【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铸造铝合金，尤其涉及一种可再生耐热高疲劳铝硅合金及其制备方法，特别是涉及一种碳当量低、适合热机械耦合作用工况下的可再生耐热高疲劳铸造铝合金，具体涉及一种铸造铝合金及其制备方法和应用。
技术介绍
1、近年来，随着航空航天，汽车工业的发展，对节能减排的要求越来越严格。铝硅系铸造合金因其密度低、强度优异、铸造性能好、耐磨、导热等优点，在交通运输制造中得到了广泛的应用；其中，作为飞机、乘用车、商用车的底盘结构件和动力传输装置部分的各种发动机壳体，减速器壳体，附件传动壳体，越来越多由铝硅系铸造合金制造，以实现轻量化。然而，实践中，由于发动机面临着复杂、苛刻的工作环境，发动机功率密度越来越高，因此下一代制造发动机及传动装置的材料不仅需要承担高达250℃的服役温度，而且需要有良好的疲劳性能。
2、目前通常在al-si合金中加入mg和cu，通过形成mg2si、al2cu、q相及其亚稳相来改善常温力学性能，这些合金包括a356.2合金、a319合金、a380合金、zl114a合金、zl702a合金等；然而，这些合金在较高的服役温度下，强化相迅速变粗，高温强度显著下降。
3、同时，相对原生铝锭而言，较高杂质元素含量的可再生优质回收铝的平级使用乃至升级使用可大大降低碳排放，满足绿色低碳铝的发展方向。因此实现可再生铝的高效利用，提高铸造铝合金的热稳定性和疲劳性能迫在眉睫，但目前的铸造铝合金对于杂质元素例如杂质fe含量的要求较高，必须控制在较低水平，否则难以获得较好的力学性能，这给较高杂质元素含量的可再生优质回收铝的
4、例如专利技术专利申请cn114774741a公布了一种耐热铸造铝合金，所述杂质元素中fe不大于0.12%，其他杂质元素的总和不大于0.2%；一方面低杂质元素含量的要求限制了优质回收铝的使用，另一方面仅仅依靠增加al3zr，al3(zrv)纳米耐热相，耐热相种类单一。专利技术专利申请jp5344527b2添加fe，ni元素形成ε-al3ni，δ-al3cuni，γ-al7cu4ni，t-al9feni等富ni化合物提升合金高温性能，al-si合金中ni的存在中和了fe，降低了富铁β-al5fesi针状相形成的倾向，网状和半网状的分布状态虽然有利于合金的高温强度。但是，通过在ni和cu之间形成相，降低了α-al基体中的cu含量，从而减少了析出硬化，较大脆性相的存在，也不利于合金的疲劳强度。总体而言，现有公开的铸造铝硅合金尚不能满足耐热高疲劳要求，耐热相种类仍然比较单一，数密度较低，低杂质元素含量也限制了优质回收铝的使用。
5、此外，现有专利cn115261682b，其公开了一种铸造铝合金及制备方法，所述铝合金的基体中包括一种以上的亚微米级弥散相，所述铝合金的晶界上包括一种以上的微米级第二相，其中所述亚微米级弥散相的尺寸范围为20-1000nm，成分包括al、fe、mn、cr、zr、mo、ti、cu、ni、co、y、v、sc元素中的任意两种以上，所述亚微米级弥散相的数量密度在1015-1020/m3范围内；所述微米级第二相的尺寸范围为1-20μm之间，成分包括al、fe、mn、cr、zr、mo、ti、cu、ni、co、y、v、sc元素中的任意两种以上；铝合金的成分包括：si 4-17%、mg 0.1-1%、fe 0.1-0.5%、mn 0.1-0.5%、cr 0.1-0.5%、zr 0.1-0.5%、mo 0.1-0.5%、ti 0.1-0.5%、cu0.1-2%、ni 0.1-1%、co 0.1-0.5%、y 0.1-0.5%、v 0.1-0.5%、sc 0.1-0.5%，其余为al。该专利提示可以使铝合金具有非剪切强化相及高疲劳性能，但是，参见其配方可知，第一、其配方成分复杂，具有至少15种合金成分，成分的复杂导致该合金的工艺窗口较窄，尤其对于砂型铸件和厚大部位，由于冷却速度较慢，易形成初生多元金属间化合物，从而损害合金性能；第二、其还必须含有较昂贵的金属诸如镍，成本较高；第三，其必须包括多种昂贵的稀土元素搭配使用，可见，该专利中的铸造铝合金不仅制备成本较贵，而且配方复杂，不利于工业化应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种改进的能够兼具配方简单、对杂质元素尤其是铁的容忍度高、低热裂性和具有耐热高疲劳特性的铸造铝合金，不仅可以满足大量存在的优质回收铝合金的平级乃至升级使用，自身也可循环使用，减少碳排放，而且还可以在较高服役温度下使用。
2、本专利技术同时还提供了一种上述铸造铝合金的制备方法。
3、本专利技术同时还提供了一种采用上述铸造铝合金在制备汽车底盘结构件、发动机或传动器件中的应用，所述汽车底盘结构件、发动机或传动器件不仅可能需要承担高达250℃的服役温度，而且需要有良好的疲劳性能，本专利技术铸造铝合金可以满足。
4、为达到上述目的，本专利技术采用的一种技术方案是：
5、一种铸造铝合金，所述铸造铝合金包括al、si、cu、mg、mn、ti和不可避免的杂质，特别地，所述铸造铝合金还包括cr、sr和x1，所述x1为sn和/或in，所述杂质包含fe和除fe以外的其他杂质；
6、以质量百分含量计，所述铸造铝合金中：si 6.5%-8.5%、cu 0.5%-2.0%、mg 0.1%-0.5%、mn 0.05%-0.4%、cr 0.05%-0.3%、ti 0.05%-0.3%、sr 0.005%-0.04%，x1含有的元素的含量各自独立地为0.001%-0.2%，fe小于等于0.5%，除fe以外的其他杂质的总和不大于0.2%，调整al的含量使该铝合金的总量为100%；
7、在制备所述铸造铝合金的过程中，将各成分混合熔融后精炼，然后制成铝合金铸锭，对所述铝合金铸锭进行固溶处理、淬火冷却和时效处理；其中，所述固溶处理在250-550℃下且分多级处理进行，所述的多级处理之间的温度按照处理的先后顺序依次递增，所述的多级处理至少为三级处理，且所述的多级处理中的一级固溶处理在250-350℃下进行。
8、本专利技术提供的又一技术方案：一种铸造铝合金，所述铸造铝合金包括al、si、cu、mg、mn、ti和不可避免的杂质，特别地，所述铸造铝合金还包括cr和sr，所述杂质包含fe和除fe以外的其他杂质；
9、以质量百分含量计，所述铸造铝合金中：si 6.5%-8.5%、cu 0.5%-2.0%、mg 0.1%-0.5%、mn 0.05%-0.4%、cr 0.05%-0.3%、ti 0.05%-0.3%、sr 0.005%-0.04%，fe小于等于0.5%，除fe以外的其他杂质的总和不大于0.2%，调整al的含量使该铝合金的总量为100%；
10、在制备所述铸造铝合金的过程中，将各成分混合熔融后精炼，然后制成铝合金铸锭，对所述铝合金铸锭进行固溶处理、淬火冷却和时效处理；其中，所述固溶处理在250-550℃下且分多级处理进行，所述的多级处理之本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铸造铝合金，所述铸造铝合金包括Al、Si、Cu、Mg、Mn、Ti和不可避免的杂质，其特征在于，所述铸造铝合金还包括Cr、Sr和X1，所述X1为Sn和/或In，所述杂质包含Fe和除Fe以外的其他杂质；
2.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金中，Cu的添加量与Mg的添加量的比值为1.2-6。
3.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述铸造铝合金中，Mg占0.25%-0.5%。
4.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述铸造铝合金中，Fe占0.1%-0.5%。
5.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金的合金组织中针状的β-Fe相占Fe相总面积的5%以下。
6.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，在进行所述固溶处理时，含Cu相、含Mg相分别溶入合金组织的α-Al基体中，在时效处理过程中析出Q′亚稳相；
7.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金还包括Zr，在所述固溶处理之后且未进行
8.根据权利要求7所述的铸造铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述铸造铝合金中，Zr占0.05%-0.3%。
9.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金还包括X2，所述X2为选自Mo、V、Y和Er中的一种或多种的组合。
10.根据权利要求9所述的铸造铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述铸造铝合金中，所述X2含有的元素的含量各自独立地为0.01%-0.3%。
11.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述固溶处理在250-540℃下进行。
12.根据权利要求11所述的铸造铝合金，其特征在于，所述固溶处理包括依次进行的如下工序：
13.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金在700℃下的充型长度在645mm以上。
14.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述时效处理之后，所述铸造铝合金在室温下的抗拉强度在360MPa以上，断后伸长率在7.5%以上。
15.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述时效处理之后，在测试条件为：光滑试样，应力比R为-1，循环1000万次，所述铸造铝合金的疲劳强度达到100MPa以上。
16.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述淬火冷却为在30s内置于水中冷却至室温。
17.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金中，包括Al在内的部分组分通过添加回收铝合金进行加料，所述回收铝合金为选自Al-Si-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Cu-Mg合金、Al-Mn合金中的一种或多种的组合。
18.一种铸造铝合金，所述铸造铝合金包括Al、Si、Cu、Mg、Mn、Ti和不可避免的杂质，其特征在于，所述铸造铝合金还包括Cr和Sr，所述杂质包含Fe和除Fe以外的其他杂质；
19.一种权利要求1-18中任一项所述的铸造铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
20.一种权利要求1-18中任一项所述的铸造铝合金在制备汽车底盘结构件、发动机或传动器件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种铸造铝合金，所述铸造铝合金包括al、si、cu、mg、mn、ti和不可避免的杂质，其特征在于，所述铸造铝合金还包括cr、sr和x1，所述x1为sn和/或in，所述杂质包含fe和除fe以外的其他杂质；
2.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金中，cu的添加量与mg的添加量的比值为1.2-6。
3.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述铸造铝合金中，mg占0.25%-0.5%。
4.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述铸造铝合金中，fe占0.1%-0.5%。
5.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金的合金组织中针状的β-fe相占fe相总面积的5%以下。
6.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，在进行所述固溶处理时，含cu相、含mg相分别溶入合金组织的α-al基体中，在时效处理过程中析出q′亚稳相；
7.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金还包括zr，在所述固溶处理之后且未进行所述时效处理之前，中间体的合金组织包括(al,si)3(zr,ti)弥散相。
8.根据权利要求7所述的铸造铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述铸造铝合金中，zr占0.05%-0.3%。
9.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，所述铸造铝合金还包括x2，所述x2为选自mo、v、y和er中的一种或多种的组合。
10.根据权利要求9所述的铸造铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述铸造铝合金中，所述x2含有的元素的含量各自独立...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈来，梁帅，朱慧颖，陈小村，张海，李震，王东涛，李振宇，闫炫杰，周威虎，张波，
申请(专利权)人：魏桥苏州轻量化研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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