一种高强韧铸造铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强韧铸造铝合金材料及其制备方法。所述该铝合金中各组分的重量百分比为：Zn 3.0

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧铸造铝合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料类
，具体涉及一种高强韧铸造铝合金材料及其制备方法，尤其是一种适用于金属型或砂型重力铸造或低压铸造的高强韧铸造铝合金材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着全世界汽车行业的腾飞，资源及环境问题日益突出，各国均对汽车工业提出了节能减排的迫切要求。根据相关推算，汽车自重每降低10％，油耗可减少5.5％，燃料经济性可提高3
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5％，污染排放降低约10％。铝合金因具有较高的比强度、比刚度高、耐腐蚀性、抗冲击性、耐磨性、导电及导热性能，且易于加工和回收，已成为汽车轻量化的重点研究对象。铸造铝合金已广泛应用于汽车工业，在降低能耗及减少环境污染等方面效果显著。然而，重力铸造或低压铸造铝合金由于其强韧性等力学性能较低，如ZL101、ZL114等传统铸造铝合金，难以满足现代汽车大载荷、大冲击等高性能使用要求。因此，提高铸造铝合金的综合力学性能是当前汽车等轻量化发展的迫切要求。
[0003]中国专利CN115786787A公布了一种高强韧Al
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Cu系铸造铝合金及其制备方法，所述高强韧Al
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Cu系铸造铝合金的化学成分按质量百分数计包括如下元素：Cu 4.6
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5.3％；Mn 0.45
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0.55％；Mg 0.42
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0.55％；Zr 0.05
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0.15％；Ti 0.15
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0.25％；B 0.001<br/>‑
0.02％。专利技术合金的室温屈服强度≥320MPa，抗拉强度≥450MPa，伸长率≥10％。然而，该铸造合金的Cu含量较高，结晶温度比较宽使得该合金的铸造性能比较差，尤其在大径厚比铸件的铸造过程中，容易产生偏析、缩松、热裂等铸造缺陷，成品合格率低。
[0004]中国专利CN102127665A公布了一种可作为超高强铸造铝合金使用的Al
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Zn
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Mg
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Cu
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Sc
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Zr
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RE合金及其制备方法，合金的化学成分按质量百分数计包括如下元素：Zn 7.0
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8.0％，Mg 1.5
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2.5％，Cu 1.4
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2.0％；Mn 0.2
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0.5％；Sc 0.15
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0.25％；Zr 0.10
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0.20％；Er和/或Yb 0.1
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0.3％，余为Al。该铸造合金的合金元素量过高，尤其是锌，使合金铸造性较差，需要通过长时变温均匀化、强化固溶处理和时效处理才能获得较高的强韧性能，工艺较为复杂，不适用于工业批量生产。
[0005]随着轻量化战略的越来越深入，对车身结构件用压铸铝合金的性能要求越来越高。例如，某汽车公司提出车身结构件管梁、均衡梁用铸造铝合金的性能需要满足屈服强度&gt;400MPa，延伸率&gt;6％，且希望铸件拥有较好的铸造性能，适用于批量生产。而目前现有的铸造铝合金中，很难找到合适的材料。因此，开发一种适用于金属型或砂型重力铸造或低压铸造铝合金，并研究其制备与工艺，以满足汽车行业日益提高的优质高性能铝合金铸件的实际使用要求，成为铝合金铸造领域追求的目标之一。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种高强韧铸造铝合金材料及其制备方法，具体涉及一种适用于金属型或砂型重力铸造和低压铸造的Al
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Zn
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Mg
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Cu铝合
金材料及其制备方法。在保证合金具备良好铸造性能的前提下，还具有优异的综合力学性能，从而满足车身结构件的性能要求。
[0007]本专利技术铝合金中各组分的重量百分比为：Zn：3.0
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5.0wt.％；Mg：3.0
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5.0wt.％；Cu：0.8
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1.2wt.％；Mn：0.2
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0.4wt％；Zr：0.005
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0.20wt.％；稀土元素RE：0.005
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0.20wt.％；Ti：0.01
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0.20wt.％；B：0.01
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0.20wt.％，余量为Al，其他杂质总量和≤0.30wt.％；所述Zr元素与所述RE元素添加量的质量比为1：1；所述稀土元素为Sc、Er、Ce、Y、La中的一种或多种的组合。该合金经固溶和时效处理后，室温综合性能优越，并且可实现良好的铸造性能，满足了轻量化产业中复杂结构件的应用需求。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术提供了一种高强韧铸造铝合金材料，由以质量百分数计的如下元素组成：Zn3.0
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5.0wt.％，Mg 3.0
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5.0wt.％，Cu 0.8
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1.2wt.％，Mn 0.2
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0.4wt％，Ti 0.005
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0.20wt.％，B0.005
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0.20wt.％，余量为Al；其他杂质总量和≤0.30wt.％。
[0010]所述铸造Al
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Zn
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Mg
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Cu合金为可热处理强化合金，其中的Zn和Mg是共同构成强化相的主要元素。Zn与Mg总添加量为铝合金总质量的6
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10％，过低会使合金强度不足，过高会导致合金的铸造性能急剧下降。Cu元素的加入可以提高析出相的弥散程度，提高合金的强度和塑性；所述Cu元素为铝合金总质量的0.8
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1.2％，Cu含量过高会形成过剩相S
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Al2CuMg相，使合金的力学性能降低。Mn元素可以与Fe、Si等形成第二相，降低基体中杂质元素的含量；所述Mn元素为铝合金总质量的0.2
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0.4％，Mn含量过高会形成块状过剩相Al6Mn相，降低合金塑性。
[0011]优选的，所述Ti和B元素含量均为铝合金总质量的0.005
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0.20％，优选为0.01
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0.20wt.％。此元素来源自铝合金细化剂Al
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Ti
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B合金，该中间合金延长了形核质点在铝熔体中的存在时间，改善了颗粒的沉降行为，能够显著细化铸锭晶粒。
[0012]优选的，所述高强韧铸造铝合金材料还包括Zr 0.005
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0.20wt.％。
[0013]优选的，所述高强韧铸造铝合金材料还包括稀土元素RE 0.005
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0.20wt.％；所述稀土元素包括Sc、Er、Ce、Y、La中的一种或多种的组合。
[0014]进一步优选的，所述Zr元素与RE元素的质量比为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧铸造铝合金材料，其特征在于，包括以质量百分数计的如下元素：Zn 3.0
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5.0wt.％，Mg 3.0
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5.0wt.％，Cu 0.8
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1.2wt.％，Mn 0.2
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0.4wt％，Ti 0.005
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0.20wt.％，B 0.005
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0.20wt.％，余量为Al；其他杂质总量和≤0.30wt.％。2.根据权利要求1所述的高强韧铸造铝合金材料，其特征在于，所述高强韧铸造铝合金材料还包括Zr 0.005
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0.20wt.％，稀土元素RE 0.005
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0.20wt.％；所述稀土元素包括Sc、Er、Ce、Y、La中的一种或多种的组合。3.根据权利要求2所述的高强韧铸造铝合金材料，其特征在于，所述Zr与RE元素的质量比为0.8
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1.2：1。4.一种如权利要求1或2所述的高强韧铸造铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，S1：熔炼合金，制备铝合金熔体；S2：对熔体进行铸造，得到铝合金毛坯铸件；S3：将铝合金毛坯铸件进行热处理，即得所述高强韧铸造铝合金材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述熔炼合金包括如下工艺：(1)备料：按各合金元素的重量百分比称取原料，预热；所述原料包括纯Al、纯Zn、纯Mg、Al
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Cu中间合金、Al
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Mn中间合金、Al
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Zr中间合金、Al
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RE中间合金、Al
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Ti
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B中间合金中的多种；(2)熔炼：合金中不包含Zr、稀土元素时，先将纯铝进行熔化，随后升温至730
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750℃，随后添加Al
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Mn和Al
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Cu中间合金进行熔化；熔化完毕后降温至700
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720℃，加入纯Zn，搅拌至熔清；随后待熔体降温至680
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695℃时，加入纯Mg，将其压入坩埚...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭立明，王一唱，袁灵洋，丁之光，王嘉诚，孙启才，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：