一种薄壁结构件铸造用高性能铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种薄壁结构件铸造用高性能铝合金及其制备方法，所述铝合金由以下重量百分含量的组分组成：Si9.5‑11.0％、Fe≤0.15％、Mg0.26‑0.35％、Zn≤0.05％、Mn0.5‑0.6％、Cu≤0.03％、Ti0.05‑0.15％、Ca≤0.002％、Na≤0.002％、P≤0.002％、Sb≤0.005％、Sr0.010‑0.025％、Cd≤0.01％、Li≤0.001％，余量为Al，本发明专利技术在成分设计、材料选用、净化处理、浇铸工艺等方面进行设计和研究，提供了一种抗拉强度≥220MPa、屈服强度≥130MPa、伸长率≥6.0％，可满足汽车减震塔生产需求的铝合金。

A kind of high performance aluminum alloy for thin wall structure casting and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁结构件铸造用高性能铝合金及其制备方法
本专利技术涉及铝合金
，特别是涉及一种薄壁结构件铸造用高性能铝合金及其制备方法。
技术介绍
随着环保和节能的需求，汽车轻量化设计已经成为世界汽车发展的潮流。汽车轻量化的发展，离不开材料、成型技术、设备、结构设计等相关领域的发展。其中结构件压铸工艺及结构件用材料制造技术是汽车轻量化发展的关键。高性能铝合金结构件材料，因其制作难度大、技术含量高，长久以来，国内结构件用铝合金材料一直依赖于进口，被德国莱茵菲尔德铝业垄断，使得制造成本和使用成本始终居高不下，限制了该类材料在普通车型上的广泛应用和推广。该类材料主要应用于汽车减震塔结构件的生产，汽车用减震塔部件属于车身结构件中较为复杂的大型薄壳铝合金压铸件，是安装在汽车减震器上的顶部金属结构件，用于吸收顶部冲击，同时要承受来自减震器弹簧的作用力。减震塔铸件根据安装位置的不同，可分为前减震塔和后减震塔。整体呈现弧形，且在造型上存在较多纵横交错的加强筋和肋片，同时也存在局部的圆台特征，这些都对压铸过程中的金属液顺序充型造成了困难，也不利于这些圆台筋肋结构中的空气与氧化渣的顺利排出。提供一种结构件用铝合金材料的制备方法，可突破产业化推广技术瓶颈，从而促进高性能结构件用铝合金材料的国产化生产，对推动汽车轻量化发展具有重大意义。
技术实现思路
针对汽车减震塔薄壁多筋、成型困难、韧性要求较高的特点，为满足其要求，本专利技术在成分设计、材料选用、净化处理、浇铸工艺等方面进行设计和研究，提供了一种具有良好的铸造性能和充型能力、较好的延展性、良好的机械加工性、较好的耐腐蚀性、较好的焊接性，且铸造时易于脱模的薄壁结构件铸造用高性能铝合金。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：技术方案一：本专利技术提供一种薄壁结构件铸造用高性能铝合金，由以下重量百分含量的组分组成：Si9.5-11.0％、Fe≤0.15％、Mg0.26-0.35％、Zn≤0.05％、Mn0.5-0.6％、Cu≤0.03％、Ti0.05-0.15％、Ca≤0.002％、Na≤0.002％、P≤0.002％、Sb≤0.005％、Sr0.010-0.025％、Cd≤0.01％、Li≤0.001％，余量为Al。优选的，所述Al、Si和Mg选用纯净度较高的电解铝、工业硅和原生镁锭材料。优选的，为保证杂质Fe、Ca、P等元素尽可能少的带入，材料选用如下：技术方案二：本专利技术提供一种所述的薄壁结构件铸造用高性能铝合金的制备方法，包括以下步骤：炉内除渣包括在750±10℃时，加入清渣剂。优选的，清渣剂的加入量为总投料量的1.25±0.25‰，浇铸前将除气箱预热至400-500℃，浇壶烘烤10-15min，模具预热至30-50℃，浇铸温度720±10℃，浇铸速率40-50HZ。优选的，所述清渣剂的加入方式为以氮气为载体喷吹入铝液内部，然后搅拌、扒渣，可以最大程度去除铝液内的夹杂物。优选的，炉内除气过程包括：铝液温度730±20℃，氮气出口压力0.50±0.10Mpa，除气时间不少于30min。优选的，在线除气过程包括除气机转速420±20RPM，氮气流量15-25LPM，覆盖整个浇铸过程。优选的，炉后过滤过程包括浇铸过程中采用20ppi泡沫陶瓷过滤板进行全过程过滤，去除熔体内残留或因浇铸落差产生的夹杂物。本专利技术所述薄壁结构件铸造用高性能铝合金的制备方法，包括以下步骤：1)投料：叉车叉取料盘，将重熔用铝锭和工业硅分批次加入熔化/合金炉中，开始熔化；2)熔化合金化：熔化加热方式采用蓄热式燃烧系统，铝锭完全熔化后至750℃，加入电解锰并充分搅拌2min，继续升温至780-800℃，达到该温度并保持40-60min，保持期间搅拌2-3次，每次2-3min。3)调整合金化完成后，加入预留电解铝降温料及钛中间，并搅拌1min；加入镁锭，使用工具将镁锭压入铝液液面以下进行熔化，防止过度烧损，熔化完毕并搅拌约5min，调整铝液温度至750±10℃；4)精炼除渣加入1.25±0.25‰比例的清渣剂，加入方式为以氮气为载体喷吹入铝液内部，使其覆盖整个熔池，充分搅拌15min并静置5min，将浮渣扒出，可以最大程度去除铝液内的夹杂物。5)炉内除气铝液温度730±20℃，使用四管除气耙将惰性气体氮气吹入铝液内部，除气耙以“M”型运行轨迹进行往复运动，耙头底部距离炉底100mm以上，氮气压力0.50±0.10Mpa(氮气出口压力)，除气时间不少于30min，流量1.5m3/h。6)静置除气完成后，铝液必须静置10min以上方可进行浇铸。7)炉后在线除气浇铸时铝液自合金炉通过铝液放水口沿流槽流入除气箱，除气箱安装有双转子GBF除气机进行全过程在线除气，除气机转速设定420±20RPM，氮气流量20±5LPM，覆盖整个浇铸过程；8)浇铸铝液浇铸温度710-720℃；浇铸前预热除气箱预热至400-500℃，浇壶烘烤10-15min，模具预热至30-50℃，浇铸温度720±10℃，浇铸速率40-50HZ。铝液自除气箱再流入过滤池，过滤池安装有20ppi泡沫陶瓷过滤板，通过机械阻挡与吸附作用进一步去除杂质，净化铝液；过滤箱后端设置铝液流速控位箱，铝液自过滤箱流入铝液流速控位箱，控位箱连接浇铸机，浇铸机设有激光探头感应反馈装置和自动刮脸机器手，形成闭环+刮脸自动控制系统，利用激光探头感应反馈，自动调节液位杆高度，实现铝液流速均衡、铸锭大小均匀，每条产品铸锭重量可控制在5.5±0.2kg；浇铸线采用水浸式浇铸系统，浇铸过程铸锭模具底部浸于水中，保持模具温度始终处于100-150℃，浇铸速度设置35HZ。本专利技术具有以下技术效果：针对汽车减震塔薄壁多筋、成型困难、韧性要求较高的特点，本专利技术提供了一种薄壁结构件铸造用高性能铝合金，具有以下优点：1.成分设计方面：根据铸件的特点和铸造、加工要求，合理选择Si、Mn、Mg等元素的内控范围；研究可使合金具有更高性能的强化机制和方法，如AlTiB、AlSr等细化剂、变质剂的添加比例；按要求严格控制微量元素Ca、Na、P等杂质元素的范围，提供了一种具有良好的铸造性能和充型能力、较好的延展性、良好的机械加工性、较好的耐腐蚀性、较好的焊接性，且铸造时易于脱模的薄壁结构件铸造用高性能铝合金；2.材料选用方面：依据成分设计结果，选用纯净度较高的电解铝、工业硅和原生镁锭材料，保证杂质Fe、Ca、P等元素尽可能少的带入；硅Si：Al-Si系合金中Si是主要合金化元素。Si可改善合金的流动性，降低热裂倾向，减少疏松，提高气密性。硅从共晶到过共晶都能得到最好的流动性，但结晶析出的硅(Si)易形成硬点，使切削性变差，所以一般都不让它超过共晶点。另外，硅(Si)可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温强度，但会使延伸率降低。铁Fe：Fe在铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄壁结构件铸造用高性能铝合金，其特征在于，由以下重量百分含量的组分组成：Si9.5-11.0％、Fe≤0.15％、Mg0.26-0.35％、Zn≤0.05％、Mn0.5-0.6％、Cu≤0.03％、Ti0.05-0.15％、Ca≤0.002％、Na≤0.002％、P≤0.002％、Sb≤0.005％、Sr0.010-0.025％、Cd≤0.01％、Li≤0.001％，余量为Al。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄壁结构件铸造用高性能铝合金，其特征在于，由以下重量百分含量的组分组成：Si9.5-11.0％、Fe≤0.15％、Mg0.26-0.35％、Zn≤0.05％、Mn0.5-0.6％、Cu≤0.03％、Ti0.05-0.15％、Ca≤0.002％、Na≤0.002％、P≤0.002％、Sb≤0.005％、Sr0.010-0.025％、Cd≤0.01％、Li≤0.001％，余量为Al。


2.根据权利要求1所述的一种薄壁结构件铸造用高性能铝合金，其特征在于，所述Al、Si和Mg选用纯净度较高的电解铝、工业硅和原生镁锭材料。


3.一种权利要求1-2任一项所述的薄壁结构件铸造用高性能铝合金的制备方法，其特征在于，炉内除渣包括在750±10℃时，加入清渣剂。


4.根据权利要求3所述的薄壁结构件铸造用高性能铝合金的制备方法，其特征在于，清渣剂的加入量为总投料量的1.25±0.25‰，浇铸前将除气箱预热至400-500℃，浇壶烘...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭军辉，叶艳平，赵玉兵，刘钊，马洪友，
申请(专利权)人：保定隆达铝业有限公司，隆达铝业顺平有限公司，广东隆达铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13