CN112481528B - 一种汽车用高强度铸造铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝合金材料研究技术领域，公开了一种汽车用高强度铸造铝合金，调整硅铝合金中各元素含量，消除硅元素对于合金的不利影响，并且利用挤压铸造工艺，控制温度、压力等条件对于铸件微观组织以及力学性能的作用，该铸造过程显著的消除宏观缩孔以及微观缩松，细化晶粒，热处理过程中进一步强化了铸件的力学性能，显著提高了铸件的强度，抗拉强度达到375‑380MPa，伸长率达到12.7‑13.0%，硬度达到126‑128HB；本发明能够解决现有高硅铝合金在铸造过程中出现缩孔缩松、晶粒粗大等缺陷问题，可以制造出性状复杂的零件，零件表面质量高，工序简单、高效，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于铝合金材料研究技术领域，具体涉及一种汽车用高强度铸造铝合金。
背景技术
由于铝合金重量轻、强度高、韧性好，国内外的许多汽车零部件均采用铝合金材料制成。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶，铝合金及化学工业中已大量应用。铝及铝合金因其良好的物理、化学性能，在海洋工业、电力系统和航空等领域中得到了广泛应用。
随着汽车制造业的发展，铝合金材料的占比逐年增加。为了提高铝合金的耐磨性、耐热性，向合金中添加硅元素，有效的实现了该目的。然而，高硅铝合金(硅含量大于17％)由于硅含量较高，因此在铸造过程中易形成粗大的初生硅和共晶硅相。成型的零部件常会出现缩孔缩松，严重影响铸造零件的力学性能，无法制造出形状复杂的零部件。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种汽车用高强度铸造铝合金。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种汽车用高强度铸造铝合金，按照质量百分比计含有以下元素：Si占11-13%、Cu占3.7-4.0%、Zn占0.46-0.48%、Mg占0.08-0.10%、Mn占0.3-0.4%、V占0.06-0.08%、Zr占0.09-0.12%、Ti占0.06-0.08%、RE元素占0.02-0.03%、剩余为Al和不可避免的杂质；其中主要制备技术手段包括以下步骤：
（1）将合金制备原料置于电阻炉中进行熔炼：将各原料进行清洗除杂，烘干后，先加入Al、Mg，全部溶解后，再依次加入Ti、Cu、Zn、Mn、Zr，全部熔融后，最后加入V、RE元素和Si，待炉料全部熔化后，通入氩气进行精炼，精炼时间为11-13分钟，精炼后轻微搅拌，升温至810-817℃，静置5-8分钟后除渣；
（2）将精炼得到的合金熔体浇注到预热的模具型腔中，浇铸温度为745-755℃，进行挤压铸造，挤压设备为1000KN四柱液压机，初始挤压速度为0.018-0.020米/秒，压力为33-36MPa，保压时间为12-14秒，增大挤压速度为0.32-0.35米/秒，压力为68-70MPa，保压时间为15-18秒，完全凝固，得到铸件；
（3）对加工得到的铸件转移至260-265℃预热的热处理炉中进行固溶热处理：炉内升温速度为1.3-1.4℃/分钟，固溶处理温度为517-522℃，处理时间为3.0-3.5小时，固溶处理后进行水淬，水淬降温至25-30℃后转移至160-165℃的箱式电阻炉中进行人工时效处理6.0-7.0小时，时效处理后进行空冷，冷却至室温即可。
进一步的，步骤（1）所述氩气流量为8.0-8.2升/分钟
进一步的，步骤（2）所述模具型腔预热温度为235-240℃。
进一步的，步骤（3）所述水淬转移时间控制在10-15秒之间。
所述RE元素为Nd、Sm、Sc中的一种或几种。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有高硅铝合金在汽车零部件制造运用中存在的影响部件力学性能的缺陷问题，本发明提供了一种汽车用高强度铸造铝合金，调整硅铝合金中各元素含量，消除硅元素对于合金的不利影响，并且利用挤压铸造工艺，控制温度、压力等条件对于铸件微观组织以及力学性能的作用，该铸造过程显著的消除宏观缩孔以及微观缩松，细化晶粒，热处理过程中进一步强化了铸件的力学性能，显著提高了铸件的强度，抗拉强度达到375-380MPa，伸长率达到12.7-13.0%，硬度达到126-128HB；本发明能够解决现有高硅铝合金在铸造过程中出现缩孔缩松、晶粒粗大等缺陷问题，可以制造出性状复杂的零件，零件表面质量高，工序简单、高效，降低了生产成本。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种汽车用高强度铸造铝合金，按照质量百分比计含有以下元素：Si占11%、Cu占3.7%、Zn占0.46%、Mg占0.08%、Mn占0.3%、V占0.06%、Zr占0.09%、Ti占0.06%、RE元素占0.02%、剩余为Al和不可避免的杂质；其中主要制备技术手段包括以下步骤：
（1）将合金制备原料置于电阻炉中进行熔炼：将各原料进行清洗除杂，烘干后，先加入Al、Mg，全部溶解后，再依次加入Ti、Cu、Zn、Mn、Zr，全部熔融后，最后加入V、RE元素和Si，待炉料全部熔化后，通入氩气进行精炼，精炼时间为11分钟，精炼后轻微搅拌，升温至810℃，静置5分钟后除渣；
（2）将精炼得到的合金熔体浇注到预热的模具型腔中，浇铸温度为745℃，进行挤压铸造，挤压设备为1000KN四柱液压机，初始挤压速度为0.018米/秒，压力为33MPa，保压时间为12秒，增大挤压速度为0.32米/秒，压力为68MPa，保压时间为15秒，完全凝固，得到铸件；
（3）对加工得到的铸件转移至260℃预热的热处理炉中进行固溶热处理：炉内升温速度为1.3℃/分钟，固溶处理温度为517℃，处理时间为3.0小时，固溶处理后进行水淬，水淬降温至25℃后转移至160℃的箱式电阻炉中进行人工时效处理6.0小时，时效处理后进行空冷，冷却至室温即可。
进一步的，步骤（1）所述氩气流量为8.0升/分钟
进一步的，步骤（2）所述模具型腔预热温度为235℃。
进一步的，步骤（3）所述水淬转移时间控制在10-15秒之间。
所述RE元素为Nd。
按照实施例1的方法制备铝合金，性能测试按照GB/T 228-2002的标准加工成拉伸试样，测试按照标准方法在万能材料试验机上进行，拉伸速度为1.0毫米/分钟，硬度测定按照GB231的标准规定在布洛维氏硬机上进行硬度试验，实验结果均取5个试样的平均值，结果测得：抗拉强度达到376MPa，伸长率达到12.7%，硬度达到126HB。
实施例2
一种汽车用高强度铸造铝合金，按照质量百分比计含有以下元素：Si占12%、Cu占3.8%、Zn占0.47%、Mg占0.09%、Mn占0.35%、V占0.07%、Zr占0.10%、Ti占0.07%、RE元素占0.025%、剩余为Al和不可避免的杂质；其中主要制备技术手段包括以下步骤：
（1）将合金制备原料置于电阻炉中进行熔炼：将各原料进行清洗除杂，烘干后，先加入Al、Mg，全部溶解后，再依次加入Ti、Cu、Zn、Mn、Zr，全部熔融后，最后加入V、RE元素和Si，待炉料全部熔化后，通入氩气进行精炼，精炼时间为11-13分钟，精炼后轻微搅拌，升温至813℃，静置6.5分钟后除渣；
（2）将精炼得到的合金熔体浇注到预热的模具型腔中，浇铸温度为750℃，进行挤压铸造，挤压设备为1000KN四柱液压机，初始挤压速度为0.019米/秒，压力为34MPa，保压时间为13秒，增大挤压速度为0.33米/秒，压力为69MPa，保压时间为16秒，完全凝固，得到铸件；
（3）对加工得到的铸件转移至263℃预热的热处理炉中进行固溶热处理：炉内升温速度为1.35℃/分钟，固溶处理温度为519℃，处理时间为3.3小时，固溶处理后进行水淬，水淬降温至28℃后转移至163℃的箱式电阻炉中进行人工时效处理6.5小时，时效处理后进行空冷，冷却至室温即可。
进一步的，步骤（1）所述氩气流量为8.1升/分钟
进一步的，步骤（2）所述模具型腔预热温度为238℃。
进一步的，步骤（3）所述水淬转移时间控制在10-15秒之间。
所述RE元素为Sm。
按照实施例2的方法制备铝合金，性能测试按照GB/T 228-2002的标准加工成拉伸试样，测试按照标准方法在万能材料试验机上进行，拉伸速度为1.0毫米/分钟，硬度测定按照GB231的标准规定在布洛维氏硬机上进行硬度试验，实验结果均取5个试样的平均值，结果测得：抗拉强度达到380MPa，伸长率达到13.0%，硬度达到128HB。
实施例3
一种汽车用高强度铸造铝合金，按照质量百分比计含有以下元素：Si占13%、Cu占4.0%、Zn占0.48%、Mg占0.10%、Mn占0.4%、V占0.08%、Zr占0.12%、Ti占0.08%、RE元素占0.03%、剩余为Al和不可避免的杂质；其中主要制备技术手段包括以下步骤：
（1）将合金制备原料置于电阻炉中进行熔炼：将各原料进行清洗除杂，烘干后，先加入Al、Mg，全部溶解后，再依次加入Ti、Cu、Zn、Mn、Zr，全部熔融后，最后加入V、RE元素和Si，待炉料全部熔化后，通入氩气进行精炼，精炼时间为13分钟，精炼后轻微搅拌，升温至817℃，静置8分钟后除渣；
（2）将精炼得到的合金熔体浇注到预热的模具型腔中，浇铸温度为755℃，进行挤压铸造，挤压设备为1000KN四柱液压机，初始挤压速度为0.020米/秒，压力为36MPa，保压时间为14秒，增大挤压速度为0.35米/秒，压力为70MPa，保压时间为18秒，完全凝固，得到铸件；
（3）对加工得到的铸件转移至265℃预热的热处理炉中进行固溶热处理：炉内升温速度为1.4℃/分钟，固溶处理温度为522℃，处理时间为3.5小时，固溶处理后进行水淬，水淬降温至30℃后转移至165℃的箱式电阻炉中进行人工时效处理7.0小时，时效处理后进行空冷，冷却至室温即可。
进一步的，步骤（1）所述氩气流量为8.2升/分钟
进一步的，步骤（2）所述模具型腔预热温度为240℃。
进一步的，步骤（3）所述水淬转移时间控制在10-15秒之间。
所述RE元素为Sc。
按照实施例3的方法制备铝合金，性能测试按照GB/T 228-2002的标准加工成拉伸试样，测试按照标准方法在万能材料试验机上进行，拉伸速度为1.0毫米/分钟，硬度测定按照GB231的标准规定在布洛维氏硬机上进行硬度试验，实验结果均取5个试样的平均值，结果测得：抗拉强度达到376MPa，伸长率达到12.8%，硬度达到126HB。
对照组
按照中国发明专利号为CN200810068828.5发明名称为一种高硅铝合金的熔炼方法公开的高硅铝合金制备方法制备铝合金铸件，性能测试按照GB/T 228-2002的标准加工成拉伸试样，测试按照标准方法在万能材料试验机上进行，拉伸速度为1.0毫米/分钟，硬度测定按照GB231的标准规定在布洛维氏硬机上进行硬度试验，实验结果均取5个试样的平均值，结果测得：抗拉强度为238MPa，伸长率为6.6%，硬度为79HB。
Claims (5)
1.一种汽车用高强度铸造铝合金，其特征在于，按照质量百分比计含有以下元素：Si占12-13%、Cu占3.7-4.0%、Zn占0.46-0.48%、Mg占0.08-0.10%、Mn占0.3-0.4%、V占0.06-0.08%、Zr占0.09%、Ti占0.06-0.08%、RE元素占0.02-0.03%、剩余为Al和不可避免的杂质；制备方法包括以下步骤：
（1）将合金制备原料置于电阻炉中进行熔炼：将各原料进行清洗除杂，烘干后，先加入Al、Mg，全部溶解后，再依次加入Ti、Cu、Zn、Mn、Zr，全部熔融后，最后加入V、RE元素和Si，待炉料全部熔化后，通入氩气进行精炼，精炼时间为11-13分钟，精炼后轻微搅拌，升温至810-817℃，静置5-8分钟后除渣；
（2）将精炼得到的合金熔体浇注到预热的模具型腔中，浇注温度为745-755℃，进行挤压铸造，挤压设备为1000KN四柱液压机，初始挤压速度为0.018-0.020米/秒，压力为33-36MPa，保压时间为12-14秒，增大挤压速度为0.32-0.35米/秒，压力为68-70MPa，保压时间为15-18秒，完全凝固，得到铸件；
（3）对加工得到的铸件转移至预热的热处理炉中进行固溶热处理：炉内升温速度为1.3-1.4℃/分钟，固溶处理温度为517-522℃，处理时间为3.0-3.5小时，固溶处理后进行水淬，水淬降温至25-30℃后转移至160-165℃的箱式电阻炉中进行人工时效处理6.0-7.0小时，时效处理后进行空冷，冷却至室温即可；
所述RE元素为Nd、Sm、Sc中的一种或几种。
2.如权利要求1所述一种汽车用高强度铸造铝合金，其特征在于，步骤（1）所述氩气流量为8.0-8.2升/分钟。
3.如权利要求1所述一种汽车用高强度铸造铝合金，其特征在于，步骤（2）所述模具型腔预热温度为235-240℃。
4.如权利要求1所述一种汽车用高强度铸造铝合金，其特征在于，步骤（3）所述预热的热处理炉预热温度为260-265℃。
5.如权利要求1所述一种汽车用高强度铸造铝合金，其特征在于，步骤（3）所述水淬转移时间控制在10-15秒之间。
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