專(zhuān)利名稱(chēng)：汽車(chē)車(chē)身用高性能壓鑄鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金材料，特別是涉及一種適合大型薄壁件成型的、高性能鋁合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
能源短缺及環(huán)境污染問(wèn)題已成為制約汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題，無(wú)論是從社會(huì)效益還是從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)考慮，低油耗、低排放的汽車(chē)都是節(jié)約型社會(huì)發(fā)展的需要。汽車(chē)輕量化技術(shù)是汽車(chē)節(jié)油的重要手段，試驗(yàn)表明:汽車(chē)質(zhì)量每下降10%，油耗約下降3% 5%。鋁及鋁合金的密度大致在2.17g/cm3，約為鋼的1/3。鋁合金具有重量輕、加工性能良好、抗腐蝕性好、吸振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于汽車(chē)制造對(duì)汽車(chē)輕量化有十分顯著的效果。因此鋁作為汽車(chē)輕量化的首選材料，受到 了廣泛的重視。由于壓鑄工藝的高質(zhì)量和高效率，在車(chē)身結(jié)構(gòu)用鋁成型方面越來(lái)越受到重視。
由于車(chē)身結(jié)構(gòu)件都屬于大型薄壁件，采用壓鑄成型對(duì)合金提出了更高的要求，不僅需要良好的流動(dòng)性，適合于薄壁件的充型，而且所成型的產(chǎn)品要具有優(yōu)良的機(jī)械性能。因?yàn)檐?chē)身結(jié)構(gòu)相關(guān)部件要求具有很大的延展性和高屈服強(qiáng)度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)一種流動(dòng)性好，適用于大型薄壁件壓鑄成型的鋁合金，且具有很大的延展性和高屈服強(qiáng)度，取代鋼鐵和熱處理鋁鋁合金結(jié)構(gòu)件在汽車(chē)結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化。本發(fā)明開(kāi)發(fā)的鋁合金具有良好的流動(dòng)性，制備的壓鑄鋁合金鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度大于225 MPa，伸長(zhǎng)率大于6%。本發(fā)明的制備方法通過(guò)改變Si的含量來(lái)提高鋁合金的流動(dòng)性能，又通過(guò)加入一定比例的Sr、Ti和B來(lái)細(xì)化晶粒，最終來(lái)提高材料的抗拉強(qiáng)度和塑性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是: 本發(fā)明的技術(shù)方案之一，一種汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金，由以下重量百分含量的組分組成: Si 9.5% 11.5%， Mn 0.3% 0.6%， Mg 0.1% 0.6%， Ti 0.1% 0.2%， Sr 0.01% 0.02%， B 0.02% 0.04%， Fe 〈0.25%， Al 余量。
其中，所述Fe是由原料中帶入的不可去除的雜質(zhì)，或者由制備器皿中帶入的雜質(zhì)，應(yīng)盡量控制Fe的含量越少越好。
本發(fā)明的技術(shù)方案之二， 一種汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金的制備方法，在大氣環(huán)境中直接熔煉，具體步驟為: a.先將各組分原材料和澆注工具預(yù)熱至10(TC 120°C除去水汽，將坩堝加熱至400。。 500。。； b.在樹(shù)禍中裝入預(yù)熱好的招塊，待招塊完全融化成招液后保溫8min-12min； c.將鋁液升溫至745°C 755°C，加入Si保溫至Si全部融化，然后加入Mn，保溫至Mn全部融化； d.將鋁液降溫至695°C 705 °C，將Mg加入鋁液液面以下； e.將鋁液升溫至725°C 735°C，加入C2Cl6(六氯乙烷)至鋁液液面以下精煉除氣，在725 V 735Γ 靜置 15min-20min 后，扒渣； f.將鋁液升溫735°C 745°C，加入Al-5T1-B中間合金保溫15mim-20min進(jìn)行細(xì)化處理； g.將鋁液降溫至705°C 715°C，加入Al-1OSr中間合金保溫15min_20min進(jìn)行變質(zhì)處理。
優(yōu)選的具體步驟為: a.先將各組分原材料和澆注工具預(yù)熱至10(TC除去水汽，將坩堝加熱至40(TC 500 0C ； b.在樹(shù)禍中裝入預(yù)熱好的招塊，待招塊完全融化成招液后保溫8min-12min； c.將鋁液升溫至750°C，加入Si保溫至Si全部融化，然后加入Mn，保溫至Mn全部融化； d.將鋁液降溫至700°C，將Mg加入鋁液液面以下； e.將鋁液升溫至730°C，加入C2Cl6(六氯乙烷)至鋁液液面以下精煉除氣，在730°C靜置 15min-20min 后,扒禮:； f.將鋁液升溫740°C，加入Al-5T1-B中間合金保溫15mim-20min進(jìn)行細(xì)化處理； g.將招液降溫至710°C,加入Al-1OSr中間合金保溫15min_20min進(jìn)行變質(zhì)處理。
步驟a所述坩堝優(yōu)選為石墨坩堝或鐵坩堝，鐵坩堝使用前涂覆氧化鋅涂層，涂層厚度為
步驟d和步驟e中優(yōu)選采用純鋁箔包覆的方法將Mg和C2Cl6加入到鋁液液面以下。
本發(fā)明的原理是: 本發(fā)明的制備方法通過(guò)改變Si的含量來(lái)提高鋁合金的流動(dòng)性能，Si的含量太低，流動(dòng)性不好，Si的含量太高，則抗拉強(qiáng)度和塑性不好。為了兩者兼?zhèn)?，本發(fā)明通過(guò)加入一定比例的Sr、Ti和B來(lái)細(xì)化晶粒，最終來(lái)提高材料的抗拉強(qiáng)度和塑性，且在熔煉時(shí)分別以Al-5T1-B、Al-1OSr中間合金的形式向鋁合金熔體中添加T1、B和Sr，防止T1、B和Sr的燒損，精確控制各組分的含量。同時(shí)為了嚴(yán)格控制Fe的帶入，可以在鐵制器皿表層涂覆材料(氧化鋅涂層，涂層厚度為lmnT2mm)，防止鐵雜質(zhì)的帶入，影響產(chǎn)品的延展性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于: (I)本發(fā)明制備的鋁合金具有良好的流動(dòng)性，尤其適合大型薄壁件的壓鑄成型。
(2)本發(fā)明制備的鋁合金在鐵制器皿表層氧化鋅涂層，嚴(yán)格控制Fe的加入，使得成型的部件具有良好的延展性。
(3)本發(fā)明制備的鋁合金壓鑄性能好，壓鑄鋁合金鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度大于225 MPa，伸長(zhǎng)率大于6%。


圖1是汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金在澆注溫度680°C、4.0m/s快壓射工藝條件的低倍金相圖； 圖2是汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金在澆注溫度680°C、4.0m/s快壓射工藝條件的高倍金相圖； 圖3是汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金在澆注溫度680°C、4.0m/s快壓射工藝條件的拉伸斷口SEM 圖； 圖4是汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金不同澆注溫度、4.0m/s快壓射工藝條件的力學(xué)性能圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的補(bǔ)充和說(shuō)明。
實(shí)施例1: 一種汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金的制備方法，在大氣環(huán)境中直接熔煉，具體步驟為: a.先將各組分原材料和澆注工具預(yù)熱至10(TC除去水汽，將坩堝加熱至40(TC 500 0C ； b.在樹(shù)禍中裝入預(yù)熱好的招塊，待招塊完全融化成招液后保溫8min-12min； c.將鋁液升溫至750°C，加入Si保溫至Si全部融化，然后加入Mn，保溫至Mn全部融化； d.將鋁液降溫至700°C，將Mg加入鋁液液面以下； e.將鋁液升溫至730°C，加入C2Cl6(六氯乙烷)至鋁液液面以下精煉除氣，在730°C靜置 15min-20min 后,扒禮:； f.將鋁液升溫740°C，加入Al-5T1-B中間合金保溫15mim-20min細(xì)化處理； g.將鋁液降溫至710°C，加入Al-1OSr中間合金保溫15min_20min變質(zhì)處理。
按照上述制備方法，精確控制各組分的加入量，得到一種汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金，各組分的重量百分含量為: Si 9.5% 11. 5%， Mn 0.3% 0.6%, Mg 0.1% 0.6%, Ti 0.1% 0.2%, Sr 0.01% 0.02%， B 0.02% 0.04%, Fe 〈0.25%, Al 余量。
應(yīng)用: 將上述汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金在澆注溫度680°C、4.0m/s快壓射工藝條件的金相圖如圖1和圖2所示。拉伸斷口 SEM圖如圖3所述，斷口有明顯韌窩，表現(xiàn)出很好的延展性。
將上述汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金 在不同澆注溫度、4.0m/s快壓射工藝條件的力學(xué)性能圖，如圖4所示，制備的壓鑄鋁合金鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度大于225MPa，伸長(zhǎng)率大于6%。
權(quán)利要求
1.一種汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金，其特征是，由以下重量百分含量的組分組成: Si 9.5% 11.5%， Mn 0.3% 0.6%， Mg 0.1% 0.6%， Ti 0.1% 0.2%， Sr 0.01% 0.02%， B 0.02% 0.04%， Fe 〈0.25%， Al 余量。
2.權(quán)利要求1所述汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金的制備方法，其特征是，在大氣環(huán)境中直接熔煉，具體步驟為: a.先將各組分原材料和澆注工具預(yù)熱至10(TC 120°C除去水汽，將坩堝加熱至400。。 500。。； b.在樹(shù)禍中裝入預(yù)熱好的招塊，待招塊完全融化成招液后保溫8min-12min； c.將鋁液升溫至745°C 755°C，加入Si保溫至Si全部融化，然后加入Mn，保溫至Mn全部融化； d.將鋁液降溫至695°C 705°C，將Mg加入鋁液液面以下； e.將鋁液升溫至725°C 735°C，加入C2Cl6至鋁液液面以下精煉除氣，在725°C 735°C靜置 15min-20min 后，扒渣； f.將鋁液升溫735°C 745°C，加入Al-5T1-B中間合金保溫15mim-20min進(jìn)行細(xì)化處理； g.將鋁液降溫至705°C 715°C，加入Al-1OSr中間合金保溫15min_20min進(jìn)行變質(zhì)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金的制備方法，其特征是，具體步驟為: a.先將各組分原材料和澆注工具預(yù)熱至10(TC除去水汽，將坩堝加熱至40(TC 500 0C ； b.在樹(shù)禍中裝入預(yù)熱好的招塊，待招塊完全融化成招液后保溫8min-12min； c.將鋁液升溫至750°C，加入Si保溫至Si全部融化，然后加入Mn，保溫至Mn全部融化； d.將鋁液降溫至700° C，將Mg加入鋁液液面以下； e.將鋁液升溫至730°C，加入C2Cl6至鋁液液面以下精煉除氣，在730 °C靜置15min_20min 后，扒禮:； f.將鋁液升溫740°C，加入Al-5T1-B中間合金保溫15mim-20min進(jìn)行細(xì)化處理； g.將招液降溫至710°C,加入Al-1OSr中間合金保溫15min_20min進(jìn)行變質(zhì)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金的制備方法，其特征是，步驟a所述坩堝為石墨坩堝或鐵坩堝，鐵坩堝使用前涂覆氧化鋅涂層，涂層厚度為lmnT2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述汽車(chē)車(chē)身用壓鑄鋁合金的制備方法，其特征是，步驟d和步驟e中采用純鋁箔包覆的方法將Mg和C2Cl6加入到鋁液液面以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓鑄鋁合金及其制備方法，該壓鑄鋁合金的重量百分比組成為Si9.5%～11.5%，Mn0.3%～0.6%，Mg0.1%～0.6%，Ti0.1%～0.2%，Sr0.01%～0.02%，B0.02%～0.04%，F(xiàn)e<0.25%，其余為Al。原料在電阻坩堝爐中配制，熔煉時(shí)分別以Al-5Ti-B、Al-10Sr中間合金的形式向鋁合金熔體中添加Ti、B和Sr，防止Ti、B和Sr的燒損。澆注溫度680℃、4.0m/s快壓射工藝條件下，制備的壓鑄鋁合金鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度大于225MPa，伸長(zhǎng)率大于6%。本發(fā)明的壓鑄鋁合金材料，不僅流動(dòng)性好，適合大型薄壁件的充型，而且處于鑄態(tài)的壓鑄件具有很高的延展性和抗拉強(qiáng)度，滿(mǎn)足汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)件的要求。
文檔編號(hào)C22C1/06GK103146962SQ20131009830
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者李落星, 朱必武, 張立強(qiáng) 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)