一种铸造铝合金、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种铸造铝合金、其制备方法及其应用，以重量百分比计，在铝中含有下述含量的元素，Si：6.50%~7.50%，Mg：0.25%~0.45%，Ti：0.10%~0.15%，Sr：0.0150%~0.030%，Fe:0.15%~0.35%，Mn:0.10%~0.25%，V：0.10%~0.35%，Cr：0.10%~0.35%，其他杂质单个＜0.02%且总量＜0.10%。所述铸造铝合金可由原生铝与再生铝配制，最大支持100%的再生铝应用，通过Mn、V、Cr进行复合合金化，以控制Fe相，提升合金的机械性能，适用于乘用车底盘铸件。适用于乘用车底盘铸件。适用于乘用车底盘铸件。

【技术实现步骤摘要】
一种铸造铝合金、其制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及金属材料领域，具体涉及一种控制Fe相形态、高性能铝合金及其制备方法，适用于乘用车底盘铸件。

技术介绍

[0002]铝是重要的有色金属和工业基础原料之一，是最重要的汽车轻量化材料，市场需求量巨大。原生铝的生产消耗了大量的能源，同时伴随着大量二氧化碳排放和固体废弃物污染。再生铝无论是在能耗还是在二氧化碳排放方面远远低于原生铝。因此，提高再生铝回收和使用比例是实现铝合金部件热加工行业碳减排的最重要的途径。在汽车制造行业中，为了更好地达到节能减排的目标，再生铝的应用已成为其必然选择。在乘用车铝合金底盘铸件的生产中，再生铝的使用比例将会进一步提高，期望达到100%。再生铝的应用不可避免的给底盘铸件带来了杂质元素含量的提高，特别是杂质Fe元素。杂质元素Fe的含量的提高，将会在显微组织中出现更多的针状或片状β
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Fe相，极大的降低了铸件的机械性能，特别是延伸率。若无法降低杂质元素Fe含量或改变合金中β
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Fe相形貌，将会大大限制再生铝在乘用车底盘铸件中的应用。
[0003]Fe是铝合金熔体中的一种天然杂质，是在制造原生铝以及铸件生产过程中产生的。通常，原生铝金属中的平均含Fe量约为0.07
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0.10（重量百分比计），该含量是熔融铝合金中的基本Fe含量，所有进一步的熔炼行为都会增加铝液中的Fe含量。在液态条件下，Fe可以无限固溶于铝合金熔体中。当熔体中含有一定量的Fe（<1 重量百分比计）时可以有效地改善与钢制模具的亲和力，降低粘模倾向，这也是高压铸造合金中含有一定量Fe的原因。然而，Fe的存在会显著降低延伸率。即使通过热处理，延伸率的改善也相当有限。采用重力、低压和差压铸造生产的底盘铸件，对其延伸率要求较高（>6%），相应地对Fe含量的要求更为严格（< 0.15 重量百分比计）。因而，无论是采用高压铸造还是重力、低压和差压铸造生产的结构部件，均对Fe含量具有严格的限制。
[0004]尽管Fe在液态铝及其合金中具有很高的溶解度，但它在固体中的溶解度很小，因此在其凝固过程中主要与其它合金元素结合形成不同形态、多种类型的金属间化合物。在熔体中不含Si的情况下，主要形成Al3Fe和Al6Fe。但是当熔体中存在Si时，优先形成相为Al8Fe2Si（称为α相）和Al5FeSi（称为β相）。如果Mg与Si并存，则可以形成另一种称为π相的Al8FeMg3Si6。含铁金属间化合物在Al
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Si合金中的组织特征非常明显，通常可以在显微镜下通过其形状（形态）和颜色来区分。两种所谓的α相均呈类似“汉字”的形态，但Al15（Fe，Mn）3Si2形式的α相也可能呈现出的块状形式。π相也呈类似“汉字”的形态，但并非总是与β相紧密相连。β相的主要形态为片状，在二维的显微形貌中多呈针状。
[0005]将Fe从铝合金熔体分离出去是比较困难的，没有有效的工业解决方案。通过合金化方法能够控制凝固过程中富Fe相的析出形貌及数量，减少合金中针状β
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Fe相，并促进其向骨骼状或者汉字状α
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Fe相转变，达到控制性能损伤的目的，是目前最为有效的手段。
[0006]通过向铝硅合金中加入合金元素，促使α
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Fe相生长，尽可能多地将β
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Fe相转化为
α
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Fe相，改善针状铁相的形貌，以此来提高铝硅合金的机械性能。常用的合金元素包括Mn，Cr，Be，Mo和Re等。它们都能够不同程度的将片状或者针状β
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Fe相转化为对基体危害很小的α
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铁相。合金元素的添加并不能完全消除Fe相的有害作用，只是能够在一定程度上控制其对性能的损伤。随着合金元素加入量的增加，会使得富Fe相在合金中的含量增多，超过一定限度会形成沉淀相，从而损伤铸造和力学性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于，至少在一定程度上解决Fe影响铝合金性能的技术问题。由此，提供一种控制Fe相形态、高性能铝合金及其制备方法新型的高强韧压铸铝合金材料。
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供一种铸造铝合金，按重量百分比计，其成分及其含量如下：Si：6.50%~7.50%；Mg：0.25%~0.45%；Ti：0.10%~0.15%；Sr：0.0150~0.030%；Fe：0.15~0.35%；Mn：0.10%~0.25%；V：0.10%~0.35%；Cr：0.10%~0.35%；其他杂质：单个杂质＜0.02%且总量不超过0.10%；其余为Al。
[0009]按照本专利技术的一种实施方式，适宜的是，所述铝合金通过Mn、V、Cr复合合金化控制Fe相形态，经T6热处理后的显微组织中的Fe相为颗粒状α
‑
Fe相或块状α
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Fe相。
[0010]按照本专利技术的一种实施方式，优选的，经T6热处理后的显微组织中的Fe相无针状β
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Fe相或片状β
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Fe相存在。
[0011]按照本专利技术的一种实施方式，适宜的是，经过Mn、V、Cr复合合金化后的所述颗粒状α
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Fe相或块状α
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Fe相是如下一组类型中的至少一种类型：α
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Al13(Fe, V)4Si4，α
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Al13(Fe, Cr)4Si4，Al15(Fe, Mn)3Si2，Al12(Fe, Mn, V，Cr)3Si2。
[0012]有益的是，这种α
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Fe相的存在，降低了Fe相对铸造铝合金机械性能的影响。
[0013]按照本专利技术的一种实施方式，适宜的是，在所述铝合金中，以如下重量百分比确定如下元素的含量：Fe：0.2%
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0.35%，V：0.15%
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0.3%。
[0014]有益的是，如上所述的铸造铝合金中杂质Fe含量控制在0.20%~0.35%范围内较佳，高于一般商用铸造铝合金的水平（Fe＜0.20%）。
[0015]根据本专利技术的第二方面，提供一种如上所述的铸造铝合金的制备方法，按照如下方法制备：按重量比例选取原生铝和再生铝配制为原料，将Mn、V、Cr与所述原料进行复合合金化，以控制Fe相形态，最后进行T6热处理，获得如上所述的任一种所述的铸造铝合金。
[0016]按照本专利技术的一种实施方式，适宜的是，在所述原料中，所述再生铝重量比例最高为100%。
[0017]按照本专利技术的一种实施方式，适宜的是，在所述原料中，所述原生铝与再生铝的重
量比例各为50%。
[0018]按照本专利技术的一种实施方式，适宜的是，所述将Mn、V、Cr与所述原料进行复合合金化之后，进行除气。
[0019]按照本专利技术的一种实施方式，适宜的是，经过T6热处理后获得所述铸造铝合金，所述铸造铝合金的机械性能与采用Fe的重量百本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铸造铝合金，其特征在于，按重量百分比计，其成分及其含量如下：Si：6.50%~7.50%；Mg：0.25%~0.45%；Ti：0.10%~0.15%；Sr：0.0150~0.030%；Fe：0.15~0.35%；Mn：0.10%~0.25%；V：0.10%~0.35%；Cr：0.10%~0.35%；其他杂质：单个＜0.02%且总量不超过0.10%；其余为Al。2.根据权利要求1所述的一种铸造铝合金，其特征在于，所述铝合金通过Mn、V、Cr复合合金化控制Fe相形态，经T6热处理后的显微组织中的Fe相为颗粒状α
‑
Fe相或块状α
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Fe相。3.根据权利要求2所述的一种铸造铝合金，其特征在于，经T6热处理后的显微组织中的Fe相无针状β
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Fe相或片状β
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Fe相存在。4.根据权利要求2所述的一种铸造铝合金，其特征在于，经过Mn、V、Cr复合合金化后的所述颗粒状α
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Fe相或块状α
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Fe相是如下一组类型中的至少一种类型：α
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Al13(Fe, V)4Si4，α
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Al13(Fe, Cr)4Si4，Al15(Fe, Mn)3Si2，Al12(Fe, Mn, V，Cr)3Si2。5.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐佐，张振栋，王巍，王立生，杨立国，贾建磊，刘海峰，刘春海，
申请(专利权)人：中信戴卡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：