本發(fā)明屬于鋁合金材料，具體的說是一種高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著壓鑄鋁合金產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋁合金材料憑借其輕量化、高強(qiáng)韌、耐腐蝕、可循環(huán)等優(yōu)勢，作為機(jī)械尤其是汽車首選材料被廣泛應(yīng)用。

2、目前，鋁合金壓鑄件呈現(xiàn)大型、薄壁、復(fù)雜、高強(qiáng)韌發(fā)展的趨勢，對鋁合金材料要求充型高流動(dòng)性、高強(qiáng)度、高韌性，成為鋁合金鑄造產(chǎn)業(yè)的共性“卡脖子”問題。此外，傳統(tǒng)原鋁生產(chǎn)過程能耗高，排放嚴(yán)重。在使用傳統(tǒng)原鋁作為鋁合金生產(chǎn)的主要原料時(shí)，易加重壓鑄鋁合金產(chǎn)業(yè)的負(fù)擔(dān)，以及能源浪費(fèi)問題；

3、基于上述，廢鋁的回收利用具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，由于鋁金屬的抗腐蝕性強(qiáng)，使用期間幾乎不被腐蝕，損失極少，可以多次重復(fù)循環(huán)利用。因此，使用回收的廢鋁生產(chǎn)鋁合金比用原鋁生產(chǎn)具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。再生鋁生產(chǎn)過程中的能耗僅為前者的3%-5%，生產(chǎn)1噸再生鋁可節(jié)約3.4噸標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)水14噸，減少固體廢棄物排放20噸。隨著資源日益緊張，環(huán)境治理成本提高，再生鋁生產(chǎn)優(yōu)勢日益凸顯；

4、為此，本發(fā)明提供一種高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金材料及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決背景技術(shù)中所提出的至少一個(gè)技術(shù)問題。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明所述的一種高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金材料，所述鋁合金材料中各組分的重量百分比為：si：12.0-14.0%；fe：≤0.1%；cu：≤0.05%；mg：1.0-1.5%；mn：0.8-1.0%；ti：≤0.3%；zn：5.0-7.0%；ni：≤0.50%；zr：0.30-0.50%；v：0.35-0.55%；sr：≤0.06%；re：≤0.5%，其余的為al；所述al來源于鋁合金廢料。

3、優(yōu)選的，所述鋁合金廢料為電解鋁、汽車破碎料及鋁材加工切削廢料中的一種或多種組合。

4、一種高強(qiáng)韌壓鑄鋁合金材料的制備方法，所述制備方法如下：

5、步驟一、熔煉及過熱處理：將鋁合金廢料、工業(yè)硅和中間合金經(jīng)配料投入工業(yè)熔煉爐中，熔煉溫度控制在880~900℃，進(jìn)行過熱處理，消除材料中材料遺傳性，并充分?jǐn)嚢杈鶆?，再將鋁合金熔體溫度降到720~760℃，得到化學(xué)成分合格的鋁合金熔體；

6、步驟二、凈化和變質(zhì)：將鋁合金熔體在精煉爐進(jìn)行凈化處理，添加固體精煉劑，對鋁合金液體噴吹高純惰性氣體進(jìn)行精煉、除氣，以及扒渣和靜置處理；并利用sr和re對鋁液進(jìn)行變質(zhì)處理，包括細(xì)化共晶硅相；所述凈化處理的時(shí)間控制為60~90min，凈化處理的溫度控制為720~760℃；

7、步驟三、成型：將凈化及變質(zhì)后的鋁合金熔體引入成型設(shè)備中，鑄造成高強(qiáng)韌免熱處理的鋁合金材料；

8、所述中間合金包括金屬鐵、銅、鎂、鋅、鎳、錳、鈦、鋯、釩、鍶、錸及稀土。

9、優(yōu)選的，所述步驟一中配料的控制方法為：

10、根據(jù)鋁合金材料中的各元素預(yù)期含量，計(jì)算各元素需求量；

11、獲取鋁合金廢料中對應(yīng)的各元素標(biāo)注含量；

12、基于各元素需求量、各元素實(shí)際含量，計(jì)算鋁合金廢料的添加量；

13、按照計(jì)算獲得的鋁合金廢料的添加量進(jìn)行配料。

14、優(yōu)選的，所述計(jì)算鋁合金廢料的添加量的方法包括：

15、獲取各元素需求量、各元素標(biāo)注含量；

16、根據(jù)公式：

17、

18、其中，為鋁合金廢料的添加量，為元素需求量，為燒損率，為鋁合金廢料中的元素標(biāo)注含量；

19、基于公式，計(jì)算各鋁合金廢料的添加量。

20、優(yōu)選的，所述計(jì)算鋁合金廢料的添加量的方法還包括：

21、獲取歷史鋁合金材料制備數(shù)據(jù)；所述歷史鋁合金材料制備數(shù)據(jù)包括鋁合金廢料種類、添加量以及熔煉前后各元素的含量變化；

22、基于歷史鋁合金材料制備數(shù)據(jù)，提取熔煉前后各元素需求量與各元素實(shí)際量；

23、根據(jù)各元素需求量、各元素實(shí)際量計(jì)算各元素在不同熔煉溫度下的燒損率；

24、將各元素在不同熔煉溫度下的燒損率整理為燒損率數(shù)據(jù)庫；

25、根據(jù)燒損率數(shù)據(jù)庫，獲取對應(yīng)于元素的燒損率；

26、所述各元素實(shí)際量為鋁合金熔體中各元素含量的檢測值。

27、優(yōu)選的，所述步驟一中配料的控制方法還包括：

28、將鋁合金廢料優(yōu)先投入熔煉爐，熔煉溫度控制在550~700℃；

29、待鋁合金廢料完全轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w，測試元素實(shí)際量與元素需求量的差值；

30、若差值大于閾值，則補(bǔ)充元素單質(zhì)，直至元素實(shí)際量與元素需求量差值小于等于閾值；反之，若差值小于等于閾值，則不補(bǔ)充元素單質(zhì)；

31、再加入工業(yè)硅、中間合金，熔煉溫度控制在880~900℃；

32、經(jīng)充分?jǐn)嚢璧玫戒X合金熔體，再測試鋁合金熔體中各元素實(shí)際量與各元素需求量的差值，若差值大于閾值，則補(bǔ)充元素單質(zhì)，反之不補(bǔ)充元素單質(zhì)。

33、優(yōu)選的，所述步驟三中高純惰性氣體的控制方法為：

34、觀察鋁硅合金熔體的狀態(tài)；

35、基于鋁硅合金熔體的狀態(tài)，控制高純惰性氣體的吹入速度及角度。

36、優(yōu)選的，所述觀察鋁硅合金熔體的狀態(tài)的方法為：

37、構(gòu)建用于觀察鋁合金熔體狀態(tài)的傳感器陣列；

38、獲取傳感器陣列監(jiān)測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

39、基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析，輸出鋁合金熔體狀態(tài)的判斷結(jié)果；

40、所述鋁合金熔體狀態(tài)的判斷結(jié)果包括第一狀態(tài)、第二狀態(tài)、第三狀態(tài)以及第四狀態(tài)；

41、所述第一狀態(tài)滿足鋁合金熔體表面氣泡粗大且聚集；

42、所述第一狀態(tài)滿足鋁合金熔體表面氣泡粗大且分散；

43、所述第一狀態(tài)滿足鋁合金熔體表面氣泡細(xì)小且聚集；

44、所述第一狀態(tài)滿足鋁合金熔體表面氣泡細(xì)小且分散；

45、所述傳感器陣列包括高精度顯微鏡、測氫儀。

46、優(yōu)選的，所述控制高純惰性氣體的吹入速度及角度的方法為：

47、獲取鋁合金熔體狀態(tài)的判斷結(jié)果；

48、基于判斷結(jié)果控制高純惰性氣體的吹入速度及角度：

49、當(dāng)所述鋁合金熔體狀態(tài)為第一狀態(tài)，提高高純惰性氣體的吹入速度及調(diào)整吹入角度為30°；

50、當(dāng)所述鋁合金熔體狀態(tài)為第二狀態(tài)，維持高純惰性氣體的吹入速度及調(diào)整吹入角度由30°至90°；

51、當(dāng)所述鋁合金熔體狀態(tài)為第三狀態(tài)，提高高純惰性氣體的吹入速度及維持吹入角度；

52、當(dāng)所述鋁合金熔體狀態(tài)為第四狀態(tài)，維持高純惰性氣體的吹入速度及維持吹入角度為90°。

53、本發(fā)明的有益效果如下：

54、（1）本發(fā)明充分利用硅、鎂、錳、鋅、鋯、釩等元素，通過科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)合金材料的成分，共晶型鋁硅合金能有效提高材料壓鑄充型性能，利用過鋁熔體過熱處理，消除材料遺傳性，添加少量的sr元素和稀土細(xì)化晶粒，顯著提高了鑄造鋁合金的綜合性能。

55、（2）本發(fā)明鑄造鋁合金材料的抗拉強(qiáng)度大于370mpa，屈服強(qiáng)度大于300mpa，斷后伸長率大于10%，具有強(qiáng)度高、韌性好的優(yōu)點(diǎn)，壓鑄f態(tài)即可滿足壓鑄結(jié)構(gòu)件的性能要求。

56、（3）本發(fā)明利用鋁合金廢料鑄造鋁合金材料，通過在配料階段測試及計(jì)算鋁元素實(shí)際量與鋁元素需求量的差值，在差值大于閾值時(shí)，補(bǔ)充鋁元素單質(zhì)，嚴(yán)格控制鋁合金熔體中各元素的比例與預(yù)期比例一致，此外，在鋁合金熔體凈化階段，通過鋁合金熔體的狀態(tài)反饋，動(dòng)態(tài)調(diào)整高純惰性氣體的吹入速度及角度，使鋁合金熔體的機(jī)械性能顯著提升。