一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁合金材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金壓鑄成型工藝可以制造形狀復(fù)雜、輪廓清晰、薄壁深腔的金屬零件，具有工 序簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、鑄件公差等級(jí)較高、表面粗糙度好、力學(xué)性能優(yōu)良、材料利用率高等優(yōu) 點(diǎn)，現(xiàn)已成為我國(guó)鑄造業(yè)中的一個(gè)重要組成部分。在汽車(chē)工業(yè)中，鋁合金壓鑄件的需求量非 常大，已經(jīng)成為汽車(chē)輕量化的重要支撐。
[0003] 由于鋁合金對(duì)鐵有很強(qiáng)的親和力，鋁合金在壓鑄過(guò)程中與鐵質(zhì)模具接觸時(shí)，會(huì)發(fā) 生物理化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生粘?，F(xiàn)象。粘模缺陷是影響產(chǎn)品質(zhì)量、大幅提高模具制造維修成本的 關(guān)鍵因素。為了保證良好的脫模性，目前壓鑄鋁合金的Fe含量大都選擇在0.7%_1.3%。
[0004] 近共晶Al-Si-Mg系列合金，具有綜合力學(xué)性能優(yōu)良、耐腐蝕性強(qiáng)、成型工藝性能好 和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，因此成為常用鋁合金壓鑄材料之一。
[0005] 國(guó)內(nèi)外此類(lèi)材料成分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：
[0006] 表1國(guó)內(nèi)材料的成分標(biāo)準(zhǔn)
[0007]
[0008]
[0009]國(guó)內(nèi)外此類(lèi)材料性能標(biāo)準(zhǔn)如表2所示：
[0010] 表2國(guó)內(nèi)外材料的性能標(biāo)準(zhǔn) [0011]
[0012] 在以上標(biāo)準(zhǔn)中的合金中，由于Fe含量偏高，鐵大部分以粗大片狀或針狀的β (A19Fe2Si2)相存在于合金中，不僅使合金的流動(dòng)性減低，熱裂性增大，還嚴(yán)重割裂基體，降 低力學(xué)性能，尤其是降低延伸率，因此大大限制了應(yīng)用領(lǐng)域，多數(shù)應(yīng)用在了只承受簡(jiǎn)單應(yīng)力 的箱體、殼體、覆蓋件上面，而對(duì)承受交變應(yīng)力的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件上很少有應(yīng)用。
[0013] 多部件組合焊接工藝具有整體尺寸穩(wěn)定性高、加工流程短、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，是結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、單重較大部件實(shí)現(xiàn)輕量化和低成本化的主要措施，壓鑄件組合焊接也是重要發(fā)展 方向。因此，壓鑄材料的成分設(shè)計(jì)不僅要滿足鑄件的力學(xué)性能，還要滿足鑄件的鑄造成型工 藝性能和焊接性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金及其制備方法， 具有高強(qiáng)高韌的力學(xué)性能和良好的焊接性能。
[0015] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 成分：
[0016]
[0017] 其他雜質(zhì)元素總量不超過(guò)0.3%，且其他單個(gè)雜質(zhì)元素含量不超過(guò)0.05% ;
[0018] A1 余量。
[0019] 優(yōu)選的，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：
[0020] Si 6.8-10.7%。
[0021] 優(yōu)選的，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：
[0022] Mg 0.22-0.36%。
[0023] 優(yōu)選的，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：
[0024] Μη 0.58-0.68%。
[0025] 優(yōu)選的，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：
[0026] Ti 0.07-0.08%。
[0027] 優(yōu)選的，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：
[0028] Sb 0.13-0.14%。
[0029] 優(yōu)選的，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：
[0030] Re 0.12-0.18% 〇
[0031] 相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種上述壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金的制備方法，包括以 下步驟：
[0032]向熔煉爐中加入鋁錠和金屬硅，升溫至750_850°C進(jìn)行合金化；
[0033] 加入電解錳，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析；
[0034] 加入鋁銻中間合金和鋁稀土中間合金，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析，除渣精 煉，扒渣；
[0035]加入鎂、鋁鈦合金和鋁鈦硼中間合金，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析；
[0036] 在700-740°C下通入氬氣進(jìn)行精煉，靜置5-15min，在680-720°C鑄造，得到壓鑄用 Al-Si-Mg鑄造鋁合金。
[0037] 太發(fā)明i不榲供一種壓鍺用A1-Si-Me鍺造鋁合金，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：
[0038]
[0039]
[0040] 其他雜質(zhì)元素總量不超過(guò)0.3%，且其他單個(gè)雜質(zhì)元素含量不超過(guò)0.05% ;
[0041 ] A1 余量。
[0042]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種上述壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金的制備方法，包括以 下步驟：
[0043]向熔煉爐中加入鋁錠和金屬硅，升溫至750_850°C進(jìn)行合金化；
[0044]加入電解錳，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析；
[0045]加入鋁稀土中間合金，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析，除渣精煉，扒渣；
[0046]加入鎂、鋁鍶合金、鋁鈦合金和鋁鈦硼中間合金，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析； [0047] 在700-740°C下通入氬氣進(jìn)行精煉，靜置5-15min，在680-720°C鑄造，得到壓鑄用 Al-Si-Mg鑄造鋁合金。
[0048]本發(fā)明提供了一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金及其制備方法，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù) 的成分:31、]\%、]\111、11、8、313、1^、？6、￥、0、2匕？、86，余量為41。該壓鑄用41-3丨-]\%鑄造鋁合 金具有高強(qiáng)高韌的力學(xué)性能，壓鑄試棒力學(xué)性能可達(dá)到:鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度(〇b)230-310MPa、屈 服強(qiáng)度(〇〇.2)115-160MPa，延伸率(δ)5.5-14.5%。該壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金的綜合力 學(xué)性能優(yōu)良，尤其是延伸率，達(dá)到所有材料標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值最高值3.5%的1.5倍以上。第二， 材料適用于壓鑄成型，填補(bǔ)了低鐵鋁合金壓鑄材料的空白；通過(guò)低鐵壓鑄合金材料的應(yīng)用， 填補(bǔ)高強(qiáng)韌壓鑄件的空白。材料還具有良好的焊接性能，適用于鑄件的組合焊接。因此，本 發(fā)明制備的壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金具有高強(qiáng)高韌的力學(xué)性能和良好的焊接性能。
【具體實(shí)施方式】
[0049]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。
[0050] 本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金，包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成 分：
[0051]
[0052] 其他雜質(zhì)元素總量不超過(guò)0.3%，且其他單個(gè)雜質(zhì)元素含量不超過(guò)0.05% ;
[0053] A1 余量。
[0054] Si不僅可以提高鋁合金中的流動(dòng)性，保障鑄造充型能力；而且在焊接凝固時(shí)，由于 鋁-硅合金的收縮率小，幾乎不產(chǎn)生裂紋，可以保證優(yōu)良的焊接性能;還可以和Mg形成Mg 2Si 強(qiáng)化相，保證合金的力學(xué)性能。所述Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為6.8-10.7%，更優(yōu)選為7-9%。
[0055] Mg與Si形成Mg2Si相，在壓鑄過(guò)程的激冷中固溶在α鋁中，通過(guò)時(shí)效析出后彌散強(qiáng) 化。隨著Mg含量的提高，抗拉強(qiáng)度逐漸提高，延伸率逐漸下降。Mg含量越高，焊接性能越差。 所述Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0.22-0.36 %，更優(yōu)選為0.25-0.32 %。
[0056] Μη促進(jìn)針片狀i3(A19Fe2Si2)向漢字狀a(Al12Fe 3Si)轉(zhuǎn)變，提高合金的綜合力學(xué)性 能；可以形成ΜηΑ16,細(xì)化再結(jié)晶晶粒，降低熱裂傾向；在高鎂合金中錳還可以使Mg5Al 8化合 物平均沉淀，改善抗蝕性和焊接機(jī)能，彌補(bǔ)Mg帶來(lái)的焊接性能減弱;錯(cuò)合金中的Fe相和Μη相 大部分相互溶入，形成AlFeMnSi相、（Fe、Mn)Al 6相，因此Μη可以替代鋁合金中的部分Fe，降 低低鐵鋁合金的粘模傾向。所述Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0.58-0.68 %，更優(yōu)選為0.6-0.65 %。
[0057] Sb和Re是永久變質(zhì)劑，使共晶硅由粗大針片狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎虠U狀，提高合金的綜合力 學(xué)性能，但其變質(zhì)效果對(duì)冷卻速度十分敏感。而壓鑄件的凝固過(guò)程本身就是一個(gè)激冷過(guò)程， 可以為Sb和Re變質(zhì)創(chuàng)造良好的條件;Sb變質(zhì)合金重熔之后的鋁液吸氫能力較弱，Re還具有 除（固）氫精煉的作用，可以減少鑄件針孔，提高鑄件的熱處理能力和焊接性能。所述Re的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為〇. 12-0.18%，更優(yōu)選為0.14-0.16%。所述Sb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0.13-0.14%〇
[0058] Ti和B作為α鋁的晶粒細(xì)化劑，提高鑄造鋁合金的綜合力學(xué)性能。所述Ti的質(zhì)量分 數(shù)優(yōu)選為〇 . 07-0.08 % ;所述B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0.0015-0.0030 %，更優(yōu)選為0.0018-0.0020%〇
[0059] Fe在合金中在一定條件下會(huì)形成粗大片狀或針狀的i3(A19Fe2Si2)中，不僅使合金 的流動(dòng)性減低，熱裂性增大，還嚴(yán)重割裂基體，降低力學(xué)性能，尤其是降低延伸率。所述Fe的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為〇-〇. 1 %，更優(yōu)選為0-05 %。
[0060] Cr、V、Zr可以細(xì)化晶粒組織，但也容易與Mn、Fe形成粗大片狀金屬間化合物，形成 重力偏析，降低合金流動(dòng)性，或者進(jìn)入鑄件形成硬質(zhì)點(diǎn)，惡化加工性能，加劇刀具磨損。所述 Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0-0.02 %，更優(yōu)選為0-0.01 % ;所述V的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0-0.02 %，更 優(yōu)選為〇-〇. 01 % ;所述Zr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0-0.02%，更優(yōu)選為0-0.01 %。
[0061] P會(huì)促進(jìn)初晶硅的析出，本發(fā)明提供的鑄造鋁合金為亞共晶、近共晶鋁硅合金，不 希望因?yàn)槌霈F(xiàn)初晶硅降低力學(xué)性能。所述P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為〇_〇. 001 %，更優(yōu)選為〇-0.0005%。
[0062] Be會(huì)使鋁合金的氧化膜更致密，減少熔煉過(guò)程中的合金氧化，但致密的氧化膜也 會(huì)惡化材料的焊接性能。所述Be的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0-0.0003%，更優(yōu)選為0-0.0001 %。 [0063]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種上述壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金的制備方法，包括以 下步驟：
[0064]向熔煉爐中加入鋁錠和金屬硅，升溫至750_850°C進(jìn)行合金化；
[0065]加入電解錳，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析；
[0066]加入鋁銻中間合金和鋁稀土中間合金，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析，除渣精 煉，扒渣；
[0067]加入鎂、鋁鈦合金和鋁鈦硼中間合金，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析；
[0068] 在700-740°C下通入氬氣進(jìn)行精煉，靜置5-15min，在680-720°C鑄造，得到壓鑄用 Al-Si-Mg鑄造鋁合金。
[0069]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供另一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金，采用Sr代替Sb，包括以 下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：
[0070]
[0071]
[0072] 其他雜質(zhì)元素總量不超過(guò)0.3 %，且其他單個(gè)雜質(zhì)元素含量不超過(guò)0.05 % ;
[0073] A1 余量。
[0074]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供上述壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金的制備方法，包括以下步 驟：
[0075]向熔煉爐中加入鋁錠和金屬硅，升溫至750_850°C進(jìn)行合金化；
[0076] 加入電解錳，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析；
[0077] 加入鋁稀土中間合金，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析，除渣精煉，扒渣；
[0078] 加入鎂、鋁鍶合金、鋁鈦合金和鋁鈦硼中間合金，充分?jǐn)嚢柽M(jìn)行合金化，取樣分析；
[0079] 在700-740°C下通入氬氣進(jìn)行精煉，靜置5-15min，在680-720°C鑄造，得到壓鑄用 Al-Si