一种高强韧重力铸造铝合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高强韧重力铸造铝合金及其制备方法和应用，所述铝合金包括Mg2Si相、Al2Si5CuMg4相、MgZn2相和Al3Zr相，其中，按照质量百分比计算，所述Mg2Si相的含量为0.1%~3.0%，Al2Si5CuMg4相的含量为0.01%~1.5%，MgZn2相的含量为0.01%~1.5%，Al3Zr相的含量为0.001%~1.2%；还同时含有Cr和Ti，且0＜Zr+Cr+Ti＜1.2%；还含有稀土元素RE，所述RE包括La、Ce和Y，且La、Ce和Y的质量比为（1~5）：1：1。1。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧重力铸造铝合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及金属材料
，具体涉及一种高强韧重力铸造铝合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，汽车轻量化是汽车产业变革的确定趋势，铝合金是中短期轻量化的最可行方案，汽车轻量化是实现节能减排的重要途经之一。双碳背景下，占据全球碳排放前列的汽车行业势必成为节能减排的工作重点。燃油车中汽车燃料中的60％用于负荷车辆自重，质量普遍比燃油车高100
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200kg的新能源汽车消耗更大比例的能量于负荷自重。根据欧洲铝协，燃油汽车每减重100kg，每百公里可以降低0.3
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0.6L油耗，纯电汽车每减重10kg，可提升2.5km续航，轻量化是节能减排的有效手段。
[0003]材料轻量化是汽车减重的重要方式，铝合金性能优越，是现阶段最可行的轻量化材料。常见的轻量化材料主要包括高强度钢、铝合金、镁合金和碳纤维等，其中铝合金、高强度钢的份额较高。高强度钢板质量仍相对较重，镁合金研发技术水平有待提升，碳纤维汽车部件成本昂贵，铝合金材料仍是目前轻量化材料的最优选择。铝合金材料具有轻质高强的天然优势，加工性能好，具卓越的成型性，是轻量化实现的有效手段，中短期最具大规模使用可能性。以铸造铝合金固定卡钳为例，与传统铸铁产品相比，可减重约40
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50％。
[0004]目前用于汽车底盘或相关重要受力结构件的铝合金材料用量最大的是A356(AlSi7Mg0.3)，A356通过重力浇铸或低压铸造后，采用T6热处理，屈服强度可达210MPa,抗拉强度290MPa，断后延伸率4％左右，目前这类铝合金主要用于汽车车轮轮毂、底盘前后副车架、转向节、控制臂等等一系列重要零部件。但这类铝合金材料对于制造刹车卡钳而言，A356材料的强韧性仍然是不够的，因为刹车卡钳为一体式固定卡钳，如果采用铝合金铸造方式成型，相对于变形铝锻造方式将大大降低生产成本，但这类部件对材料的强度有较高的要求，而目前A356铝合金材料的强度和韧性难以满足这类部件的需求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种高强韧重力铸造铝合金，以解决现有技术铝合金材料力学性能难以满足刹车卡钳性能需要的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种高强韧重力铸造铝合金，所述铝合金包括Mg2Si相、Al2Si5CuMg4相、MgZn2相和Al3Zr相，其中，按照质量百分比计算，所述Mg2Si相的含量为0.1％～3.0％，Al2Si5CuMg4相的含量为0.01％～1.5％，MgZn2相的含量为0.01％～1.5％，Al3Zr相的含量为0.001％～1.2％；还同时含有Cr和Ti，且0＜Zr+Cr+Ti＜1.2％；还含有稀土元素RE，所述RE包括La、Ce和Y，且La、Ce和Y的质量比为(1～5)：1：1。
[0008]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0009]1、与现有常规铸造铝合金相比，本专利技术铝合金材料在对铝合金内部强化相进行深
入研究，并进行了进一步优化，使得材料微观组织均匀，晶粒细密且大小均匀，同时共晶硅变质效果更加优良，从而使得到的铝合金材料具有更高的强度和断后延伸率，对本专利技术所述铝合金材料铸造得到固定卡钳本体取样检测，其性能达到了：屈服强度超过310MPa，抗拉强度超过330MPa，断后延伸率大于4％，从而能够满足制造车用固定卡钳对材料性能的要求。
[0010]2、本专利技术从原料控制、合金配比控制、铝液变质控制、铝液熔体净化控制、过程浇铸控制、工业热处理工艺控制等多个方面进行控制，使铸造的固定卡钳本体材料达到高强韧性。在制备工艺上本专利技术的铸造铝合金材料，采用熔炼过程中原料分批加入熔炼，阶梯熔化工艺，使得合金元素分布均匀，材料合金化彻底，同时在浇铸过程控制浇铸工艺和热处理过程热处理参数，使得铸造固定卡钳铝合金材料中合金元素发挥出最大作用，最终使浇铸的固定卡钳本体材料达到高强韧性的性能指标。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例1力
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位移拉伸曲线图。
[0012]图2为本专利技术实施例1铸造固定卡钳铝合金金相组织100倍图片。
具体实施方式
[0013]下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0014]一、实施例和对比例
[0015]本专利技术提供了一种高强韧重力铸造铝合金，所述铝合金包括Mg2Si相、Al2Si5CuMg4相、MgZn2相和Al3Zr相，其中，按照质量百分比计算，所述Mg2Si相的含量为0.1％～3.0％，Al2Si5CuMg4相的含量为0.01％～1.5％，MgZn2相的含量为0.01％～1.5％，Al3Zr相的含量为0.001％～1.2％；还同时含有Cr和Ti，且0＜Zr+Cr+Ti＜1.2％；还含有稀土元素RE，所述RE包括La、Ce和Y，且La、Ce和Y的质量比为(1～5)：1：1。
[0016]本专利技术对铸造铝合金进行了深入研究，对于Al
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Si
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Mg
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Ti
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RE
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Sr系材料的强度而言，不同的金属元素之间会在铝合金内部形成不同的强化相，这些强化相会对铝合金的力学性能带来完全不同的影响。其中，形成的Mg2Si相、Al2Si5CuMg4相、MgZn2相、Al3Zr相都能够从不同角度为铝合金的力学性能带来不同的影响，在对铸造铝合金的结构进行研究后发现，力学性能优异的铝合金其中部分强化相的含量都达到了一定的数量，这是因为数量足够多的强化相能够为铝合金带来满足需求的力学性能，所以Mg2Si相的含量为0.1％～3.0％，Al2Si5CuMg4相的含量为0.01％～1.5％，MgZn2相的含量为0.01％～1.5％，Al3Zr相的含量为0.001％～1.2％。但如何使铝合金中能够形成上述数量的强化相，从而使铝合金的力学性能满足要求，如何实现这一控制则需要从原料组分含量和制备方法同时入手。
[0017]首先，β相(Mg2Si)相和W相(Al2Si5CuMg4)是在时效处理时弥散析出的，这二者能够显著提高合金强度。这其中作为用量最大的硅元素，其主要效果是增加铝合金的流动性，同时降低铸造铝合金凝固时的体积收缩率，硅在设定的范围内能够提高铸造铝合金强度，但硅含量过高则会明显降低铝合金材料塑性，对于强度基本不会提供有利的影响；同时，还需要硅元素在浇筑过程中形成足够的共晶组织，即凝固过程的共晶反应充足，能够保证材料的流动性，硅元素的用量保持在5.0～10.0wt％之间，进一步优选为5.0～9.5wt％。
[0018]其次，虽然硅元素用量最大，但对于铝合金强度的影响，则是镁元素的影响最大，硅元素次之，铜元素最小，为了确保铝合金在制备时形成足够的β相和W相，镁元素的含量一定要足够，控制在0.001～1.0wt％，进一步优选在至少0.5wt％之上；同时，也需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧重力铸造铝合金，其特征在于，所述铝合金包括Mg2Si相、Al2Si5CuMg4相、MgZn2相和Al3Zr相；其中，按照质量百分比计算，所述Mg2Si相的含量为0.1%~3.0%，Al2Si5CuMg4相的含量为0.01%~1.5%，MgZn2相的含量为0.01%~1.5%，Al3Zr相的含量为0.001%~1.2%；还同时含有Cr和Ti，且Zr、Cr和Ti的质量百分比满足以下关系式：0＜Zr+Cr+Ti＜1.2%；还含有稀土元素RE，所述RE包括La、Ce和Y，且La、Ce和Y的质量比为（1~5）：1：1。2.根据权利要求1所述高强韧重力铸造铝合金，其特征在于，所述RE包括La、Ce和Y，且La、Ce和Y的质量比为（1~5）:1:1。3.根据权利要求1所述高强韧重力铸造铝合金，其特征在于，按照质量百分比计算包含如下组分：Si：5.0～10.0wt％、Cu：0.001~0.5wt％、Mg：0.001~1.0wt％、Zn：0.001~0.5wt％、Fe：0.003～0.8wt％、Ti：0.001～0.5wt％、Cr：0.001~0.4wt％、Zr：0.001~0.3wt％、Sr：0.001～0.055wt％、RE：0.001～0.55wt％、其他不可避免杂质元素总和不大于0.3wt％，余量为铝。4.根据权利要求3所述高强韧重力铸造铝合金，其特征在于，按照质量百分比计算包含如下组分：Si：5.0～9.5wt％、Cu：0.002~0.45wt％、Mg：0.5~1.0wt％、Zn：0.01~0.4wt％、Fe：0.003～0.2wt％、Ti：0.1～0.45wt％、Cr：0.001~0.35wt％、Zr：0.001~0.3wt％、Sr：0.01～0.05wt％、RE：0.004～0.45wt％、其他不可避免杂质元素总和不大于0.3wt％，余量为铝。5.根据权利要求1所述高强韧重力铸造铝合金，其特征在于，所述Cu和Mg的质量比为1：（2~60）。6.一种高强韧重力铸造铝合金的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧发强，
申请(专利权)人：重庆慧鼎华创信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：