一种重力铸造用免热处理高强铝硅系合金及其制备方法技术

一种重力铸造用免热处理高强铝硅系合金，其各组分及其重量百分比分别为：Si：7

【技术实现步骤摘要】
一种重力铸造用免热处理高强铝硅系合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料
，具体涉及一种重力铸造用免热处理高强铝硅系合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着经济、社会的不断发展，航空航天、武器装备、汽车等领域也已进入高质量要求的发展阶段，现行的很多高要求铸件正逐步向一体化、大尺寸、薄壁、结构复杂方向发展。
[0003]热处理是铸造行业常用的提高力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工性能，获得尺寸稳定性的方法，但对与一体化成型的大型、薄壁铸件，其在热处理过程中存在变形、裂纹、过烧等问题。如能开发出免热处理合金则既可以避免热处理过程中铸件本身发生的变形及后续相关的整形工序，还可以降低生产成本、节约生产时间。常见免热处理合金大多数用于汽车行业的铝合金压铸结构件，该合金需具备较高的强度、韧性，较好的充型能力，吸气和氧化现象小，材料与模具之间无反应、重量轻等性能要求。例如：德国莱茵公司开发的Silafont
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36合金(专利公开号：US 6364970B1)，该合金室温下延伸率不高于6％，且该合金需要采用特殊的高真空压铸，并进行热处理强化方可达到提高铸件综合力学性能的要求。上海交通大学开发的非热处理强化高强高韧压铸Al
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Mg
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Si系合金(专利公开号：CN 108754256A)，该合金力学性能较优异，但Al
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Mg
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Si合金中Mg含量较高，较Al
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Si合金相比铸造性能较差，对压铸模具有很大的冲蚀，降低模具寿命，且对压铸工艺设计以及制造技术要求更高，此外，该合金还加入了Zr、Be、Ca、RE等强化元素，对压铸结构件的生产成本以及材料回收制备方面产生较大影响。
[0004]此外，压力铸造也是一种可用的技术手段。但是，压力铸造的铸件易产生气孔、疏松缺陷，铸件重量受到压铸机限制；并且压铸设备投资高、模具制造复杂、周期常、费用高，不适宜小批量生产及铸件研制。
[0005]与压力铸造相比重力铸造是铝合金铸造中最为常见的方式之一，其具有操作方便、工艺简单、设备和模具成本低等优点，不仅适宜铸件研制，又适宜铸件小批量生产。因此，开发出一种重力铸造用免热处理铝硅系合金，并研究其制备与成型工艺，使合金具备良好的性能、铸造性能和可回收性能，满足航空航天、汽车等行业大型一体化成型结构件的使用要求对免热处理铝硅合金发展具有较高的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术在重力铸造的技术背景条件下，提供了一种重力铸造用免热处理高强铝硅系合金及其制备方法，在保证良好的铸造性能前提下，在重力铸造条件下就具有优异的综合力学性能，其能很好的满足大尺寸、薄壁、一体化成型结构件的要求。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]为达到免热处理高性能这一目的，本专利技术专利在免热处理铝硅系合金研究中发现，Mg的加入可以显著提升合金强度，但Mg含量过高时，Mg与Al会形成Al3Mg2相，该相的形态
和分布对合金力学性能影响较大，同时Mg和Si同时添加可以生成硬而脆的Mg2Si相，Mg2Si相过多时会严重降低合金塑性。为获得更好的合金性能，本专利技术加入了Mn、Ti、Sr细化元素改善合金组织，以Mn来代替Fe，减少合金中β
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AlFeSi针状相的生成，将针状含铁相转变为汉字状或者细小圆整的α
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AlFeMnSi相，提高合金韧性。此外，创造性的引入Zn元素，Zn元素主要固溶在α
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Al相中，对合金起到固溶强化作用，且Zn的熔点较低，具有与Mg相同的晶体结构，具有固溶强化和时效强化的双重作用，但Zn的过量加入使共晶Si尺寸增大，降低合金的伸长率。
[0009]本专利技术要求保护一种重力铸造用免热处理高强铝硅系合金，其特征在于，所述重力铸造用免热处理高强铝硅系合金中各组成成分及其重量百分比分别为：
[0010]Si：7wt％
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10.5wt％、Mg：0.3wt％
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1.5wt％、Mn：0.6wt％
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1.2wt％、Zn：0.5wt％
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1.5wt％、Ti：0.05wt％
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0.25wt％、Sr：0.05wt％
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0.1wt％；其他杂质总量和≤0.4wt％，余量为Al。
[0011]本专利技术还要求保护前述重力铸造用免热处理高强铝硅系合金的制备方法，其特征在于：所述免热处理高强铝硅合金制备时包括如下步骤：
[0012]S1、备料：合金元素按照重量百分比进行配料；其中：合金材料要求为A100精铝、工业纯Mg、单晶硅Si、锌锭、Al
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10wt％Mn中间合金、Al
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10wt％Sr中间合金以及Al
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5wt％Ti
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1wt％B中间合金；
[0013]S2、熔炼前处理：熔炼采用铸铁坩埚，且在熔炼前要求将铸铁坩埚和金属型内浇道清理干净，同时将铸铁坩埚、工具和各种原材料进行预热；在250℃下预热2小时；
[0014]S3、熔炼：将预热后的精铝及Al
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10Mn中间合金加入熔炼炉中，升温至680～700℃使其完全熔化；然后保持炉温680～700℃温度下加入Si，待Si完全融化搅拌2～3min；随后添加Mg、Zn，用漏勺将其压入熔体液面以下使其充分熔化，缓慢搅拌2～3min；
[0015]S4、细化：将熔体升温至730～740℃时加入Al
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5Ti
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1B中间合金，搅拌3～4min，静置10～20min；
[0016]S5、精炼：将熔体温度降至700～730℃时向熔体中通入氩气进行精炼，氩气流速控制在1～3L/min；精炼20～30min后静置20～30min，撇除熔体表面的浮渣；
[0017]S6、变质：控制熔体温度在720～730℃时加入Al
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10Sr中间合金，待其熔化后搅拌，静置后撇除熔体表面的浮渣；
[0018]S7、重力浇注：将步骤S6后的熔融金属液在725～735℃的温度下浇注到预热至200℃的金属型模具中，完成铸件生产。
[0019]所述重力铸造用免热处理高强铝硅系合金的制备方法，优选的技术要求内容是：
[0020]所述重力铸造用免热处理高强铝硅系合金的制备方法满足下述要求之一或其组合：
[0021]其一，在步骤S1中备料时，所选用的A100精铝要求为纯度＞99.9wt％、工业纯Mg的纯度＞99.9wt％的、锌锭的纯度＞99.9wt％；
[0022]其二，使用铸铁坩埚进行熔体熔炼时，要求预先在坩埚内部均匀涂刷ZnO涂料，涂料厚度控制在1～3mm；
[0023]其三，在步骤S2中，将铸铁坩埚、除渣等工具和各种原材料进行预热的要求是：在250℃下预热2小时；
[0024]其四，在步骤S4中，熔体在制备过程中采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重力铸造用免热处理高强铝硅系合金，其特征在于，所述重力铸造用免热处理高强铝硅系合金中各组成成分及其重量百分比分别为：Si：7wt％
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10.5wt％、Mg：0.3wt％
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1.5wt％、Mn：0.6wt％
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1.2wt％、Zn：0.5wt％
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1.5wt％、Ti：0.05wt％
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0.25wt％、Sr：0.05wt％
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0.1wt％；其他杂质总量和≤0.4wt％，余量为Al。2.权利要求1所述重力铸造用免热处理高强铝硅系合金的制备方法，其特征在于：所述免热处理高强铝硅合金制备时包括如下步骤：S1、备料：合金元素按照重量百分比进行配料；其中：合金材料要求为A100精铝、工业纯Mg、单晶硅Si、锌锭、Al
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10wt％Mn中间合金、Al
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10wt％Sr中间合金以及Al
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5wt％Ti
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1wt％B中间合金；S2、熔炼前处理：熔炼采用铸铁坩埚，且在熔炼前要求将铸铁坩埚和金属型内浇道清理干净，同时将铸铁坩埚、工具和各种原材料进行预热；在250℃下预热2小时；S3、熔炼：将预热后的精铝及Al
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10Mn中间合金加入熔炼炉中，升温至680～700℃使其完全熔化；然后保持炉温680～700℃温度下加入Si，待Si完全融化搅拌2～3min；随后添加Mg、Zn，用漏勺将其压入熔体液面以下使其充分熔化，缓慢搅拌2～3min；S4、细化：将熔体升温至730～740℃时加入Al
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5Ti
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1B中间合金，搅拌3～4min，静置10～20min；S5、精炼：将熔体温度降至700～730℃时向熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李笑，常博文，李宇飞，冯志军，李泽华，安如爽，辛仕伟，刘志中，
申请(专利权)人：沈阳铸研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：