cu和Mg2Si复合颗粒；以及亚微米级共晶硅和富铁第二相；且共晶硅形貌为点状。
[0009]本专利技术的另一目的是提供一种制备上述的铝合金的方法，该方法包括以下步骤：
[0010]S1)按照设计配比分别称取各个原料；
[0011]S2)先将铝原料和硅原料置入熔炼炉，进行加热熔化，得到熔体，再将除锶原料以外的其它原材料加入熔体中，熔化后，进行一次搅拌，再加入锶原料，二次搅拌，静置一段时间，得到铝合金熔体；
[0012]S3)精炼：将一定量的固态精炼剂或将精炼气体加入到S2)得到的合金熔体中进行精炼，静置1
‑
10min后扒渣；
[0013]S4)成形：将经S3)处理后的铝合金熔体降温620～710℃，进行压铸成形，制备出铝合金压铸件，且铸态下其抗拉强度285～325MPa，屈服强度155～185MPa，伸长率9～14％。
[0014]进一步，所述原料中的铝为工业纯铝锭，硅为工业硅，镁为镁锭、铜为铜锭、锰为电解锰或铝锰中间合金，铬为金属铬或铝铬中间合金、锆为铝锆中间合金、钛为铝钛中间合金、锶为铝锶中间合金；
[0015]其中，Al
‑
(5～50wt％)Mn、Al
‑
(1～20wt％)Cr、Al
‑
(1～20wt％)Zr、Al
‑
(1～20wt％)Ti、Al
‑
(1～20wt％)Sr。
[0016]进一步，所述S2)中的加热温度为720
‑
760℃；一次搅拌时间为1～20分钟；二次搅拌时间为1～15分钟，静置时间为5～30min。
[0017]进一步，所述S3)中的固态精炼剂为RJ
‑
1精炼剂或无钠精炼剂，加入量为铝合金熔体质量的0.2～0.5％；所述的精炼气体为氩气或氮气，精炼气体通入的速率为4
‑
7L/min；
[0018]进一步，所述S4)中的压铸工艺参数为模具温度160～260℃、慢压射速度0.1～0.5m/s，快压射速度2～4m/s、压射比压60～100MPa和保压时间3～20s。
[0019]进一步，所制备的铝合金压铸件还可通过低温时效进一步提高其强韧性能，低温时效温度为120～240℃，时间为20min～6h，其抗拉强度320～390MPa，屈服强度200～260MPa，伸长率7～10％。
[0020]一种上述的可免热处理高强韧铸造铝合金应用于制备新源汽车副车架、减震塔、电池模组的一体化车身结构压铸件.
[0021]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0022](1)本专利技术中的铝合金通过微量Mg与Cu元素的引入发挥协同固溶强化作用(不引入Zn元素，避免增加合金热脆性和降低耐蚀性)；通过Mn与Zr元素引入，在压铸过程形成富Mn与富Zr纳米粒子进行基体强化，且使富铁相(AlSiFeMn)细化与球化均匀分散在基体中；通过微量Sr、Cr等元素引入，使共晶硅细化到亚微米级尺寸；通过Ti元素引入细化α
‑
Al晶粒，且Ti与Zr元素协同引入可减少预结晶产生，既减小晶粒尺寸，又利于压铸充型过程熔体补缩；同时微量Cr和Zr元素的引入延长了Sr元素变质时间、强化其变质效果、减少熔体吸氢量，既解决了提高Mn含量引起的变质效果差和Sr元素变质易损耗易吸氢的难题，又缩小合金结晶温度间隔和线收缩系数，因此压铸件缩孔缩松少，致密性高。本专利技术铝合金通过微合金化元素选择与含量优化，耦合固溶强化、纳米粒子强化、细晶强化、第二相强化与致密强化，使压铸件在铸态下就具有优异的强韧性能。
[0023](2)本专利技术铝合金不需要引入稀土元素进行变质，也不需要引入B、Be、Cd、Sb等有毒或昂贵元素，不仅降低了成本，也避免了稀土元素与Sr和Cr元素同时添加易产生毒化现象，通过Sr与Cr等元素的加入及含量控制，不仅使共晶硅尺寸细化到亚微米级，且使共晶硅
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可免热处理高强韧铸造铝合金，其特征在于，所述铝合金通过微量Mg与Cu元素的引入发挥协同固溶强化作用、通过Mn与Zr元素引入形成富Mn与富Zr纳米粒子进行基体强化，且使富铁相细化与球化均匀分散在基体中；通过微量Sr与Cr元素引入，使共晶硅细化到亚微米级尺寸；通过Ti元素引入细化α
‑
Al晶粒，且Ti与Zr元素协同引入可减少预结晶产生，既减小晶粒尺寸；且共晶硅形貌为点状。2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金的各个组分的质量百分比为：Si 6.5～9.0％，Mg 0.45～1.0％，Cu 0.01～0.2％，Mn 0.4～1.0％，Cr 0.01～0.08％，Zr0.01～0.10％，Ti 0.1～0.2％，Sr 0.03～0.1％，Fe≤0.15％，其余为Al和不可避免的杂质，且杂质的总量≤0.15％。3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金的各个组分的质量百分比为：Si 6.5～7.5％，Mg 0.5～0.7％，Cu 0.04～0.1％，Mn 0.4～0.6％，Cr 0.02～0.06％，Zr 0.02～0.06％，Ti 0.15～0.2％，Sr 0.03～0.05％，Fe≤0.12％，其余杂质总量≤0.15％。4.一种制备如权利要求1
‑
3任意一项所述的铝合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)按照设计配比分别称取各个原料；S2)先将铝原料和硅原料置入熔炼炉，进行加热熔化，得到熔体，再将除锶原料以外的其它原材料加入熔体中，熔化后，进行一次搅拌，再加入锶原料，二次搅拌，静置一段时间，得到铝合金熔体；S3)精炼：将一定量的固态精炼剂或将精炼气体加入到S2)得到的合金熔体中进行精炼，静置1
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：祁明凡，李静媛，康永林，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：