新型高强度高塑性铸锻复合铝合金及构件制备方法技术

一种高强度高塑性铸锻复合铝合金及构件制备方法，其特征在于：它主要由铝、硅、铜、锶、锆和钛组成，Zr/Ti质量百分比1.15‑1.27：1，各组份的质量百分比之和为100%。该合金的制备方法依次包括：（1）熔炼；（2）均质化退火（250℃×6 h+350℃×6 h+450℃×6 h+480℃×20 h);（3）固溶（480℃×1h+490℃×1h，温水淬）；（4）锻压工艺（锻压温度450℃，变形量为50%）(4)强韧化热处理：（480℃×2h+490℃×2h固溶，温水淬;191℃×12h时效）。本发明专利技术的实测强度为379.20MPa，断裂伸长率为10.5%；并且合金性能稳定。

【技术实现步骤摘要】
新型高强度高塑性铸锻复合铝合金及构件制备方法
本专利技术涉及一种铝合金材料，尤其是一种新型高强度高塑性铸锻复合铝合金及构件制备方法，具体地说是一种Zr、Sr、Ti复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸锻复合铝合金及构件制备方法。
技术介绍
Al-Si（-Cu）系铸造铝合金是当前在工业中应用最多的铸造铝合金材料，这类合金的编号有：如国内的YL102（AlSi12）、YL112（AlSi8.5Cu3.5）、YL113（AlSi811Cu3），日本的ADC12（AlSi11Cu3）、ADC10（AlSi8.5Cu3.5）以及美国的A380（AlSi8.5Cu3.5）等，这些合金具有优良的铸造性能、较高的强度，但是其塑性、韧性相对较低，限制了其应用。众所周知，Al-Si（-Cu）系铸造铝合金的力学性能与其组织中的第二相(Si相等)的形态、尺寸、分布紧密相关。细化Si相是降低Si相对基体Al的割裂从而提高Al-Si（-Cu）系铸造铝合金性能的有效途径。锶（Sr）元素是铝合金中的一种很有效的长效变质剂，不仅可以有效细化Al-Si（-Cu）系铸造铝合金中的Si相，而且可以有效细化合金中的FeSiAl5等化合物相。锆（Zr）是一种与Al亲和力强的元素，加入到铝合金中，在合金凝固过程中锆（Zr）元素与Al形成A13Zr等高熔点物相，对合金的后续凝固起到非均质形核作用，不仅细化合金铸态基体组织，促进细小等轴晶形成，而且提高液态合金的流动性和元素分布均匀性。铝钛硼（Al-Ti-B）合金是高品质的铝合金晶粒细化剂，熔炼发生的三元共晶反应得到的Al3Ti粒子产生细化作用。并且Zr、Ti复合微合金化生成的Al3(Zrx,Ti1-x)共晶组织比单独的A13Zr和A13Ti粒子具有更好的细化作用，为合金强度与塑性提供保障。但是仅铸造成型的Al-Si-Cu系铝合金构件的显微组织和性能都比较一般，经常出现疏松与气孔等问题;锻造可以成型力学性能较好且组织致密度高的零件，但其成型工艺流程比较复杂，生产成本较高，生产周期相对较长，而且锻造的零件外形尺寸局限性大，难以加工外形相对复杂的工件。而铸锻复合是将铸造和锻造相结合的一种成型工艺，结合了两者的优势。到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸锻复合铝合金及构件制备方法可供使用，这一定程度上制约了我国高性能铸造铝合金产品制造业的发展。因此，设计一种新型高强度高塑性Al-Si-Cu系铸锻复合铝合金及构件制备方法可以大大提高Al-Si-Cu系铸造铝合金的强度与韧性。
技术实现思路
本专利技术的目的针对目前Al-Si（-Cu）系铸造铝合金强度，塑性较低的问题，专利技术一种在Al-Si-Cu系铸造铝合金成分设计的基础上，通过调整Si、Cu元素含量，同时添加微量锆锶（Sr）、（Zr）元素和少量铝钛硼合金（Al-Ti-B）进行复合合金化，再采用锻压工艺，使得合金组织致密，力学性能卓越；在不降低合金铸造性能（流动性）的同时，高效细化合金中的Si相和化合物相，大幅提高合金的强度与塑性，获得一种兼具优良铸造性能和高强度高塑性的新型Al-Si-Cu系铸锻复合铝合金及其构件的制备方法。本专利技术的技术方案之一是：一种高强度高塑性铸锻复合铝合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、硅（Si）、铜（Cu）、锶（Sr）、锆（Zr）和钛（Ti）组成，其中，硅（Si）的质量百分比为8.78%-10.7%，铜（Cu）的质量百分比为3.22%-4.71%，锶（Sr）的质量百分比为0.1-0.15%（加入量），锆（Zr）的质量百分比为0.23%-0.4%，钛（Ti）的质量百分比为0.18%-0.31%，并且Zr/Ti质量百分比1.15-1.27，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100%。所述的Si以Al-Si中间合金的形式出现，所述的Cu以Al-Cu中间合金中的形式出现，Sr以Al-Sr中间合金的形式出现，Zr以Al-Zr中间合金中的形式出现。所述的Al-Si中间合金中Si的质量百分比为17%，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12%，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%，Al-Ti-B合金中Ti的质量百分比为5.11%。本专利技术的技术方案之二是：一种的高强度高塑性铸锻复合铝合金构件的制备方法，其特征是它依次包括：（1）熔铸；（2）均质化退火；（3）固溶处理；（4）锻压；（5）强韧化热处理；所述的熔铸为：将纯Al、Al-Cu中间合金和Al-Si中间合金熔化后升温至850±10℃，然后依次加入Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金和Al-Ti-B合金，保温2±0.5h；其次，待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至770±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温15±1min后去渣，并第二次除气，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温15±1min后去渣，最后浇入预热至400±10℃的金属模具中浇铸成锭；所述的均质化退火是：250℃±10×6h+350±10℃×6h+450±10℃×6h+480±10℃×20h，随炉冷；所述的固溶处理是：480±10℃×1h+490±10℃×1h，保温后室温60±5℃水淬；所述的锻压是：锻压温度450±10℃，变形量为50±5%。所述的强韧化热处理是：480±10℃×2h+490±10℃×2h固溶，保温后室温60±5℃水淬；191±10℃×12h时效；经过上述处理后即得到高强度高塑性铸锻复合铝合金构件。所述的Al-Si中间合金中Si的质量百分比为17%，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12%，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%，Al-Ti-B合金中Ti的质量百分比为5.11%。所述的浇铸成锭所得铸锭的直径φ40mm，高度150mm。本专利技术的有益效果：本专利技术获得了一种室温拉伸强度为349.88MPa~379.20MPa（GB／T228-2002金属材料室温拉伸试验方法）、断裂伸长率为9％~11.5%的高强度高塑性铸锻复合铝合金及构件制备方法。（1）本专利技术以亚共晶型Al-Si-Cu合金为基础，通过Sr微合金化细化Si相尺寸，在此基础上，进一步通过Zr、Ti复合微合金化细化晶粒，严格控制Zr/Ti的比例为1.15-1.27：1，以最大化发挥Zr、Ti复合微合金化的作用，同时设计Cu的含量在3.22%-4.71%范围内，以便通过强韧化热处理后保证合金的强度。（2）本专利技术所制备的铸锻复合铝合金构件，其强度可达349.88.MPa~379.2MPa，断裂伸长率可达9%~11.5%（以实施例一到三为例）。相比于仅铸造铝合金300.07MPa~326.1MPa的强度以及3.75%~4.25%的断裂伸长率（以对比例一到三为例），强度与塑性均大幅提高。强度提高了16.6%，断裂伸长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高塑性铸锻复合铝合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、硅（Si）、铜（Cu）、锶（Sr）、锆（Zr）和钛（Ti）组成，其中，硅（Si）的质量百分比为8.78%-10.7%，铜（Cu）的质量百分比为3.22%-4.71%，锶（Sr）的质量百分比为0.1-0.15%，锆（Zr）的质量百分比为0.23%-0.4%，钛（Ti）的质量百分比为0.18%-0.31%，并且Zr/Ti质量百分比1.15-1.27：1，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100%。/n

【技术特征摘要】
20190827 CN 20191079648481.一种高强度高塑性铸锻复合铝合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、硅（Si）、铜（Cu）、锶（Sr）、锆（Zr）和钛（Ti）组成，其中，硅（Si）的质量百分比为8.78%-10.7%，铜（Cu）的质量百分比为3.22%-4.71%，锶（Sr）的质量百分比为0.1-0.15%，锆（Zr）的质量百分比为0.23%-0.4%，钛（Ti）的质量百分比为0.18%-0.31%，并且Zr/Ti质量百分比1.15-1.27：1，余量为铝和少量杂质元素，各组份的质量百分比之和为100%。


2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征是所述的Si以Al-Si中间合金的形式出现，所述的Cu以Al-Cu中间合金中的形式出现，Sr以Al-Sr中间合金的形式出现，Zr以Al-Zr中间合金中的形式出现。


3.根据权利要求2所述的铝合金，其特征是所述的Al-Si中间合金中Si的质量百分比为17%，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12%，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%，Al-Ti-B合金中Ti的质量百分比为5.11%。


4.一种权利要求1所述的高强度高塑性铸锻复合铝合金构件的制备方法，其特征是它依次包括：（1）熔铸；（2）均质化退火；（3）固溶处理；（4）锻压；（5）强韧化热处理；
所述的熔铸为：将纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓静，张日凯，陈士安，骆建军，张斌，刘正，张鹏，金啸鹏，韦宏博，庄园，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32