鋁矽鎂系鑄造鋁合金及鑄造工藝的製作方法

2023-05-17 17:47:36

專利名稱：鋁矽鎂系鑄造鋁合金及鑄造工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋁合金鑄造技術領域，尤其涉及一種同時具有較高抗拉強度和延伸率綜合力學性能的鋁矽鎂系鑄造鋁合金及鑄造工藝。
背景技術：
鑄造鋁合金作為傳統的金屬材料，具有比重低、比強度高、易加工、成本低、散熱性能和耐腐蝕性能好，生產零件靈活、簡單，易於批量生產等特點，廣泛應用於航空、航天、汽車、機械等行業。隨著現代工業的發展，對鑄造鋁合金，特別是對具有較高抗拉強度和延伸率綜合力學性能以及優良的耐腐蝕性、低成本的鑄造鋁合金的需求越來越大。經過幾十年的發展，高強度鑄造鋁合金已形成完整系列，鋁合金的性能和生產工藝都趨於穩定。目前，高強度鋁合金主要是以Al-Cu-Mg和Al-Si-Mg-Cu為基的合金。其中， Al-Cu-Mg基合金具有良好的切削加工和焊接性能，但鑄造性能和耐腐蝕性能較差。這類鋁合金在航空產品上應用較廣，主要用作承受大載荷的結構件和耐熱零件。Al-Si-Mg-Cu基合金切削性能好，且在不進行固溶處理時，在室溫下經過較短時間的時效，可在一定程度上提高其強度。但耐腐蝕性能差，密度大，鑄造時容易產生熱裂。由於汽車、機械和通訊等行業要求鋁合金具有優良的鑄造性能，如流動性好、氣密性好、收縮率小以及熱裂傾向小，因此，需要選用具有良好的力學性能、物理性能和較好的機加工性能，同時又要耐腐蝕性能好，成本低，並適合大批量生產的高強度高韌性的鋁合金，其中，以品種最多、用途最廣的鋁矽系合金為優選對象。其中，美國ASTMB108標準中的 A356. 2鋁合金，其主要合金成分質量百分比為6. 5-7. 5% Si、0. 25-0. 45% Mg、0. 08-0. 20% Ti，主要雜質元素為Fe彡0. 20%、Cu彡0. 20%、Mn彡0. 10%、Zn彡0. 10%，剩餘成分為 Al。A356. 2鋁合金應用很廣，但是強度不高。為了提高A356合金的力學性能，目前採用的方式有通過添加Na、Sr、Sb及Ti、B等變質材料的方法來細化晶粒。但是，經過上述處理後的鋁合金大多難於穩定達到300Mpa以上的抗拉強度，延伸率也偏低。也有通過添加稀土等元素來細化晶粒，或者在此基礎上增加擠壓工藝，以提高鋁合金的鑄造性能和力學性能，但是由此也使得鋁合金的熔鑄工藝較複雜，成本較高。

發明內容
本發明的主要目的在於提供一種鑄造性能及力學性能好且耐腐蝕性好的鋁矽鎂系鑄造鋁合金及鑄造工藝。為了達到上述目的，本發明提出一種鋁矽鎂系鑄造鋁合金，所述鋁合金組分包含以下質量百分比的元素矽6. 5-7. 5 ；鎂 0. 40-0. 60 ；鈦 0. 10-0. 30 ；鍶 0. 01-0. 03 ；鐵彡 0. 20 ；銅彡 0. 10 ；鋅 (0. 20 ；錳彡0. 10 ；鈹彡0. 01 ；釩彡0. 02 ；其餘為鋁。優選地，所述鋁合金抗拉強度大於380Mpa ；延伸率大於或等於7. 8% ；布氏硬度大於85。優選地，組成所述鋁合金的各元素的質量百分比含量為矽7. 021 ；鎂0. 463 ；鈦 0. 237 ；鍶 0. 018 ；鐵 0. 183 ；銅 0. 040 ；鋅 0. 018 ；猛 0. 098 ；鈹 0. 003 ；釩 0. 019 ；其餘為鋁； 所述鋁合金抗拉強度為411Mpa，延伸率為8. 04%。優選地，組成所述鋁合金的各元素的質量百分比含量為矽7. 035 ；鎂0.453 ；鈦 0. 229 ；鍶 0. 017 ；鐵 0. 189 ；銅 0. 041 ；鋅 0. 019 ；錳 0. 099 ；鈹 0. 002 ；釩 0. 018 ；其餘為鋁； 所述鋁合金抗拉強度為400Mpa，延伸率為7. 80%。優選地，組成所述鋁合金的各元素的質量百分比含量為矽7. 087 ；鎂0.459 ；鈦 0. 185 ；鍶 0. 014 ；鐵 0. 169 ；銅 0. 063 ；鋅 0. 024 ；錳 0. 089 ；鈹 0. 002 ；釩 0. 017 ；其餘為鋁； 所述鋁合金抗拉強度為388Mpa，延伸率為10. 02%。本發明還提出一種鋁矽鎂系鋁合金鑄造工藝，包括以下步驟將A356. 2鋁錠裝爐熔煉；在熔煉後的鋁錠溶液中加入變質材料，採用氣泡過濾法進行精煉；將精煉後的溶液靜置預定時間後，在預定溫度下進行澆鑄；對澆鑄後的溶液依次進行固溶、冷卻、轉移及時效處理。優選地，對所述鋁錠溶液進行精煉的溫度為720°C 730°C，精煉時間為15 2 5分鐘；固溶處理溫度為5 3 5 °C 士 5 °C，固溶處理時間為他 10 h ；時效處理溫度為 165 0C 士 5°C，時效處理時間為6h-8h。本發明提出的一種鋁矽鎂系鑄造鋁合金及鑄造工藝，克服了鋁矽系合金強度偏低，延伸率偏低，而鋁銅系和鋁鋅系合金鑄造性能和耐腐蝕性能較差的不足，採用鋁矽鎂系鑄造鋁合金，提高了鋁合金的抗拉強度、韌性以及鑄造性能，同時具有成本較低及耐腐蝕性能好的優點。


圖1是本發明鋁矽鎂系鑄造鋁合金第一實施例的拉伸曲線示意圖；圖2是本發明鋁矽鎂系鑄造鋁合金第二實施例的拉伸曲線示意圖；圖3是本發明鋁矽鎂系鑄造鋁合金第三實施例的拉伸曲線示意圖；圖4是本發明鋁矽鎂系鋁合金鑄造工藝一實施例流程示意圖。為了使本發明的技術方案更加清楚、明了，下面將結合附圖作進一步詳述。
具體實施例方式本發明實施例解決方案主要是在現有的A356. 2鋁合金的基礎上，變質而成含有以下質量百分比矽 6. 5-7. 5 ；鎂 0. 40-0. 60 ；鈦 0. 10-0. 30 ；鍶 0. 01-0. 03 ；鐵;^ 0. 20 ；銅 ^ 0. 10 ;鋅< 0. 20 ;錳< 0. 10 ;鈹< 0. 01 ;釩< 0. 02 ；其餘為鋁的元素，通過熔煉、精煉、澆
鑄、固溶、冷卻、轉移及時效處理，得到抗拉強度及延伸率高、鑄造性能及耐腐蝕性能好的鋁矽鎂系鑄造鋁合金。為了克服現有技術中鋁矽系合金強度偏低，延伸率偏低，而鋁銅系和鋁鋅系合金鑄造性能和耐腐蝕性能較差的不足，本發明提供一種高強度、高韌性的鋁矽鎂系鑄造鋁合金，鑄造性能好，同時具有成本較低，耐腐蝕性能好的優點。該鋁矽鎂系鑄造鋁合金是在現有的A356. 2鋁錠基礎上變質而成，其具體組分包含以下質量百分比的元素矽6. 5-7. 5 ；鎂 0. 40-0. 60 ；鈦 0. 10-0. 30 ；鍶 0. 01-0. 03 ；鐵彡 0. 20 ；銅彡 0. 10 ；鋅 (0. 20 ；錳彡0. 10 ；鈹彡0. 01 ；釩彡0. 02 ；其餘為鋁。由上述質量百分比的元素組成的鋁合金抗拉強度大於380Mpa ；延伸率大於或等於7. 8% ；布氏硬度大於85。具體地，本發明第一實施例提出的一種鋁矽鎂系鑄造鋁合金，組成該鋁合金的各元素的質量百分比含量為矽7. 021 ；鎂0. 463 ；鈦0. 237 ；鍶0.018 ；鐵0. 183 ；銅0. 040 ；鋅 0. 018 M 0. 098 M 0. 003 ；釩 0. 019 ；其餘為鋁。本實施例鋁矽鎂系鑄造鋁合金鑄造工藝過程為將A356. 2鋁錠裝爐熔煉後，採用氣泡過濾(GBF)法對熔煉後的溶液進行精煉，氣泡過濾法中的氣體可以採用氬氣或氮氣，在精煉的同時，可以在精煉溶液中加入變質材料， 該變質材料可以採用鋁鍶合金溶液，以更好的細化晶粒，以提高鋁合金的鑄造性能和力學性能。上述氣泡過濾法屬於現有的通用技術，在此不作詳述。其中，精煉溫度可以為725 °C 士 5 °C，時間為15分鐘，在精煉的過程中，同時進行扒
渣處理。精煉完成後，將精煉後的溶液靜置預定時間比如10分鐘後，檢測溶液中的含氫量、含渣量以及材料成分，當檢測合格後，在720°C 士5°C下進行澆鑄。然後，經過溫度為 5350C 士5°C、時間為10小時的固溶處理，接著用35°C -60°C的溫水冷卻，轉移時間需小於 20秒，再經165°C 士5°C、6小時的時效處理即可。本實施例將試樣棒表層車削後的鑄造鋁合金拉伸曲線如圖1所示。該試樣棒的直徑為9. 92mm，最大拉力為31. 77KN(千牛頓)，抗拉強度為411Mpa，斷後伸長率即延伸率為 8. 04%。本發明第二實施例提出的一種鋁矽鎂系鑄造鋁合金，組成該鋁合金的各元素的質量百分比含量為矽7. 035 ；鎂0. 453 ；鈦0. 229 ；鍶0. 017 ；鐵0. 189 ；銅0. 041 ；鋅0. 019 ；錳 0. 099 M 0. 002 ；釩 0. 018 ；其餘為鋁。本實施例鋁矽鎂系鑄造鋁合金鑄造工藝過程與上述第一實施例相同，本實施例試樣棒表層車削後的鑄造鋁合金拉伸曲線如圖2所示。該試樣棒的直徑為9. 89mm，最大拉力為30. 784KN，抗拉強度為400Mpa，斷後伸長率為7. 80%。本發明第三實施例提出的一種鋁矽鎂系鑄造鋁合金，組成該鋁合金的各元素的質量百分比含量為矽7. 087 ；鎂0. 459 ；鈦0. 185 ；鍶0. 014 ；鐵0. 169 ；銅0. 063 ；鋅0. 024 ；錳 0. 089 M 0. 002 ；釩 0. 017 ；其餘為鋁。本實施例鋁矽鎂系鑄造鋁合金鑄造工藝過程與上述第一實施例相同。本實施例試樣棒表層車削後的鑄造鋁合金拉伸曲線如圖3所示。該試樣直徑為10. 2mm，最大拉力為 31. 740KN，抗拉強度為388Mpa，斷後伸長率為10. 02%。本發明實施例提出的鋁矽鎂系鑄造鋁合金克服了鋁矽系合金強度偏低，延伸率偏低，而鋁銅系和鋁鋅系合金鑄造性能和耐腐蝕性能較差的不足，採用鋁矽鎂系鑄造鋁合金， 提高了鋁合金的抗拉強度、韌性以及鑄造性能，同時具有成本較低及耐腐蝕性能好的優點。如圖4所示，本發明一實施例提出一種鋁矽鎂系鋁合金鑄造工藝，包括
步驟SlOldf A356. 2鋁錠裝爐熔煉；步驟S102，在熔煉後的鋁錠溶液中加入變質材料，採用氣泡過濾法進行精煉；其中，在精煉過程中加入變質材料是為了更好的細化晶粒，以提高鋁合金的鑄造性能和力學性能。變質材料可以為鋁鍶合金，根據需要還可採用其他變質材料。氣泡過濾法中的氣體可以採用氬氣或氮氣。精煉過程中的精煉溫度可以選用720°C 730°C，精煉時間可以選用15 25分鐘。此外，在精煉過程中，同時進行拔渣處理，以提高鋁合金的純度。步驟S103，將精煉後的溶液靜置預定時間後，在預定溫度下進行澆鑄；其中，預定時間可以選用10-15分鐘，在本步驟中，將精煉後的溶液靜置預定時間後，需要檢測溶液的含氫量、含渣量以及材料成分；當檢測結果合格後，然後在715°C 725 °C的溫度下進行澆鑄。步驟S104，對澆鑄後的溶液依次進行固溶、冷卻、轉移及時效處理。本實施例中，固溶處理溫度可以選用535°C 士5°C，固溶處理時間可以為8h IOh(小時)；時效處理溫度可以為165°C 士5°C，時效處理時間可以為6h-8h。通過本實施例上述工藝製成的鋁合金的各組分的質量百分比分別為矽 6. 5-7. 5 ；鎂 0. 40-0. 60 ；鈦 0. 10-0. 30 ；鍶 0. 01-0. 03 ；鐵彡 0. 20 ；銅彡 0. 10 ；鋅彡 0. 20 ；猛 (0. 10 ；鈹彡0. 01 ；釩彡0. 02 ；其餘為鋁。上述鋁合金的抗拉強度大於380Mpa ；延伸率大於或等於7. 8%;布氏硬度大於85。相比現有技術，本發明實施例提出的鋁矽鎂系鑄造鋁合金及鑄造工藝，克服了鋁矽系合金強度偏低，延伸率偏低，而鋁銅系和鋁鋅系合金鑄造性能和耐腐蝕性能較差的不足，採用鋁矽鎂系鑄造鋁合金，提高了鋁合金的抗拉強度、韌性以及鑄造性能，同時具有成本較低及耐腐蝕性能好的優點。以上所述僅為本發明的優選實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
權利要求
1.一種鋁矽鎂系鑄造鋁合金，其特徵在於，所述鋁合金組分包含以下質量百分比的元素矽 6. 5-7. 5 ；鎂 0. 40-0. 60 ；鈦 0. 10-0. 30 ；鍶 0. 01-0. 03 ；鐵彡 0. 20 ；銅彡 0. 10 ；鋅 (0. 20 ；錳彡0. 10 ；鈹彡0. 01 ；釩彡0. 02 ；其餘為鋁。
2.根據權利要求1所述的鋁合金，其特徵在於，所述鋁合金抗拉強度大於380Mpa；延伸率大於或等於7. 8% ；布氏硬度大於85。
3.根據權利要求2所述的鋁合金，其特徵在於，組成所述鋁合金的各元素的質量百分比含量為矽 7. 021 ；鎂 0. 463 ；鈦 0. 237 ；鍶 0. 018 ；鐵 0. 183 ；銅 0. 040 ；鋅 0. 018 ；猛 0. 098 ； 鈹0. 003 ；釩0. 019 ；其餘為鋁；所述鋁合金抗拉強度為411Mpa，延伸率為8. 04%。
4.根據權利要求2所述的鋁合金，其特徵在於，組成所述鋁合金的各元素的質量百分比含量為矽 7. 035 ；鎂 0. 453 ；鈦 0. 229 ；鍶 0. 017 ；鐵 0. 189 ；銅 0. 041 ；鋅 0. 019 ；猛 0. 099 ； 鈹0. 002 ；釩0.018 ；其餘為鋁；所述鋁合金抗拉強度為400Mpa，延伸率為7.80%。
5.根據權利要求2所述的鋁合金，其特徵在於，組成所述鋁合金的各元素的質量百分比含量為矽 7. 087 ；鎂 0. 459 ；鈦 0. 185 ；鍶 0. 014 ；鐵 0. 169 ；銅 0. 063 ；鋅 0. 024 ；猛 0. 089 ； 鈹0. 002 ；釩0. 017 ；其餘為鋁；所述鋁合金抗拉強度為388Mpa，延伸率為10. 02%。
6.一種鋁矽鎂系鋁合金鑄造工藝，其特徵在於，包括以下步驟 將A356. 2鋁錠裝爐熔煉；在熔煉後的鋁錠溶液中加入變質材料，採用氣泡過濾法進行精煉； 將精煉後的溶液靜置預定時間後，在預定溫度下進行澆鑄； 對澆鑄後的溶液依次進行固溶、冷卻、轉移及時效處理。
7.根據權利要求6所述的鑄造工藝，其特徵在於，對所述鋁錠溶液進行精煉的溫度為 720°C 730°C，精煉時間為15 25分鐘；固溶處理溫度為535°C 士5°C，固溶處理時間為 8h IOh ；時效處理溫度為165°C 士5°C，時效處理時間為6h-8h。
全文摘要
本發明涉及一種鋁矽鎂系鑄造鋁合金及鑄造工藝，該鋁合金組分包含以下質量百分比的元素矽6.5-7.5；鎂0.40-0.60；鈦0.10-0.30；鍶0.01-0.03；鐵≤0.20；銅≤0.10；鋅≤0.20；錳≤0.10；鈹≤0.01；釩≤0.02；其餘為鋁。鋁合金鑄造工藝包括將A356.2鋁錠裝爐熔煉；再加入變質材料進行精煉；靜置預定時間後進行澆鑄；之後依次進行固溶、冷卻、轉移及時效處理，本發明克服了鋁矽系合金強度偏低，延伸率偏低，鋁銅系和鋁鋅系合金鑄造性能和耐腐蝕性能較差的不足，提高了鋁合金的抗拉強度、韌性及鑄造性能，成本低，耐腐蝕性好。
文檔編號C22C21/04GK102312137SQ20111026711
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者劉金, 鄭華偉 申請人:中興通訊股份有限公司