一种高强韧低Si含量的铸造铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高强韧低Si含量的铸造铝合金及其制备方法，所述铝硅系合金，按质量百分比计，成分组成如下：Si：4.5～7％，Mg：0.4～0.7％，Cu：0.2～0.5％，RE：0.1～0.4％，Cr：0.15～0.35％，Fe≤0.15％，Ti：0.01～0.05％，Sr：0.001～0.004％，B：0.001～0.004％，所述稀土元素选自Ce和/或La，余者是铝及不可避免的杂质。所述制备方法，通过将原料熔炼所得熔体置于永磁搅拌装置上，对熔体进行永磁搅拌处理后浇铸得到铸造铝合金。本发明专利技术通过调节合金中元素配比，采用多元素变质耦合独特的磁场搅拌技术，调控合金的凝固组织，解决铝硅合金中析出相粗大的问题，进而得到一种高强韧Si含量的铸造铝合金。本发明专利技术提供的方法工艺简单，操作方便，安全可靠，成本低廉，应用前景广阔。应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧低Si含量的铸造铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高强韧低Si含量的铸造铝合金及其制备方法，属于铝合金制备


技术介绍

[0002]研究表明，汽车燃料的60％消耗源于自重，降低汽车自重是减少能源消耗，降低污染排放的重要途径。轻量化、高安全性和绿色化是汽车工业发展的重要方向。随着我国新能源汽车产业的持续快速发展，国内各大乘用车制造商对轻质高强新材料的需求逐渐增大。
[0003]铝硅合金具有密度小、强度高、导热性能好、热膨胀系数小等诸多优点，可以减轻重量、减少磨损、减少润滑油消耗、降低活塞间隙，满足取代传统的钢铁材料的条件。但目前，铝合金的应用多限于不动的部件，如车体、缸体、缸盖等。对于运动部件或重要受力结构件，对力学性能要求较高，如强度、塑性和断裂韧性等，目前常用的材料还是钢铁材料。
[0004]当铝硅合金中Si含量过高，凝固过程中Si相会率先析出，合金中容易出现粗大的初生Si相，恶化产品性能。相应地，高硅含量的铝硅合金具有优良的耐磨性，可被用于汽车气缸、活塞等零部件。当铝硅合金中Si含量低于共晶点时，Si通常以共晶Si相析出，合金线收缩率小，热裂倾向低，气密性好，可被用于生产汽车轮毂、引擎架、转向节等中高强度汽车零部件和汽车变速箱壳、减震器、减震器盖等。但在未处理的铝硅合金中，其共晶Si相呈细长针状，极大危害合金的强韧性，不利于其生产利用。
[0005]现有中国专利CN112143945A一种多种复合稀土元素的高强韧性铸造铝硅合金及其制备方法，通过加入复合稀土元素和多种细化剂，并强化固溶处理和多级时效处理，提高Al
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Si
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Mg合金的塑性和韧性。该方法通过变质及多次热处理得到细小的凝固组织和较高的强度，工艺较为复杂。现有中国专利CN103469028A一种稀土元素镨合金化铝硅合金及制备方法，利用单一稀土结合超声处理变性铝硅合金，硅含量控制在9.0～12.0％，熔体浇铸前保温31～180min，保温时间过长，耗能较高。现有中国专利CN108220703A一种石墨烯和稀土协同强化的铸造铝硅合金及其制备方法，通过石墨烯和稀土协同对铸造铝硅合金性能改性，但石墨烯成本极高，不利于工业化实施。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种高强韧低Si含量的铸造铝合金及其制备方法。本专利技术通过在铝合金中，加入低含量的Si，加入一定比例Mg、Cu、Cr、Fe元素，和微量的Ti、Sr和B元素，辅以稀土变质及永磁搅拌工艺，有效控制合金凝固组织，本专利技术的制备工艺简便，合金性能优良，成本较低，具有广阔的应用前景。
[0007]本专利技术一种高强韧低Si含量的铸造铝合金，所述铸造铝合金，按质量百分比计，成分组成如下：Si：4.5～7％，Mg：0.4～0.7％，Cu：0.2～0.5％，RE：0.1～0.4％，Cr：0.15～0.35％，Fe≤0.15％，Ti：0.01～0.05％，Sr：0.001～0.004％，B：0.001～0.004％，所述RE(稀土元素)选自Ce和/或La，余者是铝及不可避免的杂质。
[0008]优选的方案，杂质含量小于0.2％。
[0009]本专利技术的铸造铝合金，加入合金元素Mg、Cu、Cr、Fe，一方面Mg、Cu、Cr会固溶到铝基体中提高基体强度，一方面形成镁硅相、铝铜镁相、铝铜镁硅相、富铁相，均匀分在在基体中，实现析出相强化。另外，加入稀土元素和微量的Ti、Sr和B元素，引入异质形核相如Al3La、Al4Ce、Al3Ti、Ti2B等细化铝基体；Sr和Re元素在Si相处的聚集也会限制Si相生长，细化Si相，提高合金的强韧性，在上述元素成份的协同下，终是使得铸造铝合金具有优异的强韧性。
[0010]优选的方案，所述铸造铝合金中，Cr与Fe质量比为1～3。
[0011]专利技术人发现，将Cr与Fe质量比控制为1～3，可以使最终的材料的强韧性最优，因为Cr作为Fe的有效中和元素，对粗大的β
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Fe相有很好的变质作用。但是若Cr/Fe质量比过低，Mn变质作用弱，易形成β
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Fe相，呈粗大针状或空间片状，易撕裂基体降低合金的强韧性。若Cr/Fe质量比过高，Fe相得到很好控制，但富余的Cr元素会增加合金的淬火敏感性和制备成本。
[0012]优选的方案，所述铸造铝合金中，Ti与B质量比为5～10。
[0013]专利技术人发现，将Ti与B质量比控制为5～10，可以使最终的材料的强韧性最优，Ti元素能有效细化初生铝，加入适量的B元素，会强化Ti的细化作用；若加入B元素过多，会恶化Sr的变质作用。
[0014]优选的方案，所述铸造铝合金中，Sr与B质量比为1～2。
[0015]专利技术人发现，将Sr与B质量比控制为1～2，最终对于基体的强化效果最优，Sr的加入能够有效细化Si相，B的加入能够细化基体。但是，若Sr/B质量比过低，B会与Sr反应生成Sr6B，降低Sr的变质作用。若Sr/B质量比过高，B的含量较少，与Ti的协同作用减弱。
[0016]优选的方案，所述铸造铝合金，按质量百分比计，成分组成如下：Si：6～8％，Mg：0.5～0.7％，Cu：0.3～0.5％，RE：0.2～0.3％，Cr：0.15～0.30％，Fe：0.1～0.15％，Ti：0.02～0.04％，Sr：0.003～0.004％，B：0.003～0.004％，所述RE选自Ce和/或La，余者是铝及不可避免的杂质。
[0017]优选的方案，所述RE选自La。当RE选自La时，具有更优的合金性能。
[0018]本专利技术一种高强韧Si含量的铸造铝合金的制备方法，包括如下步骤：按设计比例配取铝源、硅源、镁源、铜源、铁源、铬源，混合均匀获得混合料，通入氩气排出空气，熔炼，获得熔体A，开启永磁搅拌装置，对熔体施加永磁搅拌处理；然后加入稀土源、钛源、锶源、硼源，保温，获得熔体B，降温，停止施加永磁搅拌处理，停止通入氩气，浇铸，得到铸造铝合金。
[0019]本专利技术的制备过程，通过在熔炼中通过控制元素的加料次序，以及在熔炼过程中施加永磁搅拌，最终获得了组织匀匀细化的合金铸坯，析出相弥散均匀的分布在基体中，所得铸造铝合金具有优异的力学性能。
[0020]优选的方案，所述铝源选自纯铝块、再生铝、铝合金块中的至少一种，所述铝合金块为铝与Si、Cu、Mg、Fe、Cr中的至少一种组成的合金块。如高铁铝硅合金、再生铝、铝铜合金、铝镁合金块等。
[0021]优选的方案，所述硅源选自硅合金块，所述硅合金块为硅与Al、Cu、Mg、Ti中的至少一种组成的合金块。如高铁铝硅合金。
[0022]优选的方案，所述铜源选自纯铜块、铜合金块中的至少一种，所述铜合金块为铜与
Si、Mg、Al、Fe中的至少一种组成的合金块。如铝铜合金等。
[0023]优选的方案，所述镁源选自纯镁块、镁合金块中的至少一种，所述镁合金块为镁与Si、Cu、Al、Fe中的至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧低Si含量的铸造铝合金，其特征在于：所述铸造铝合金，按质量百分比计，成分组成如下：Si：4.5～7％，Mg：0.4～0.7％，Cu：0.2～0.5％，RE：0.1～0.4％，Cr：0.15～0.35％，Fe≤0.15％，Ti：0.01～0.05％，Sr：0.001～0.004％，B：0.001～0.004％，余者是铝及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种高强韧低Si含量的铸造铝合金，其特征在于：所述铸造铝合金中，Cr与Fe质量比为1～3；所述铸造铝合金中，Ti与B的质量比为5～10；所述铸造铝合金中，Sr与B的质量比为1～2。3.根据权利要求1或2所述的一种高强韧低Si含量的铸造铝合金，其特征在于：所述铸造铝合金，按质量百分比计，成分组成如下：Si：6～8％，Mg：0.5～0.7％，Cu：0.3～0.5％，RE：0.2～0.3％，Cr：0.15～0.30％，Fe：0.1～0.15％，Ti：0.02～0.04％，Sr：0.003～0.004％，B：0.003～0.004％，所述RE选自Ce和/或La，余者是铝及不可避免的杂质。4.权利要求1
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3任意一项所述的一种高强韧低Si含量的铸造铝合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：按设计比例配取铝源、硅源、镁源、铜源、铁源、铬源，混合均匀获得混合料，通入氩气排出空气，熔炼，获得熔体A，开启永磁搅拌装置，对熔体施加永磁搅拌处理；然...

【专利技术属性】
技术研发人员：王万林，曾杰，彭健飞，甘培原，曹佳艺，朱晨阳，黄道远，翼军宇，韦德仕，何俞松，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：