一种高性能铸造铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高性能铸造铝合金材料，其各元素构成及其各自的重量百分比分别为：

【技术实现步骤摘要】
一种高性能铸造铝合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高性能轻质结构铝合金材料及铸造
，特别涉及一种
Al
‑
Si
‑
Cu
‑
Mg
系高性能铸造铝合金材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]铝合金铸件具有重量轻
、
高比强度和低膨胀系数等优良特性，被广泛应用于汽车工业
、
航空航天等领域
。
目前，随着我国国防装备
、
航空航天等领域对铸件高强度
、
轻量化和低成本的不断需求，市场迫切希望获得一种新的高强度
、
铸造性能优异的铸造铝合金材料
。
[0003]目前国内广泛应用的
Al
‑
Cu
系合金强度在
400MPa
级别，但铸造性能差，无法用于一些高质量复杂铸件的生产，
Al
‑
Si
系合金普遍在
300MPa
级别，铸造性能优异，但强度较低，
Al
‑
Si
‑
Cu
‑
Mg
系铸造合金兼具
Al
‑
Si
系合金优异的铸造性和
Al
‑
Cu
系合金高强度等优点，在国防装备和航空航天领域中具有广阔的应用前景，如火箭的壳体
、
尾罩和发动机的气缸体
、/>气缸盖等
。
但目前其在国内的应用仍不如
ZL114A、ZL201A
和
ZL205A
等合金广泛，尤其是在高质量复杂铸件上，主要原因是其力学性能仍无法达到工程化应用要求，高性能铸造铝合金材料已成为我国新型高端装备领域的急需
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种高性能铸造铝合金材料及其制备方法，并采用本制备方法得到的
A1
‑
Si
‑
Cu
‑
Mg
合金能够获得优异的强度和延伸率匹配，且远超过现有车辆
、
航空航天和高端装备零部件用
A1
‑
Si
系合金的性能标准
。
以满足我国高端装备领域对高性能铸造铝合金材料的需求，提升我国新一代高端装备铝合金铸件产品的内部质量和综合力学性能
。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种高性能铸造铝合金材料，其特征在于：所述高性能铸造铝合金材料的各元素构成及其各自的重量百分比分别为：
Si
：
7.0
～
10.0wt.
％，
Cu
：
0.5
～
3.0wt.
％，
Mg
：
0.10
～
0.75wt.
％，稀土元素
RE
：0～
0.50wt.
％，
Ti
：
0.05
～
0.30wt.
％，
Sr
：
0.005
～
0.20wt.
％，
B
：
0.01
～
0.20wt.
％，杂质元素总量：＜
0.1wt.
％，余量为铝
。
[0007]Si
的作用是形成大量弥散分布的共晶
Si
相，
Cu、Mg
是主要的强化元素，形成大量
θ
、Q
强化相，稀土元素
RE
和
Ti、B
能有效细化晶粒组织，
Sr
元素具有高效的变质作用，能将共晶
Si
相由粗大板片状变质为细小纤维状，提高合金力学性能
。
[0008]优选的技术方案要求如下：
[0009]所述稀土元素
RE
是以
Al
‑
Ti
‑
RE
‑
B
中间合金形式加入
。
进一步优选：稀土元素
RE
为
Nb、La、Ce、Eu
中的至少一种或其某种组合
。
[0010]铝合金还含有以下各组元素中的至少一种，各元素按其重量百分比计满足下述要求：
Mn
：0～
0.8wt.
％，
V
：0～
0.5wt.
％，
Zr
：0～
0.7wt.
％
。
[0011]所述铝合金材料中
Cu
和
Mg
元素的质量比限定在
Cu/Mg
＝
3.5
～
7.5
之间
。
[0012]本专利技术通过调整合金中
Cu、Mg
元素的加入量配比，将
Cu
和
Mg
元素的质量比限定在
Cu/Mg
＝
3.5
～
7.5
之间，目的是控制组织中各二次相
(
θ
相
、Q
相等
)
的类型
、
大小和生成量，使其能在所述固溶处理工艺下完全固溶于基体中，相关材料模拟计算结果见图6，并在时效处理过程中形成
θ
、Q
相等多种均匀分布的析出强化相，可以有效阻碍组织中位错滑移，产生良好的沉淀强化效果，使得铸造铝合金的力学性能得到极大提高
。
但是当
Cu
和
Mg
元素的质量比
Cu/Mg
值太大时，会导致
Cu
元素在凝固过程中发生严重偏析，凝固组织中形成大量低熔点共晶
θ
‑
Al2Cu
相，在热处理时难以完全溶解且极易出现过烧组织，严重影响合金的力学性能；当
Cu
和
Mg
元素的质量比
Cu/Mg
值太小时，组织中会形成大量粗大的板块状
Q
相，如图4所示，这些大尺寸相在热处理过程中难以完全溶解，不仅会形成应力集中，严重割裂
α
‑
Al
基体，而且未溶解的
Q
相束缚了大量
Cu、Mg
溶质原子，会减少后续时效过程中沉淀析出相的析出，合金的时效强化效果减弱，导致合金性能降低
。
[0013]Al
‑
Ti
‑
RE
‑
B
中间合金中
Ti、Nb、La、B
等元素不仅可以抑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高性能铸造铝合金材料，其特征在于：所述高性能铸造铝合金材料的各元素构成及其各自的重量百分比分别为：
Si
：
7.0
～
10.0wt.
％，
Cu
：
0.5
～
3.0wt.
％，
Mg
：
0.10
～
0.75wt.
％，稀土元素
RE
：0～
0.50wt.
％，
Ti
：
0.05
～
0.30wt.
％，
Sr
：
0.005
～
0.20wt.
％，
B
：
0.01
～
0.20wt.
％，杂质元素总量：＜
0.1wt.
％，余量为铝
。2.
按照权利要求1所述高性能铸造铝合金材料，其特征在于，稀土元素
RE
是以
Al
‑
Ti
‑
RE
‑
B
中间合金形式加入
。3.
按照权利要求2所述高性能铸造铝合金材料，其特征在于，稀土元素
RE
为
Nb、La、Ce、Eu
中的至少一种或其某种组合
。4.
按照权利要求1所述高性能铸造铝合金材料，其特征在于，所述铝合金还含有以下各组元素中的至少一种，各元素按其重量百分比计满足下述要求：
Mn
：0～
0.8wt.
％，
V
：0～
0.5wt.
％，
Zr
：0～
0.7wt.
％
。5.
按照权利要求
1、3
或4所述高性能铸造铝合金材料，其特征在于，所述铝合金中
Cu
和
Mg
元素的质量比为
Cu/Mg
＝
3.5
～
7.5。6.
权利要求1所述高性能铸造铝合金材料的制备方法，其特征在于，其制备方法依次包括以下步骤内容：步骤1，配料：按所述高性能铸造铝合金材料中各元素的比例称取
Al
锭
、Mg
锭
、
单晶
Si、Al
‑
50Cu
中间合金
、Al
‑
10Sr
中间合金以及
Al
‑
Ti
‑
RE
‑
B
中间合金，将其进行烘干预热备用；步骤2，熔炼：熔炼炉通电后，随炉投入
Al
锭，
Al
锭熔化后，依次加入单晶
Si、Al
‑
50Cu
中间合金
、Al
‑
Ti
‑
RE
‑
B
中间合金和
Mg
锭，熔化完成后搅拌4～
8min
，最后加入
Al
‑
10Sr
中间合金，
Al
...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊俊杰，冯志军，李宇飞，辛仕伟，李泽华，刘家懿，
申请(专利权)人：沈阳铸研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：