一種鋁硅合金及其半固態(tài)壓鑄產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半固態(tài)壓鑄生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種高性能的鋁硅合金及其半固態(tài)壓 鑄廣品。
【背景技術(shù)】
[0002] 半固態(tài)金屬成型技術(shù)自1971年首次提出至今，已有30多年歷史，該技術(shù)是一種介 于固態(tài)成形與液態(tài)成形之間的金屬成形技術(shù)，具有液態(tài)成形流動(dòng)應(yīng)力低，成形速度快，可成 形復(fù)雜形狀零部件的優(yōu)點(diǎn)，使傳統(tǒng)的鑄造方式發(fā)生了深刻的變化。
[0003] 雖然取得了較大的進(jìn)展，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，目前，國(guó)內(nèi)外半固態(tài)加工技術(shù) 中應(yīng)用的合金材料主要是鑄造鋁合金或變形鋁合金，缺乏對(duì)半固態(tài)專用合金的研究和開(kāi) 發(fā)，成為半固態(tài)加工技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用的短板。雖然傳統(tǒng)的鑄造合金在塑形方面 得到明顯的改進(jìn)，但是強(qiáng)度幾乎沒(méi)有改進(jìn)，也不能滿足高強(qiáng)度的零部件的應(yīng)用。
[0004] A356合金和A357合金是最早應(yīng)用于半固態(tài)成形的鋁合金，且其應(yīng)用也最為廣泛， 多年的實(shí)踐研究表明，這兩種合金經(jīng)半固態(tài)成形后，塑性得到了顯著提高，但強(qiáng)度沒(méi)有明顯 改進(jìn)。目前，大多數(shù)關(guān)于半固態(tài)合金的設(shè)計(jì)是將現(xiàn)有的鑄造合金或者變形合金進(jìn)行成分的 微調(diào)，希望在保持原有性能上，可以進(jìn)一步提高其強(qiáng)度和延展率，但是效果并不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在解決上面描述的問(wèn)題。本發(fā)明重點(diǎn)研究硅、鎂、銅、錳、鋅、鎳元素以及 鐵元素含量和配比對(duì)新合金流動(dòng)性、強(qiáng)度以及導(dǎo)熱性的內(nèi)在作用關(guān)系，建立合金元素含量 與產(chǎn)品力學(xué)性能的控制模型，探尋影響合金綜合性能的關(guān)鍵元素種類(lèi)和含量范圍，本發(fā)明 的目的是提供一種用于半固態(tài)壓鑄的鋁硅合金以及其壓鑄產(chǎn)品，該鋁硅合金是應(yīng)用于半固 態(tài)壓鑄的鋁硅合金，能夠提高合金的綜合性能，發(fā)揮半固態(tài)成形技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種鋁硅合金，其特征在于，所述鋁硅合金包括下述 組分，且各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，6. 0~8. 0% ;鐵，0. 5~1. 0% ;銅，0. 03~0. 2% ; 錳，0· 01 ~0· 1% ;鎂，0· 15 ~0· 5% ;鋅，0· 2 ~L 0% ;鋁，89. 2 ~93. 1%。
[0007] 具體地，所述鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，7.9% ;鐵，0.6% ;銅， 0· 09% ;錳，0· 05% ;鎂，0· 15% ;鋅，0· 6% ;鋁，90. 61%。
[0008] 并且，所述錯(cuò)娃合金還包括鎳，其中鎳的質(zhì)量百分比是0~0. 1%。
[0009] 其中，所述鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，6.0~8.0% ;鐵，0.5~ 1.0%;銅，0.03~0.1%;錳，0.01~0.09%;鎂，0.2~0.5% ;鋅，0.2~1.0%;鎳，0.05~ 0· 1% ;鋁，89. 4 ~93. 0%。
[0010] 其中，所述鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，7.0~8.0% ;鐵，0.5~ 0.9%;銅，0.05~0.09%;錳，0.03~0.08%;鎂，0.2~0.5% ;鋅，0.2~0.8%;鎳，0.05~ 0· 09% ;鋁，89. 6 ~9L 9%。
[0011] 具體地，所述鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，7.5% ;鐵，0.6 % ;銅， 0· 06% ;錳，0· 1% ;鎂，0· 3% ;鋅，0· 2% ;鎳，0· 06% ;鋁，91. 18%。
[0012] 具體地，所述鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，6.2% ;鐵，0.5 % ;銅， 0. 05% ;錳，0.05% ;鎂，0.2% ;鋅，0.5% ;鎳，0.05% ;鋁，92. 45%。
[0013] 并且，所述鋁硅合金還包括錫、鉛，其中，錫的質(zhì)量百分比為0~0.05%，鉛的質(zhì)量 百分比為0~0.05%。
[0014] 并且，所述鋁硅合金是用于半固態(tài)壓鑄的鋁硅合金。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種半固態(tài)壓鑄產(chǎn)品，所述半固態(tài)壓鑄產(chǎn)品由上 述的錯(cuò)娃合金制成。
[0016] 目前，應(yīng)用較多的主要是Al-Si系列壓鑄鋁合金。該合金微觀組織主要由初生 a -Al枝晶以及Al-Si共晶組織組成，合金化元素添加后會(huì)導(dǎo)致鋁基體的晶格畸變，往往會(huì) 降低該系合金的導(dǎo)熱性能。此外，該系列合金中普遍存在的粗大片狀初晶硅和針狀共晶 硅也會(huì)極大阻礙電子自由運(yùn)動(dòng)，大幅度降低熱導(dǎo)率。研究發(fā)現(xiàn)，提高材料的熱導(dǎo)率可通過(guò)添 加微量元素的方式實(shí)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的鋁硅合金，在鋁硅合金的基礎(chǔ)上，引入了鐵，銅，錳， 鎂，鋅等元素，組成多元合金。其中，所述鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，6.0~ 8. 0% ;鐵，0· 5 ~L 0% ;銅，0· 03 ~0· 2% ;錳，0· 01 ~0· 1% ;鎂，0· 15 ~0· 5% ;鋅，0· 2 ~ 1. 0% ;鋁，89. 2 ~93. 1%。
[0017] 鐵、銅、錳、鎂、鋅等微量元素的添加，能夠?qū)︿X硅合金中硅相進(jìn)行變質(zhì)處理，從而 提高材料的熱導(dǎo)率。其中，各組分的含量更是對(duì)該鋁硅合金性能的綜合考慮，各組分的作用 及含量說(shuō)明如下：
[0018] 硅可以顯著改善合金熔體的流動(dòng)性，同時(shí)還可以提高合金的抗拉強(qiáng)度和硬度，但 是硅有降低合金導(dǎo)熱性能的傾向，是鋁硅合金中重要的導(dǎo)熱性能影響因素。優(yōu)選地，將硅的 質(zhì)量百分比限定為6.0~8.0%。
[0019] 硅的含量減少后，發(fā)現(xiàn)合金的流動(dòng)性明顯降低，但是可以通過(guò)添加其他有利元素 改善流動(dòng)性，有利元素有錳，硼等。
[0020] 在本發(fā)明中，通過(guò)添加適量的錳，改善合金熔體的流動(dòng)性。同時(shí)，錳元素也有減少 粘模的作用，并且能改善鋁硅合金的耐腐蝕性能，特別是在含有銅、硅的鋁合金中可以改善 其高溫強(qiáng)度，但是過(guò)量則會(huì)形成金屬硬點(diǎn)，其含量也需適量。優(yōu)選地，將錳的質(zhì)量百分比限 定為0· 01~0· 1 %。
[0021] 銅可改善合金的力學(xué)性能和可加工性，特別是強(qiáng)度能夠得到顯著提高，但是銅含 量的增加有降低抗腐蝕性的傾向，銅的含量對(duì)鋁硅合金的腐蝕性能有較大的影響。優(yōu)選地， 將銅的質(zhì)量百分比限定為〇. 03~0. 2%。
[0022] 鎂的含量對(duì)鋁硅合金的影響較大，鎂含量的添加可減小固相分?jǐn)?shù)對(duì)溫度的敏感 性，提高半固態(tài)成形的可控性，并提高鋁合金的耐蝕性和強(qiáng)度，但是，含量增加會(huì)減少固液 相溫度區(qū)間和半固態(tài)成形區(qū)間，不利于半固態(tài)成形，也會(huì)降低合金伸長(zhǎng)率。優(yōu)選地，將鎂的 質(zhì)量百分比限定為〇. 15~0.5%。
[0023] 鐵的含量不宜多，過(guò)量的鐵能夠形成金屬硬點(diǎn)且降低耐腐蝕性，但是，少量添加的 鐵可以改善金屬的粘模。優(yōu)選地，將鐵的質(zhì)量百分比限定為〇. 5~1. 0%。
[0024] 鋅是造成合金高溫脆性的原因，但是少量的鋅可以改善龜裂現(xiàn)象，需將鋅的成分 控制在1.0%以下。優(yōu)選地，將鋅的質(zhì)量百分比限定為0.2~1.0%。
[0025] 更具體地，所述鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，7.9% ;鐵，0.6% ;銅， 0. 09% ;錳，0. 05% ;鎂，0. 15% ;鋅，0. 6% ;鋁，90. 61%。該鋁硅合金能提高半固態(tài)漿料的 固液比，并增加半固態(tài)壓鑄件的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能。
[0026] 鎳在鋁硅合金中的添加較為少見(jiàn)，但是，當(dāng)鎳與鐵在鋁合金中能形成耐熱性好的 金屬相，以此提高鋁硅合金的耐熱性，降低其熱膨脹系數(shù)，優(yōu)選地，上述鋁硅合金還包括鎳， 其中鎳的質(zhì)量百分比是〇~〇. 1%。
[0027] 鎳元素的添加，使得鋁硅合金性能得到進(jìn)一步的提升，相應(yīng)地，依照熱力學(xué)原理， 對(duì)其他各組分的金屬元素進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)得到高導(dǎo)熱，高性能的鋁硅合金。
[0028] 其中，所述鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，6.0~8.0% ;鐵，0.5~ 1.0%;銅，0.03~0.1%;錳，0.01~0.09%;鎂，0.2~0.5% ;鋅，0.2~1.0%;鎳，0.05~ 0· 1% ;鋁，89. 4 ~93. 0%。
[0029] 進(jìn)一步地，對(duì)銅、錳和鎂的含量進(jìn)行限定，銅能夠通過(guò)固溶強(qiáng)化，提高鋁硅合金的 強(qiáng)度，并且，在高溫下，銅、鎂、錳，鎳之間能形成化合物，以提高其性能。
[0030] 更優(yōu)選地，所述鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，7. 0~8. 0%;鐵，0. 5~ 0.9%;銅，0.05~0.09%;錳，0.03~0.08%;鎂，0.2~0.5% ;鋅，0.2~0.8%;鎳，0.05~ 0· 09% ;鋁，89. 6 ~9L 9%。
[0031] 在該配比下，鐵、鎂、鎳、銅，錳等金屬元素含量適量，能夠形成不同成分的金屬間 化合物，不僅通過(guò)改變?nèi)垠w凝固過(guò)程中的熱場(chǎng)環(huán)境和原子擴(kuò)散環(huán)境，影響合金熔體的流動(dòng) 性，并且顯著提高其在半固態(tài)壓鑄成形中的性能。
[0032] 此外，根據(jù)本發(fā)明的鋁硅合金中還允許含有微量的錫，鉛，這兩種成分為主要的雜 質(zhì)元素。其中，錫的質(zhì)量百分比為〇~〇. 05%，鉛的質(zhì)量百分比為0~0. 05%，錫，鉛等雜 質(zhì)元素是各個(gè)原料中所含有的不可去除的雜質(zhì)，但是在本發(fā)明中，將微量雜質(zhì)的質(zhì)量百分 比控制為0. 1 %以內(nèi)，并且對(duì)鋁硅合金在半固態(tài)壓鑄中的用途不產(chǎn)生影響。
[0033] 本發(fā)明提供一種應(yīng)用于半固態(tài)壓鑄的鋁硅合金，任何采用半固態(tài)壓鑄技術(shù)，使用 上述鋁硅合金生產(chǎn)的壓鑄產(chǎn)品，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0034] 本發(fā)明的鋁硅合金中，選擇各組分含量的上述范圍的有益效果在后面會(huì)通過(guò)實(shí)施 例給出具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明。
[0035] 下面是根據(jù)本發(fā)明的鋁硅合金中所包括的各組分的優(yōu)選取值示例。
[0036] 優(yōu)選示例一
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，7.5% ;鐵，0.6% ;銅， 0· 06% ;錳，0· 1% ;鎂，0· 3% ;鋅，0· 2% ;鎳，0· 06% ;鋁，91. 18%。
[0038] 優(yōu)選示例二
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的鋁硅合金的各個(gè)組分的質(zhì)量百分比為：硅，6.2% ;鐵，0.5% ;銅， 0.05% ;錳，0.05% ;鎂，0.2% ;鋅，0.5% ;鎳，0.05% ;鋁，92. 45%。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中 的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是 全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提 下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬