一种真空一体化压铸用高强韧免热铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于铝合金材料技术领域，涉及一种真空一体化压铸用高强韧免热铝合金及其制备方法，所述铝合金包含：硅6.0～9.0wt％，锌4.0～6.0wt％，镁0.1～0.2wt％，锰0.2～0.3wt％，铁0.2

【技术实现步骤摘要】
一种真空一体化压铸用高强韧免热铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铝合金材料
，尤其涉及一种真空一体化压铸用高强韧免热铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]轻量化是汽车行业发展的大趋势。车身常用轻质材料主要有超高强钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料、塑料等。其中，铝合金成本相对较低、性能优良、密度小、耐腐蚀、导热性能佳、比强度高、熔点低，是汽车轻量化的首选材料。
[0003]目前，壳体、散热类的轻量化替代早已由压铸铝合金完成，底盘零部件的主流材质仍然为铸铁和冲压钢材，铝合金是最重要的轻量化替代材质。铝合金铸件尤其是压铸件，越来越向着大型化、复杂化、一体化的方向发展，一体化压铸在特斯拉等新能源车企的引领下，开发和应用进程日趋加速。特斯拉一体化压铸后地板、前机舱已经在Model Y上批量应用，下车体及整个白车身一体化压铸的开发工作也在规划开发之中。
[0004]汽车大型结构件对铝合金材料的性能提出了新的要求，要求在非热处理条件下即可获得高的强度，另外出于自冲铆接(SPF)等连接技术的要求，或者出于耐冲击性能的要求，对材料的延伸率也提出了更高的要求。传统的压铸铝合金，如YL102强韧性均不能满足要求；YL101、YL104强度尚可，韧性无法满足要求；YL112、YL113为Al
‑
Si
‑
Cu系合金，加入了2
‑
4％的铜元素，强度稍显不足，韧性无法满足要求，而且材料成本大幅上升，主要用于耐热铸件的使用；YL302为Al
‑<br/>Mg系铸造铝合金，铸造性能偏差，无法满足铝合金压铸件日趋大型化、复杂化、一体化的趋势。
[0005]此外，需要特别指出的是：在Al
‑
Si合金中，一般是将Cu、Mg、Mn作为主合金元素，将Zn作为杂质元素进行控制，这是因为含Zn量较低时，强化效果并不明显，而含Zn量过高时，会使合金热裂性增加，耐腐蚀性能降低。
[0006]如CN115961183A公开了一种免热处理高强韧压铸铝合金及其制备方法与制品，包括下述质量百分比含量的组分：7.0～10.0wt.％的硅，不大于0.05wt.％的铜，不大于0.4wt.％的镁，0.3～0.7wt.％的锰，不大于0.2wt.％的铁，不大于0.07wt.％的锌，不大于0.2wt.％的钛，0.015～0.03wt.％的锶，0.01～0.1wt.％的钒，0.01～0.1wt.％的锆，其他不可避免的杂质元素单个不大于0.05wt.％，其他不可避免的杂质元素总和不大于0.25wt.％，其余为铝。抗拉强度为270～300MPa，屈服强度120～150MPa，伸长率为12～17％。
[0007]CN116200635A公开的低碳免热处理的高压铸造铝合金包括：6.0～7.5重量％的硅；0.15～0.3重量％的铁；0.02～0.1重量％的铜；0.02～0.15重量％的锌；0.4～0.6重量％的锰；0.02～0.15重量％的铬；0.1～0.4重量％的镁；0.02～0.1重量％的钒；0.02～0.1重量％的钛；0.01～0.03重量％的镓；0.01～0.03重量％的锶；0.02～0.3重量％的稀土单个杂质元素最多0.03重量％，其余为铝。
[0008]以上专利虽然也能达到一体化压铸铝合金对延伸率及强度的要求，但是铁含量及
锌含量上限偏低，导致不能或者只能加入较少比例的再生废料，不利于减碳减排；加入了钒、稀土等较贵重的金属元素，导致成本偏高，且不利于循环回收利用。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种真空一体化压铸用高强韧免热铝合金及其制备方法，解决现有的免热处理铝合金无法添加较高比例再生废料，不利于减碳减排的问题；添加较多贵重金属元素，成本偏高，且不利于循环回收利用的问题。
[0010]针对汽车大型结构件尺寸大、结构复杂、强韧性要求高，且难以热处理的特点，本专利技术提出了一种真空一体化压铸用高强韧免热铝合金，该合金属于Al
‑
Si
‑
Zn
‑
Mg系，其由以下质量百分比的组分组成：
[0011]硅6.0～9.0wt％，锌4.0～6.0wt％，镁0.1～0.2wt％，锰0.2～0.3wt％，铁0.2
‑
0.42wt％，锶0.01～0.04wt％，铬0.1
‑
0.3wt％，铜≤0.6wt％，其余为铝和不可避免的微量杂质，其中微量杂质的单个元素的含量≤0.05wt％，且微量杂质的总量≤0.15wt％。
[0012]本专利技术根据材料的特点和铸造、加工要求，合理控制各元素范围，严格控制主要合金元素配比，特别时Zn/Mg比和Mn/Fe比。
[0013]Si是本专利技术高强韧免热铝合金中的第一主要合金化元素，含量控制在6.0
‑
9.0wt％，保证合金良好充型能力的同时，兼顾强韧性。含硅量低于6.0wt％时，合金强度未达峰值区域，且合金铸造性能偏差；含硅量高于9.0wt％时，强度增加有限，韧性降速增加。优选地，硅的含量为6.4～8.2wt％，进一步优选6.4～7.5wt％。
[0014]在本专利技术中，将Zn做为Al
‑
Si合金的主合金化元素，通过控制合理的添加比例，既能保证其固溶强化效果，同时将其负面作用控制在一定范围之内。
[0015]具体地，Zn是本专利技术高强韧免热铝合金中的第二主要合金化元素，含量控制在4.0
‑
6.0wt％。Zn在Al中固溶度高，固溶强化效果明显；含Zn的α固溶体很稳定，在铸造冷却过程中不发生分解；含Zn铝合金可通过人工或自热时效进一步提高性能；提高合金致密性，利于脱模。Zn可以与Mg生成MgZnX多元强化相，其中X为Al，Si，Mn中的一种或两种以上，MgZnX多元强化相可以减弱Mg的扩散能力，阻碍Mg2Si相的连续析出，增加材料的强度，一定程度上提升材料的耐蚀性。Zn可以提高Cu的溶解度，使得更多的Cu溶解在a
‑
Al中，形成过饱和固溶体，提高材料的强度和塑性。优选地，锌的含量为4.4～5.92wt％，优选4.89～5.80wt％
[0016]Mg是本专利技术高强韧免热铝合金中的第三主要合金化元素，含量控制在0.1
‑
0.2wt％。Mg会与Si形成Mg2Si强化相，可以显著提高合金的室温强度，但是也会使合金的韧性显著降低；Zn/Mg比合适时，Mg还会与Zn形成MgZnX多元强化相，MgZnX多元强化相与Mg2Si相相比，强化效果更佳显著，对韧性的负面影响偏低。在本专利技术中，考虑到真空一体化压铸高冷速、铸造缺陷少的特点，将Mg含量控制在0.1～0.2wt％的范围，将Zn/Mg比控制在20
‑
60，优选27
‑
54，含Mg铸造Al
‑
Si合金具备通过热处理或自然时效进一步提高其力学性能的潜力。
[0017]Mn是本专利技术高强韧免热铝合金中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空一体化压铸用高强韧免热铝合金，其特征在于，相对于所述铝合金的总重量计，包含：硅6.0～9.0wt％，锌4.0～6.0wt％，镁0.1～0.2wt％，锰0.2～0.3wt％，铁0.2
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0.42wt％，锶0.01～0.04wt％，铬0.1
‑
0.3wt％，铜≤0.6wt％，微量杂质的单个元素的含量≤0.05wt％，且微量杂质的总量≤0.15wt％，余量为铝和不可避免的杂质，其中锰和铁的重量比为0.5
‑
1.0，锌和镁的重量比为20
‑
60，Mg与Zn形成MgZnX多元强化相，其中X为Al，Si，Mn中的一种或两种以上。2.根据权利要求1所述的免热铝合金，其特征在于，锌的重量百分含量为4.89～5.92wt％。3.根据权利要求2所述的免热铝合金，其特征在于，锌和镁的重量比为27
‑
54。4.根据权利要求3所述的免热铝合金，其特征在于，锰和铁的重量比为0.6
‑
0.9。5.根据权利要求1所述的免热铝合金，其特征在于，相对于所述铝合金的总重量计，包含：硅6.40～7.34wt％，锌4.89～5.92wt％，镁0.11～0.18wt％，锰0.22～0.29wt％，铁0.30
‑
0.42wt％，锶0.021～0.030wt％，铬0.11
‑
0.12wt％，铜≤0.6wt％，微量杂质的单个...

【专利技术属性】
技术研发人员：田战峰，葛素静，苑高利，霍臣明，李雪科，张祎程，
申请(专利权)人：河北新立中有色金属集团有限公司，
类型：发明
国别省市：