專利名稱：一種壓力鑄造用的高強韌壓鑄鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金材料領(lǐng)域，具體涉及一種壓力鑄造用的壓鑄鋁合金。
背景技術(shù)：
壓力鑄造簡稱壓鑄，是一種高速高效的先進(jìn)成形工藝，是復(fù)雜薄壁鋁、鎂合金等鑄件的主要成形方法之一，在汽車/摩托車用鋁、鎂合金零部件的生產(chǎn)中占有相當(dāng)大的比例。但是壓鑄生產(chǎn)的鋁、鎂合金鑄件內(nèi)部氣孔多，無法進(jìn)行固溶熱處理或焊接成形，也不能進(jìn)行過多的機加工。因此壓鑄件在轎車/摩托車的重要保安零件如底盤懸架上的副車架、車門立柱等結(jié)構(gòu)受力件上的應(yīng)用受到嚴(yán)重限制。如何充分發(fā)揮壓鑄的技術(shù)優(yōu)勢，特別是利用壓鑄方法來生產(chǎn)高強度、高韌性的鋁、鎂壓鑄件以滿足轎車輕量化的發(fā)展需求是人們長期以來研發(fā)的前沿技術(shù)之一。當(dāng)前在工業(yè)中應(yīng)用最多的壓鑄鋁合金材料為Al-Si-Cu系合金，如國內(nèi)YL112、YLl 13，日本ADC12、ADClO以及美國A380等，因為上述合金具有優(yōu)異的鑄造性能和良好的力學(xué)性能。其次應(yīng)用比較多的是具有良好抗沖擊性能和抗疲勞強度的Al-Si-Mg系合金，如YL104、ADC3、A360等。第三應(yīng)用比較多的是Al-Mg系合金如，YL301等，該類合金擁有良好的耐腐蝕性、較高的強度及韌性。由于壓鑄時鋁液在高速高壓下以噴射狀態(tài)流入型腔，為了防止鋁液粘模腐蝕損壞模具，壓鑄鋁合金中的Fe含量一般都在I %以上。但是Fe與合金中的Al和Si會生成針狀的FeAl3、Al-Fe-Si的中間化合物，此類中間化合物的存在嚴(yán)重削弱了壓鑄件的力學(xué)性能，尤其是斷裂韌性。而對于Al-Si-Cu系合金而言，加入Cu雖然可以提高壓鑄件的強度，但卻降低了鑄件的韌性，而且Cu的加入會降低鑄件的耐腐蝕性能。另外，Al-Si-Mg系合金需通過固溶強化和時效處理才能提高其力學(xué)性能，但如前所述，壓鑄件一般不能進(jìn)行固溶熱處理，同時對于薄壁復(fù)雜零件而言，固溶處理將導(dǎo)致嚴(yán)重的變形。因此，以現(xiàn)有的Al-Si-Cu系、Al-Si-Mg系以及Al-Mg系壓鑄鋁合金均不屬于高強度、高韌性的壓鑄鋁合金材料，無法滿足復(fù)雜薄壁、高強度、高韌性、抗沖擊、耐腐蝕等汽車結(jié)構(gòu)受力件的要求，不能應(yīng)用于轎車上的保安零件，無法滿足轎車輕量化的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種高強度、高韌性、耐腐蝕的非熱處理型的壓鑄鋁合金材料，該材料采用真空壓鑄方法，可用于轎車底盤副車架、車門立柱等關(guān)鍵零部件的制造，以取代鋼制的車架或車門立柱等結(jié)構(gòu)件。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種壓力鑄造用的壓鑄鋁合金材料，所述鋁合金為Al-Mg-Si-Mn系，其特征在于含有鎂4.5% -6. 3 質(zhì)量 ％、硅1.4% -2. 8 質(zhì)量 ％、錳0.4% -I. 0 質(zhì)量 ％、鐵< 0. 22質(zhì)量％、鈦< 0. 20質(zhì)量％、銅< 0. 05質(zhì)量％、鈹< 0. 0045質(zhì)量％，不可避免的雜質(zhì)(0. 30質(zhì)量％,余量為招。
所述不可避免的雜質(zhì)含有鋅、硼、鉻、鎳、鉛、錫、鈣、鍶、釩。所述招合金材料可以為鎂的含量為4. 5質(zhì)量娃的含量為I. 63質(zhì)量猛的含量為0. 4質(zhì)量％，銅的含量為0. 052質(zhì)量％，鈦的含量為0. 175質(zhì)量％，鈹?shù)暮繛?. 0044質(zhì)量％，鐵的含量為0. 213質(zhì)量％,不可避免的雜質(zhì)< 0. 30質(zhì)量％,余量為招。所述鋁合金材料可以為鎂的含量為5. 3質(zhì)量％，硅的含量為I. 4質(zhì)量％，錳的含量為0.713質(zhì)量％，銅的含量為0.0115質(zhì)量％，鈦的含量為0. 167質(zhì)量％，鈹?shù)暮繛?br> 0.0044質(zhì)量％，鐵的含量為0. 204質(zhì)量％，不可避免的雜質(zhì)< 0. 30質(zhì)量％，余量為鋁。所述鋁合金材料可以為鎂的含量為6. 3質(zhì)量％，硅的含量為2. 8質(zhì)量％，錳的含量為I. 0質(zhì)量％，銅的含量為0. 0025質(zhì)量％，鈦的含量為0. 163質(zhì)量％，鈹?shù)暮繛?. 0045質(zhì)量％，鐵的含量為0. 021質(zhì)量％,不可避免的雜質(zhì)< 0. 30質(zhì)量％,余量為招。本發(fā)明的另外一個目的是提供一種壓鑄鋁合金材料的制作工藝，所述步驟包括 將所述配比的金屬鋁、硅、錳、鈦、鈹加入到高Al2O3、低SiO2的石墨坩堝爐中于973K 1023K溫度下熔化，待鋁液熔清后加入Al-Be中間合金，然后采用旋轉(zhuǎn)吹氬氣的方式精煉10 15min,然后加入金屬鎂，升溫至973K 1013K后扒渣、澆注，采用真空壓鑄的方法成形，壓射壓力為60 70MPa，壓射速度為3. 5 5. Om/s。本發(fā)明提供的壓鑄鋁合金具有優(yōu)異的鑄造性能及良好的力學(xué)性能，強度高、韌性大，其抗拉強度、屈服強度都有大幅提升，硬度高，伸長率也大，而且具有良好的耐腐蝕性，無需固溶熱處理，可以用于轎車上的保安零件，滿足轎車輕量化發(fā)展的需求。采用本發(fā)明提供的壓鑄鋁合金材料制作工藝制作的鋁合金材料力學(xué)性能優(yōu)異，制成的材料無氣孔缺陷，而且操作方便。
具體實施例方式下面將結(jié)合具體實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。合金中的成分變化對材料的力學(xué)性能有著重要的影響當(dāng)合金中鎂的含量增加時，材料的抗拉強度、屈服強度升高，而伸長率下降；當(dāng)合金中鎂的含量低于4. 5%時，其韌性高，但屈服強度低于145MPa (作為板材所需要的必要屈服點)；而當(dāng)鎂的含量高于6. 3%時，材料的抗拉強度和屈服強度高，而伸長率低于6%，因此Mg的最佳含量為4. 5% 6. 3% ;合金中加入適量的Si可提高材料的鑄造性能，如流動性提高、熱裂傾向降低等，并進(jìn)而影響到材料的力學(xué)性能，當(dāng)Si的含量低于I. 4%時，合金的強度偏低，而伸長率增加；當(dāng)高于2. 8%時，材料的強度提高而伸長率降低，因而最佳的Si含量控制在I. 4% 2. 8% ；Fe可以降低壓鑄過程中的鋁液粘模傾向，但在凝固過程中Fe會與合金中的Al和Si生成針狀的FeAl3、Al-Fe-Si的中間化合物，割裂基體組織，惡化材料的力學(xué)性能，所以合金中的Fe控制在0. 22%以下；因Fe的含量降低導(dǎo)致了壓鑄過程中粘模傾向增加，為減少粘模腐蝕的風(fēng)險，本實施例中加入適量的Mn，Mn的含量低于0. 4%時，對減少粘模的作用有限，而高于I. 0%時，材料的力學(xué)性能會降低，所以Mn的合適加入量為0. 4% I. 0% ；
Cu的加入可以提高材料的強度，減小伸長率，在此合金中Cu與Fe —樣作為雜質(zhì)元素需加以嚴(yán)格控制，當(dāng)Cu含量高于0. 05%時，伸長率會顯著降低；在合金中加入Ti，Ti是晶粒微細(xì)化元素，但是雖然能夠起到細(xì)化晶粒的作用，但由于壓鑄過程中金屬鋁液的冷卻速度較快，Ti的細(xì)化作用并不明顯，而過多的Ti易導(dǎo)致金屬元素的偏析，因而Ti的含量控制在0. 20%以下；該合金在熔煉過程中易被氧化燒損，夾雜物增多，加入適量的Be可降低氧化燒損，Be的加入量控制在0. 0045%以下有良好效果，高于此值時，材料的力學(xué)性能降低；其它雜質(zhì)元素如鋅，硼，鉻，鎳，鉛，錫，鈣，鍶，釩等均為雜質(zhì)，應(yīng)嚴(yán)格控制其含量，否則會嚴(yán)重降低合金的力學(xué)性能，特別是伸長率，上述雜質(zhì)元素的總含量控制在0. 30%以下，尤其鋅的含量應(yīng)控制在0. 10%以下。實施例 按照表I中所述的配方制造所示的I 5組Al-Mg-Si-Mn系壓鑄鋁合金材料。表I中還包括了各壓鑄鋁合金材料的力學(xué)性能。上述鋁合金材料的制備方法是將所述配比的金屬鋁、硅、錳、鈦、鈹加入到高Al2O3、低SiO2的石墨坩堝爐中于973K 1023K溫度下熔化，待鋁液熔清后加入Al-Be中間合金，然后采用旋轉(zhuǎn)吹氬氣的方式精煉10 15min，然后加入金屬鎂，升溫至973K 1013K后扒渣、澆注，采用真空壓鑄的方法成形，壓射壓力為60 70MPa，壓射速度為3. 5 5. Om/s。按照上述熔煉工藝及壓鑄工 藝參數(shù)，對于壁厚4mm的平板試樣，測得5組不同成分的材料的力學(xué)性能(抗拉強度、屈服強度、伸長率和硬度)如表I所示。另外，針對常用的Al-Si-Cu 系壓鑄鋁合金 ADC12、A380 ;Al-Si_Mg 系 AlSilOMgFe以及Al-Mg系壓鑄合金YL301進(jìn)行了對比試驗，結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明本發(fā)明提供的鋁合金材料屈服強度和伸長率均高于傳統(tǒng)產(chǎn)品，其抗拉強度與硬度與傳統(tǒng)產(chǎn)品接近。對其進(jìn)行鹽霧試驗，結(jié)果顯示ADC12、A380 ;Al_Si_Mg系A(chǔ)lSilOMgFe的耐蝕性較差，而新型合金與YL301具有良好的耐腐蝕性能。另外在實驗中，也對各主要成分不同含量所制造的鋁合金材料的力學(xué)性能進(jìn)行了測試。 首先為Mg元素，按照上述熔煉工藝及壓鑄工藝參數(shù)，對于壁厚4mm的平板試樣，測得的不同鎂含量的材料的力學(xué)性能，如表3所示。結(jié)果顯示，當(dāng)合金中鎂的含量增加時，材料的抗拉強度、屈服強度升高，而伸長率下降；當(dāng)合金中鎂的含量低于4. 5%時，其韌性高，但屈服強度低于145MPa(作為板材所需要的必要屈服點)；而當(dāng)鎂的含量高于6. 3%時，材料的抗拉強度和屈服強度高，而伸長率低于6% ,因此Mg的最佳含量為4. 5% 6. 3%。而且對其進(jìn)行鹽霧試驗，結(jié)果顯示該材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。其次為Si元素，按照上述熔煉工藝及壓鑄工藝參數(shù)，對于壁厚4mm的平板試樣，測得的不同硅含量的材料的力學(xué)性能，如表4所示。結(jié)果顯示當(dāng)Si的含量低于I. 4%時，合金的強度偏低，而伸長率增加；當(dāng)高于2. 8%時，材料的強度提高而伸長率降低，因而最佳的Si含量控制在I. 4% 2. 8%。對其進(jìn)行鹽霧試驗，結(jié)果顯示該材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。再其次為Cu元素，按照上述熔煉工藝及壓鑄工藝參數(shù)，對于壁厚4mm的平板試樣，測得的不同Cu含量的材料的力學(xué)性能，如表5所示。當(dāng)Cu含量增大時，抗拉強度、屈服強度和硬度變化不是很大，但是伸長率在降低，含量> 0. 05%時，伸長率會顯著降低。最后為Ti元素，按照上述熔煉工藝及壓鑄工藝參數(shù)，對于壁厚4mm的平板試樣，測得的不同Ti含量的材料的力學(xué)性能，如表6所示。結(jié)果表明過多的Ti易導(dǎo)致金屬元素的偏析，因而Ti的含量控制在0.20%以下。表I :不同配比制備的壓鑄鋁合金材料的力學(xué)性能

權(quán)利要求
1.一種壓力鑄造用的壓鑄鋁合金材料，所述鋁合金為Al-Mg-Si-Mn系，其特征在于含有鎂4.5% -6. 3 質(zhì)量％、硅1.4% -2. 8 質(zhì)量％、錳0.4% _1.0質(zhì)量％、鐵< 0. 22質(zhì)量％、鈦< 0. 20質(zhì)量％、銅< 0. 05質(zhì)量％、鈹< 0. 0045質(zhì)量％，不可避免的雜質(zhì)(0. 30質(zhì)量％,余量為招。
2.如權(quán)利要求I所述的壓力鑄造用的壓鑄鋁合金材料，其特征在于所述不可避免的雜質(zhì)含有鋅、硼、鉻、鎳、鉛、錫、 丐、銀、銀。
3.如權(quán)利要求2所述的壓力鑄造用的壓鑄鋁合金材料，其特征在于所述鋁合金材料中鎂的含量為4. 5質(zhì)量％，硅的含量為I. 63質(zhì)量％，錳的含量為0. 4質(zhì)量％，銅的含量為0.052質(zhì)量％，鈦的含量為0. 175質(zhì)量％，鈹?shù)暮繛?. 0044質(zhì)量％，鐵的含量為0. 213質(zhì)量％，不可避免的雜質(zhì)< 0. 30質(zhì)量％，余量為招。
4.如權(quán)利要求2所述的壓力鑄造用的壓鑄鋁合金材料，其特征在于所述鋁合金材料中鎂的含量為5. 3質(zhì)量％，硅的含量為I. 4質(zhì)量％，錳的含量為0. 713質(zhì)量％，銅的含量為0.0115質(zhì)量％，鈦的含量為0. 167質(zhì)量％，鈹?shù)暮繛?. 0044質(zhì)量％，鐵的含量為0. 204質(zhì)量％，不可避免的雜質(zhì)< 0. 30質(zhì)量％，余量為招。
5.如權(quán)利要求2所述的壓力鑄造用的壓鑄鋁合金材料，其特征在于所述鋁合金材料中鎂的含量為6. 3質(zhì)量％ ,娃的含量為2. 8質(zhì)量猛的含量為I. 0質(zhì)量銅的含量為0.0025質(zhì)量％，鈦的含量為0. 163質(zhì)量％，鈹?shù)暮繛?. 0045質(zhì)量％，鐵的含量為0. 021質(zhì)量％，不可避免的雜質(zhì)< 0. 30質(zhì)量％，余量為招。
6.如權(quán)利要求I 5之一所述的壓力鑄造用的壓鑄鋁合金材料，其特征在于所述壓鑄鋁合金材料的制作工藝是 將所述配比的金屬鋁、硅、錳、鈦、鈹加入到高Al2O3、低SiO2的石墨坩堝爐中于973K 1023K溫度下熔化，待鋁液熔清后加入Al-Be中間合金，然后采用旋轉(zhuǎn)吹氬氣的方式精煉10 15min，然后加入金屬鎂，升溫至973K 1013K后扒渣、澆注，采用真空壓鑄的方法成形，壓射壓力為60 70MPa，壓射速度為3. 5 5. Om/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及合金材料領(lǐng)域，公開了一種壓力鑄造用的高強韌壓鑄鋁合金。所述鋁合金為Al-Mg-Si-Mn系，含有鎂4.5％-6.3質(zhì)量％、硅1.4％-2.8質(zhì)量％、錳0.4％-1.0質(zhì)量％、鐵≤0.22質(zhì)量％、鈦≤0.20質(zhì)量％、銅≤0.05質(zhì)量％、鈹≤0.0045質(zhì)量％，不可避免的雜質(zhì)≤0.30質(zhì)量％，余量為鋁。本發(fā)明提供的壓鑄鋁合金具有優(yōu)異的鑄造性能及良好的力學(xué)性能，抗拉強度、屈服強度大幅提升，伸長率大，硬度也高，而且具有良好的耐腐蝕性，無需固溶熱處理，可以用于轎車上的保安零件，滿足轎車輕量化發(fā)展的需求。
文檔編號C22C21/08GK102796925SQ201110143020
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者劉后堯, 萬里, 賴沛基, 吳樹森, 吳湛方, 張寓朝, 馮佳雄, 康頌標(biāo), 楊廣盛 申請人:廣東鴻泰科技股份有限公司, 華中科技大學(xué)