一种高强韧压铸铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于有色金属材料及其加工领域，具体涉及一种高强韧压铸铝合金及其制备方法。所述压铸铝合金按质量百分数计包括如下元素：4.0

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧压铸铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于有色金属材料及其加工领域，具体涉及一种高强韧压铸铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金是目前应用的最广泛的轻质结构材料之一，具有密度低、力学性能佳、加工性能好等特点，在交通运输、航空航天领域具有广泛的应用。近年来，随着碳达峰、碳中和以及节能减排等政策的实施，汽车轻量化领域对具有较高强韧性的铝合金需求越来越大，且铝合金在汽车领域的应用多以铸造铝合金为主。因此，急需开发一种适应于汽车轻量化领域应用的具有良好铸造性能的新型高强韧铸造铝合金。
[0003]目前，铸造铝合金主要以Al
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Si系铝合金为主，虽然Al
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Si系铝合金具有较好的铸造性能，但是合金强度中等、塑性较差。通过合金化的方式虽然可以进一步改善Al
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Si系铝合金的强度和韧性，但是改善效果有限。Al
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Mg系铝合金具有较好的强度和塑性以及良好的耐蚀性，但是其铸造性能较差。针对这一问题，中国专利CN108754256A通过向Al
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Mg系铝合金添加Si元素，有效改善了合金的铸造性能，开发了一种硅含量较低的非热处理强化的高强韧压铸铝镁硅系铝合金。另外，德国莱茵公司开发的Magsimal
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59合金(专利公开号：EP0853133B1)，该合金具有较好的强韧性组合。但是，目前应用的Al
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Mg
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Si系铝合金，添加硅后容易形成共晶硅、初晶硅以及Mg2Si，并且随着硅含量的增加，其含量和尺寸也相应增加，虽然在一定程度上改善了合金的铸造性能，但是并不利于合金力学性能的改善。因此，对于目前商用的Al
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Mg
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Si系铝合金而言，为了避免形成初晶硅和共晶硅，合金中Mg/Si的质量比都控制在1.73以上，因而合金中硅含量相对较低(2wt.％左右)。但是如果能够在提升合金中硅含量改善合金铸造性能的同时，细化变质合金中形成的共晶硅、初晶硅以及Mg2Si，则可以达到既大幅改善合金铸造性能，又能改善合金力学性能的双赢目的。压铸合金的冷却速度快，性能优良，但对合金的铸造性能要求较高。
[0004]因此，开发一种既具有较好铸造性能又有良好强韧性的铸造铝合金，能够促进压铸铝合金的发展应用。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种既具有较好铸造性能又有良好强韧性的压铸铝合金及其制备方法。通过增加合金中Si含量改善合金的铸造性能，同时增加合金中Mg含量改善合金的力学性能，制备一种合金中同时包含共晶硅、初晶硅以及Mg2Si强化相的铸造铝合金，并通过稀土(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb、Y中的一种或几种)和锶对共晶硅、初晶硅以及Mg2Si进行细化变质处理，研究其制备工艺及方法，制备一种适应于压铸生产的压铸铝合金。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种高强韧压铸铝合金，所述压铸铝合金由按质量百分数计包括如下元素：4.0
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7.0wt.％的Mg，5.0
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9.0wt.％的Si，0.5
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0.7wt.％的Mn，0.1
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0.2wt.％的Ti，0.01
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0.04wt.％的Sr，0.15
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0.5wt.％的RE，所述RE元素选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb和Y中的一种或几种，其它杂质总量和小于或等于0.3wt.％，余量为Al。
[0007]优选地，本专利技术提供的一种高强韧压铸铝合金按质量百分数计包括如下元素：6.0
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7.0wt.％的Mg，7.0
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9.0wt.％的Si，0.5
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0.7wt.％的Mn，0.1
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0.2wt.％的Ti，0.02
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0.04wt.％的Sr，0.3
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0.5wt.％的RE，所述RE元素选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb和Y中的一种或几种，其它杂质总量和小于或等于0.3wt.％，余量为Al；更优选地，所述RE元素的元素组合例如为：
[0008]a.La、Ce和Y中的一种或几种；
[0009]b.Nd、Sm和Yb；
[0010]c.Ce、Y、Pr、Eu和Dy；或
[0011]d.La、Y、Dy、Er和Gd。
[0012]根据本专利技术，本专利技术通过合理设计调整合金中的硅含量，以及变质剂和细化剂，控制合金中的共晶硅、初晶硅以及Mg2Si的形貌、尺寸、分布，抑制粗大共晶硅、初晶硅以及Mg2Si的形成，制备出兼具较好铸造性能和良好强韧性的新型铝镁硅系压铸铝合金。本专利技术充分利用了Al
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Si系(优异铸造性能)和Al
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Mg系(优异力学性能)合金的特点，并通过合金元素的细化变质作用，制备了兼具较好铸造性能和较高强韧性的压铸铝合金。
[0013]合金中的Mg元素通过固溶强化作用和在合金中形成化合物的第二相强化作用来均衡合金的强度和塑性；合金中的Si元素可以改善合金的力学性能，随着Si含量的增加会逐渐改善合金的铸造性能，但是其含量过高时，会形成大量较大尺寸的共晶硅、初晶硅以及Mg2Si这些化合物的存在会割裂基体，从而降低合金的强度和塑性；合金中的Mn元素可以改善合金的耐腐蚀性能，并与合金中Fe等重金属元素形成化合物，降低杂质元素Fe的毒害作用；合金中的Ti元素可以细化铝合金的晶粒，改善合金的力学性能；合金中的Sr和RE(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb、Y)作为变质剂，可以细化和变质合金中形成的共晶硅、初晶硅以及Mg2Si，Sr作为吸附性的变质剂会吸附在Si的(111)晶面，从而抑制Si在(111)晶面的生长，对初晶硅和共晶硅起到球化和细化的变质作用，从而改善初晶硅和共晶硅，稀土元素的引入，会在合金中形成Al4RE和Al2RE化合物，可以作为异质形核质点对共晶硅、初晶硅以及Mg2Si起到细化作用，同时也会细化合金的晶粒。因而，复合添加Sr和RE(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb、Y)能够显著改善合金的微观组织，进而在获得较好铸造性能的同时，使合金具备优异的力学性能。
[0014]Al
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Mg系合金中的主要强化相是Mg2Si，Al
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Si系合金中的主要强化相是共晶硅和初晶硅，本专利技术所涉及到的合金体系综合了Al
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Mg系合金和Al
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Si系合金的优点，其强化相主要由共晶硅、初晶硅以及Mg2Si组成，并通过变质元素及其他合金化元素的引入，细化变质合金中的共晶硅、初晶硅以及Mg2Si等强化相，优化合金的微观组织，使得本专利技术所涉及的合金综合性能优于常规的Al
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Mg系合金和Al
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Si系合金。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金按质量百分数计包括如下元素：4.0
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7.0wt.％的Mg，5.0
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9.0wt.％的Si，0.5
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0.7wt.％的Mn，0.1
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0.2wt.％的Ti，0.01
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0.04wt.％的Sr，0.15
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0.5wt.％的RE，所述RE元素选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb和Y中的一种或几种，其它杂质总量和小于或等于0.3wt.％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的高强韧压铸铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)，原料预热：将纯Al、纯Mg、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝锶中间合金、铝稀土中间合金分别预热；步骤(2)，熔炼合金：将步骤(1)预热后的原料进行熔化，待合金全部熔化后，对熔体进行保护，然后精炼、冷却，得到铝合金熔体；步骤(3)，铸造成型：对步骤(2)得到的铝合金熔体进行压铸，获得铝合金铸件。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铝稀土中间合金选自铝镧中间合金、铝铈中间合金、铝镨中间合金、铝钕中间合金、铝钐中间合金、铝铕中间合金、铝钆中间合金、铝镝中间合金、铝铒中间合金、铝镱中间合金和铝钇中间合金中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，预热温度为200
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250℃，预热时间为1
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2h。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，对步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王渠东，蔡会生，雷川，胡经纬，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：