一種用于汽車板材的壓鑄鋁合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明獲得了一種用于汽車板材部件的、具有優(yōu)異力學(xué)性能的壓鑄鋁合金，其化學(xué)成分配比為（wt.%）：Si3.5-4.0、Mg1.5-1.8、Cu0.05-0.1、Cr0.04-0.06、Fe≤0.02、Mn≤0.03，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)，同時(shí)滿足Si/Mg的比值在2.2-2.5之間，同時(shí)采取了合適的原料和熔煉工藝，保證了合金的性能，再者選擇了最佳的壓鑄工藝參數(shù)以獲得性能優(yōu)異的鋁合金，最后采用了最為有效的兩級(jí)時(shí)效工藝和參數(shù)，最大限度地提高了鋁合金的性能。
【專利說(shuō)明】一種用于汽車板材的壓鑄鋁合金
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁及其合金的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是提供一種用于汽車板材部件的、具有優(yōu)異力學(xué)性能的壓鑄鋁合金。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁及其合金因具有優(yōu)異的力學(xué)性能、抗腐蝕性能、成型性能而自古受到青睞，同時(shí)加之2.17g/cm2的低密度，鋁合金是典型的被使用的結(jié)構(gòu)型輕合，在汽車、船舶、運(yùn)輸機(jī)、家電制品、電子通訊設(shè)備、建材等各個(gè)領(lǐng)域都被廣泛使用。特別是為了應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題，必須盡量節(jié)約燃油的消耗以及嚴(yán)格控制二氧化碳等氣體的排放，而交通運(yùn)輸產(chǎn)品的質(zhì)量沒(méi)減輕10%，就可以使得油耗下降至少5%，相應(yīng)地的氣體排放也自然能夠得到有效的控制，而將具有高的比強(qiáng)度和比剛度以及其他優(yōu)異性能的鋁合金用于相應(yīng)產(chǎn)品的制造，無(wú)疑是解決上述問(wèn)題最為可行的方法。
[0003]其中的Al-Mg-Si系合金因優(yōu)異的擠壓性能、相對(duì)高的強(qiáng)度和耐腐蝕性能而成為車身、門板、行李艙隔板等面板型構(gòu)件的主要選擇。然而由于鋁合金的熔煉、熱處理時(shí)效工藝的各個(gè)步驟涉及到很多參數(shù)，如何選擇最為優(yōu)化的成分和與成分相適應(yīng)的熔煉、熱處理工藝步驟和參數(shù)，從而開(kāi)發(fā)出具有更優(yōu)異性能的鋁合金一直是相關(guān)研究人員最為關(guān)注的研究課題。
[0004]壓力鑄造是現(xiàn)今鋁及其合金的鑄造方法中技術(shù)含量較高的先進(jìn)制備方法之一，其成本相對(duì)較低，且生產(chǎn)效率高，制備得到的鋁合金產(chǎn)品表面質(zhì)量好、尺寸精度高，能夠滿足汽車工業(yè)部件對(duì)于鋁合金產(chǎn)品的要求標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的即在于提供一種鋁合金的配方，并通過(guò)合理的熔煉和壓力鑄造工藝得到鋁合金，最后經(jīng)過(guò)相應(yīng)的熱處理時(shí)效工藝得到具有優(yōu)異性能的鋁合金產(chǎn)品。
[0006]本發(fā)明所述的一種壓鑄鋁合金，其化學(xué)成分配比為(wt.%):Si3.5-4.0、Mgl.5-1.8,Cu0.05-0.UCr0.04-0.06,Fe ( 0.02,Mn ( 0.03，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)，同時(shí)滿足Si/Mg的比值在2.2-2.5之間。
[0007]優(yōu)選地,所述鎂的含量為1.6。
[0008]優(yōu)選地,所述銅的含量為0.07。
[0009]優(yōu)選地,所述鉻的含量為Cr0.05。
[0010]優(yōu)選地，所述鐵的含量小于0.005，更優(yōu)選為O。
[0011]優(yōu)選地,所述猛的含量小于0.01。
[0012]優(yōu)選地，Si/Mg的比值為2.3。
[0013]本發(fā)明所述的鋁合金，其通過(guò)以下步驟制備得到:
[0014]I)原料準(zhǔn)備:以所述化學(xué)成分配比進(jìn)行原料準(zhǔn)備，其中上述合金成分來(lái)自于純度為99.9%的純鋁、硅含量為12-15%的鋁硅合金、鉻含量為10-12的鋁鉻合金、電解銅、工業(yè)純鎂等原料，如果有Mn來(lái)自于10-12%的鋁錳合金原料；
[0015]2)熔煉:先將上述各原料預(yù)熱至至少150°C，然后將純鋁置于熔煉爐中加熱升溫至750-780°C，隨后加入鋁鉻合金和電解銅并持續(xù)攪拌直至鋁鉻合金和電解銅全部熔化，之后降溫至700-730°C并加入鋁硅合金并持續(xù)攪拌直至鋁硅合金全部熔化，隨后降溫至650-670°C并將工業(yè)純鎂按壓至熔體底部維持至少3-5min，之后攪拌熔體并再次升溫至750-780°C同時(shí)加入精煉劑進(jìn)行精煉，靜置10-15min后，檢驗(yàn)熔體成分合格后完成熔煉；
[0016]3)壓鑄:將成分合格的熔體降溫至680-700°C后壓鑄到經(jīng)過(guò)預(yù)熱至至少200°C的模具的型腔中，其中充型開(kāi)始時(shí)的熔體流速為0.2-0.4m/s、鑄造壓力為70-75MPa，充型率超過(guò)60%后，提高熔體的流速至2-2.5m/s、鑄造壓力為85_90MPa，直至充型壓鑄結(jié)束；
[0017]4)固溶-淬火處理；
[0018]5)兩級(jí)時(shí)效，從而得到所述的壓鑄鋁合金。
[0019]進(jìn)一步優(yōu)選的，Si/Mg的比值為2.3。
[0020]其中，壓鑄時(shí)，所述的充型開(kāi)始時(shí)的熔體流速為0.3m/s ；
[0021]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的充型開(kāi)始時(shí)的鑄造壓力為73MPa ；
[0022]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的充型率超過(guò)60%后，提高熔體的流速至2.3m/s ；
[0023]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的充型率超過(guò)60%后，鑄造壓力為88MPa。
[0024]其中，兩級(jí)時(shí)效時(shí)，優(yōu)選的，首先將經(jīng)固溶-淬火處理的鋁合金板材在110°C的條件下鹽浴保溫2.Sh ；
[0025]進(jìn)一步優(yōu)選的，隨后再將鋁合金板材在55°C的條件下鹽浴保溫130h。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)合理地設(shè)計(jì)了合金的成分，通過(guò)簡(jiǎn)單的合金元素以及適量的配比，得到了具有優(yōu)異壓鑄和時(shí)效性能的鋁合金；(2)采取了合適的原料和熔煉工藝，保證了合金的性能；(3)選擇了最佳的壓鑄工藝參數(shù)以獲得性能優(yōu)異的鋁合金；(4)采用了最為有效的兩級(jí)時(shí)效工藝和參數(shù)，最大限度地提高了鋁合金的性能。
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1-6，以及對(duì)比例1-11:
[0028]1)原料準(zhǔn)備:按表1的合金的成分配比準(zhǔn)備原料，其中合金元素來(lái)自于純度為99.9%的純鋁、硅含量為12-15%的鋁硅合金、鉻含量為10-12的鋁鉻合金、電解銅、工業(yè)純鎂等原料，如果有Mn來(lái)自于10-12%的鋁錳合金原料。
[0029]2)熔煉:先將上述各原料預(yù)熱至180°C，然后將純鋁置于熔煉爐中加熱升溫至760°C，隨后加入鋁鉻合金和電解銅并持續(xù)攪拌直至鋁鉻合金和電解銅全部熔化，之后降溫至720°C并加入鋁硅合金并持續(xù)攪拌直至鋁硅合金全部熔化，隨后降溫至660°C并將工業(yè)純鎂按壓至熔體底部維持至少4min，之后攪拌熔體并再次升溫至770°C同時(shí)加入精煉劑進(jìn)行精煉，靜置12min后,檢驗(yàn)熔體成分合格后完成熔煉。
[0030]3)壓鑄:將成分合格的熔體降溫至690°C后壓鑄到經(jīng)過(guò)預(yù)熱至200°C的模具的型腔中，其中充型開(kāi)始時(shí)的熔體流速為0.2m/s、鑄造壓力為70MPa，充型率超過(guò)60%后，提高熔體的流速至2m/s、鑄造壓力為85MPa，直至充型壓鑄結(jié)束。
[0031]4)固溶-淬火處理:將壓鑄鑄件經(jīng)過(guò)冷軋和/或熱軋加工后得到鋁合金板材，將鋁合金板材在580°C條件下鹽浴固溶處理1.5min后進(jìn)行水淬冷卻，板材出爐入水的時(shí)間小于2秒且冷卻水的溫度小于20°C。
[0032]5)兩級(jí)時(shí)效:首先將經(jīng)固溶-淬火處理的鋁合金板材在100°C的條件下鹽浴保溫
2.5h，隨后再將鋁合金板材在50°C的條件下鹽浴保溫120h，從而得到所述的Al-Mg-Si合金。
[0033]由表1的結(jié)果可知，硅的含量不能過(guò)低，否則將會(huì)使得提高強(qiáng)度的效果不足，以及流動(dòng)性的變差從而影響壓鑄性能，導(dǎo)致力學(xué)性能的明顯變差。而硅的含量過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致延伸率的急劇下降和屈服強(qiáng)度的顯著降低。
[0034]鎂含量過(guò)低難于與硅協(xié)同發(fā)揮提高強(qiáng)度的作用，從而導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的顯著下降。而鎂含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致延伸率降低以及屈服強(qiáng)度的不足。
[0035]銅含量過(guò)低會(huì)使得延伸率嚴(yán)重的不足，同時(shí)屈服強(qiáng)度也明顯不足，而銅含量過(guò)高對(duì)于合金體系的拉伸強(qiáng)度和延伸率并未做出更多貢獻(xiàn)，反而拖累屈服強(qiáng)度的大幅下降。此外，適量的銅還能促進(jìn)鎂硅強(qiáng)化相的形成，是合金體系重要的元素。
[0036]鉻含量過(guò)低難于發(fā)揮其晶粒細(xì)化的作用，從而導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度的降低，同時(shí)延伸率、屈服強(qiáng)度等性能也不夠理想。鉻含量過(guò)高則可能與硅、錳等合金元素形成脆性金屬件化合物，從而大幅降低強(qiáng)度和塑性等各項(xiàng)力學(xué)性能。此外，適量的鉻還能促進(jìn)鎂硅強(qiáng)化相的形成，也是合金體系重要的元素。
[0037]鐵作為主要的雜質(zhì)元素必須嚴(yán)格限制其含量，如果超過(guò)0.02，例如對(duì)比例9中的
0.04，則明顯降低強(qiáng)度和塑性等各項(xiàng)力學(xué)性能，優(yōu)選在0.005以下，當(dāng)然如果能控制在更低
更好。
[0038]錳雖然通常主要作為晶粒細(xì)化的合金元素使用，但本申請(qǐng)中更主要利用的是其對(duì)于鐵元素的協(xié)同溶解作用，因此控制其含量在0.03以下，根據(jù)鐵的含量，也可以為0.01以下。
[0039]硅鎂比是必須嚴(yán)格控制的，過(guò)高的硅鎂比則有過(guò)多的硅析出在晶界，從而影響合金的力學(xué)性能。而過(guò)低的硅鎂比則難于充分形成強(qiáng)化相，以獲得相應(yīng)的力學(xué)性能。
[0040]表1
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種用于汽車板材的壓鑄鋁合金，其特征在于:其化學(xué)成分配比為(wt.%):Si3.5-4.0、Mgl.5-1.8、Cu0.05-0.UCr0.04-0.06,Fe ( 0.02,Mn ( 0.03，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)，同時(shí)滿足Si/Mg的比值在2.2-2.5之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄鋁合金，其特征在于:所述鎂的含量為1.6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄鋁合金，其特征在于:所述銅的含量為0.07。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄鋁合金，其特征在于:所述鉻的含量為Cr0.05。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄鋁合金，其特征在于:所述鐵的含量小于0.005，更優(yōu)選為O。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄鋁合金，其特征在于:所述錳的含量小于0.01。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄鋁合金，其特征在于:Si/Mg的比值為2.3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的壓鑄鋁合金，其特征在于:其通過(guò)以下步驟制備得到: (1)原料準(zhǔn)備:以所述化學(xué)成分配比進(jìn)行原料準(zhǔn)備，其中上述合金成分來(lái)自于純度為99.9%的純鋁、硅含量為12-15%的鋁硅合金、鉻含量為10-12的鋁鉻合金、電解銅、工業(yè)純鎂等原料，如果有Mn來(lái)自于10-12%的鋁錳合金原料； (2)熔煉:先將上述各原料預(yù)熱至至少150°C，然后將純鋁置于熔煉爐中加熱升溫至750-780°C，隨后加入鋁鉻合金和電解銅并持續(xù)攪拌直至鋁鉻合金和電解銅全部熔化，之后降溫至700-730 V并加入鋁硅合金并持續(xù)攪拌直至鋁硅合金全部熔化，隨后降溫至650-670°C并將工業(yè)純鎂按壓 至熔體底部維持至少3-5min，之后攪拌熔體并再次升溫至750-780°C同時(shí)加入精煉劑進(jìn)行精煉，靜置10-15min后，檢驗(yàn)熔體成分合格后完成熔煉； 3)壓鑄:將成分合格的熔體降溫至680-700°C后壓鑄到經(jīng)過(guò)預(yù)熱至至少200°C的模具的型腔中，其中充型開(kāi)始時(shí)的熔體流速為0.2-0.4m/s、鑄造壓力為70-75MPa，充型率超過(guò)60%后，提高熔體的流速至22.5m/s、鑄造壓力為85_90MPa，直至充型壓鑄結(jié)束； (4)固溶-淬火處理； (5)兩級(jí)時(shí)效，從而得到所述的壓鑄鋁合金。
【文檔編號(hào)】C22C1/03GK103484730SQ201310442716
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】季吉清 申請(qǐng)人:蘇州吉利不銹鋼制品有限公司