本发明专利技术公开一种汽车用轻量化高强韧铝合金材料及其流变压铸工艺，涉及高性能铝合金加工技术领域。本发明专利技术用于解决熔炼的合金成分无法进一步提高铝合金材料的强度和断后伸长率，流变压铸时不能通过多种方式来加速球状组织的凝固和细小化的技术问题。该铝合金材料由铝硅合金锭、铝锰合金锭、铝铁合金锭、铝铜合金锭经熔炼得到合金熔体，合金熔体经含固态流变成型得到含固态流变浆料，含固态流变浆料经流变压铸得到该铝合金材料；产生的含铁相由片状或针状组织变为细密的球状组织；合金熔体内大量细小的形核质点凝固为细小球状组织，经检测该铝合金材料的抗拉强度大于330MPa，屈服强度大于240MPa，断后伸长率A50mm大于7％。断后伸长率A50mm大于7％。断后伸长率A50mm大于7％。
【技术实现步骤摘要】
汽车用轻量化高强韧铝合金材料及其流变压铸工艺
[0001]本专利技术涉及高性能铝合金加工
，具体涉及汽车用轻量化高强韧铝合金材料及其流变压铸工艺。
技术介绍
[0002]高性能铝合金是实现轻量化的重要基础材料，压铸工艺是一种针对形状复杂大批量生产的精密铸造方法，普通压铸合金的延伸率一般在1
‑
3％左右，屈服强度在140MPa左右。目前，我国汽车轻量化取得较大发展，但国内汽车企业在高端产品的材料、制造工艺等方面存在技术瓶颈，被国外公司占据了大部分汽车高端产品市场。在这种紧迫形势下，积极开展汽车用高强韧压铸产品的研发，促进压铸产品技术升级，已成为业界亟待解决的重大难题。
[0003]对于Al
‑
Si系合金而言，成分、组织状态以及铸造工艺都对其性能有很大的影响。合金化是提高材料强度的重要手段，但材料强度的提高往往伴随着韧性下降。含固态流变成型技术指在合金液相线微过冷或微过热区间内，对合金熔体施加能量，造成起伏
‑
耗散效应，合金凝固组织为球状，材料具有较高的韧性。现有技术(CN105331909B)公开了一种半固态铝硅合金流变压铸件无泡热处理强化工艺，该工艺包括如下步骤：熔炼、制备半固态浆料、流变压铸、铸件淬火、人工时效处理。工艺没有经过高温固溶处理，只经过人工时效处理，制得的铸件无需担心产生气泡，大大降低产品的报废率；工艺制得铸件的本体力学性能同样也能达到要求。但是研究发现，存在以下技术问题：熔炼的合金成分无法进一步提高铝合金材料的强度和断后伸长率，流变压铸时不能通过多种方式来加速球状组织的凝固和细小化。
[0004]针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种汽车用轻量化高强韧铝合金材料及其流变压铸工艺，用于解决现有技术中熔炼的合金成分无法进一步提高铝合金材料的强度和断后伸长率，流变压铸时不能通过多种方式来加速球状组织的凝固和细小化的技术问题。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]汽车用轻量化高强韧铝合金材料，该铝合金材料由铝硅合金锭、铝锰合金锭、铝铁合金锭、铝铜合金锭经熔炼得到合金熔体，合金熔体经含固态流变成型得到含固态流变浆料，含固态流变浆料经流变压铸得到该铝合金材料；合金熔体由以下重量百分比的元素组成：9.6～11.7％Si、0.6～1.3％Mn、1.2～1.8％Cu、0.12～0.18％Fe，余量为Al。
[0008]进一步的，所述合金熔体的保温温度为650～670℃，固态流变成型的温度为240～270℃，含固态流变浆料的固相率为5～15％。
[0009]汽车用轻量化高强韧铝合金材料的流变压铸工艺，包括以下步骤：
[0010]熔炼：按照元素百分比称取铝硅合金锭、铝锰合金锭、铝铁合金锭、铝铜合金锭，熔
化至液态后于650～670℃保温，惰性气体除气、精炼除渣得到合金熔体；
[0011]含固态流变成型：合金熔体注入含固态流变成型压射装置内，经过含固态流变成型得到含固态流变浆料；
[0012]压铸：含固态流变浆料通过含固态流变成型压射装置压入与铝合金材料形状尺寸适配的金属压铸模具内，压铸、脱模得到该铝合金材料。
[0013]进一步的，所述含固态流变成型的具体过程为：合金熔体从含固态流变成型压射装置的进料口注入后流入流变成型腔内；开启超声波发生器和振动电机，振动电机的振动作用经振动板、支撑柱传导至流变成型腔内，使得流变成型腔内的合金熔体受到低频振动；液压油缸的活塞杆带动移动板沿导柱向外移动，移动板移动的过程中带动驱动电机向外移动，使得剪切叶片相对流变成型室中轴线垂直的方向对合金熔体进行剪切，同时驱动电机通过联轴器驱动搅拌轴和剪切叶片转动，剪切叶片相对流变成型室中轴线平行的方向对合金熔体进行剪切；合金熔体在剪切、振动作用下其内的形核质点凝固为细小球状组织，得到含固态流变浆料。
[0014]进一步的，所述含固态流变浆料通过含固态流变成型压射装置压入的具体过程为：开启调节阀门，含固态流变浆料经出料口、接料口流入压射料筒内腔，将其内腔的空气排出，即将填满内腔后，压射油缸驱动压射头伸缩，含固态流变浆料在推动力下经压射管压入压铸模具内。
[0015]进一步的，所述含固态流变成型压射装置包括水平设置的压射料筒，压射料筒的上方设有流变成型室，流变成型室的主体呈圆柱状且其中轴线与压射料筒中轴线的夹角为45
°
；流变成型室的顶部设有进料口，底部设有出料口，流变成型室的内部设有流变成型腔。
[0016]进一步的，所述流变成型室远离压射料筒侧的外壁设有移动板，移动板的外侧设有定位板，定位板的内侧对称设有两个贯穿移动板并延伸至流变成型室内的导柱，导柱与定位板滑动连接并与流变成型室固定连接；移动板的轴心固定有液压油缸，液压油缸的活塞杆端部伸入定位板且与定位板固定连接；移动板的外壁固定有多个驱动电机，驱动电机通过联轴器连接有贯穿隔热层、保温层并延伸至流变成型腔内的搅拌轴，搅拌轴位于流变成型腔内部的外围通过轴套固定有剪切叶片。
[0017]进一步的，所述流变成型腔靠近压射料筒侧的外壁设有多个超声波发生器；流变成型室内设有若干个除气机构，除气机构包括除气管、除气头，除气管贯穿定位板、移动板、隔热层和保温层后延伸至流变成型腔内，除气头呈圆锥状且设于除气管靠近定位板的一端，除气头倾斜朝上设置；除气头与除气管的内腔连通，除气管位于流变成型腔内的一端设有第一过滤网，除气头远离除气管的一侧设有第二过滤网。
[0018]进一步的，所述流变成型室靠近压射料筒的一侧设有振动板，振动板的中轴线与流变成型室的中轴线平行；振动板与流变成型室的外壁之间连接有多个支撑柱，支撑柱的外围缠绕设置有压缩弹簧；振动板背离支撑柱的一侧通过L形板固定有振动电机；振动板背离支撑柱一侧靠上部位与压射料筒之间连接有第一气缸，流变成型室的底部与压射料筒之间连接有倾斜的限位板，限位板与流变成型室之间连接有第二气缸。
[0019]进一步的，所述出料口上设有调节阀门，压射料筒的一侧延伸设有压射管，压射管的顶部设有与出料口对接的接料口；压射料筒内腔远离压射管的一侧设有压射油缸，压射油缸的端部连接有压射头，压射头内设有刮料电机，刮料电机的电机轴伸出压射头后连接
有与压射料筒内壁接触的刮料板。
[0020]本专利技术具备下述有益效果：
[0021]1、本专利技术的铝合金材料，由多种铝合金锭经熔炼、含固态流变成型、压铸得到，严格控制Al、Si、Mn、Cu、Fe元素的含量，以Al
‑
Si合金为基础合金，Cu元素加入能够增加合金中溶质原子的数目，增加固溶强化效果，提高合金强度；Mn元素加入能够使合金中形成α
‑
Al
x
Mn
y
Si
z
相，有效阻碍晶内位错滑移而产生塞积；在Cu、Mn作用下Fe形态得到很大改善，产生的含铁相由片状或针状组织变为细密的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.汽车用轻量化高强韧铝合金材料，其特征在于，该铝合金材料由铝硅合金锭、铝锰合金锭、铝铁合金锭、铝铜合金锭经熔炼得到合金熔体，合金熔体经含固态流变成型得到含固态流变浆料，含固态流变浆料经流变压铸得到该铝合金材料；合金熔体由以下重量百分比的元素组成：9.6～11.7％Si、0.6～1.3％Mn、1.2～1.8％Cu、0.12～0.18％Fe，余量为Al。2.根据权利要求1所述的一种汽车用轻量化高强韧铝合金材料，其特征在于，所述合金熔体的保温温度为650～670℃，固态流变成型的温度为240～270℃，含固态流变浆料的固相率为5～15％。3.汽车用轻量化高强韧铝合金材料的流变压铸工艺，其特征在于，包括以下步骤：熔炼：按照元素百分比称取铝硅合金锭、铝锰合金锭、铝铁合金锭、铝铜合金锭，熔化至液态后于650～670℃保温，惰性气体除气、精炼除渣得到合金熔体；含固态流变成型：合金熔体注入含固态流变成型压射装置内，经过含固态流变成型得到含固态流变浆料；压铸：含固态流变浆料通过含固态流变成型压射装置压入与铝合金材料形状尺寸适配的金属压铸模具内，压铸、脱模得到该铝合金材料。4.根据权利要求3所述的汽车用轻量化高强韧铝合金材料的流变压铸工艺，其特征在于，所述含固态流变成型的具体过程为：合金熔体从含固态流变成型压射装置的进料口(21)注入后流入流变成型腔(3)内；开启超声波发生器(29)和振动电机(15)，振动电机(15)的振动作用经振动板(11)、支撑柱(12)传导至流变成型腔(3)内，使得流变成型腔(3)内的合金熔体受到低频振动；液压油缸(7)的活塞杆带动移动板(4)沿导柱(6)向外移动，移动板(4)移动的过程中带动驱动电机(41)向外移动，使得剪切叶片(45)相对流变成型室(2)中轴线垂直的方向对合金熔体进行剪切，同时驱动电机(41)通过联轴器(42)驱动搅拌轴(43)和剪切叶片(45)转动，剪切叶片(45)相对流变成型室(2)中轴线平行的方向对合金熔体进行剪切；合金熔体在剪切、振动作用下其内的形核质点凝固为细小球状组织，得到含固态流变浆料。5.根据权利要求3所述的汽车用轻量化高强韧铝合金材料的流变压铸工艺，其特征在于，所述含固态流变浆料通过含固态流变成型压射装置压入的具体过程为：开启调节阀门(23)，含固态流变浆料经出料口(22)、接料口(24)流入压射料筒(1)内腔，将其内腔的空气排出，即将填满内腔后，压射油缸(25)驱动压射头(26)伸缩，含固态流变浆料在推动力下经压射管(19)压入压铸模具内。6.根据权利要求3所述的汽车用轻量化高强韧铝合金材料的流变压铸工艺，其特征在于，所述含固态流变成型压射装置包括水平设置的压射料筒(1)，压射料筒(1)的上方设有流变成型室(2)，流变成型室(2)的主体呈圆柱状且其中轴线与压射料筒(1)中轴线的夹角为45
°
；流变成型室(2)的顶部设有进料口(21)，底部...
【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，王栋，魏武斌，
申请(专利权)人：安徽永茂泰铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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