高塑性鑄造鋁合金及其擠壓鑄造制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種鑄造鋁合金及其制備方法，具體是一種高塑性鑄造鋁合金及 其擠壓鑄造制備方法，屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑄造鋁合金作為傳統(tǒng)的金屬材料，因其密度小、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航 空、航天、汽車、機(jī)械等行業(yè)。隨著現(xiàn)代工業(yè)及鑄造新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鑄造鋁合金，如具有高 強(qiáng)度、高塑性、優(yōu)良的耐磨性和耐腐蝕性的鑄造鋁合金，需求量越來(lái)越大。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā) 展，高強(qiáng)度鋁合金已形成完整系列，性能趨于穩(wěn)定，生產(chǎn)方法日趨完善，成為材料領(lǐng)域中不 可或缺的合金體系。但目前高強(qiáng)度鑄造鋁合金的塑性較低，一般不能承受較大的變形量，從 而使其應(yīng)用受到較大的限制。許多需要高塑性的重要部件多采用變形鋁合金制造。然而變 形鋁合金雖然具有理想的高塑性，但其加工過(guò)程對(duì)設(shè)備和工裝模具要求高，工序多，因此生 產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本很高。相比之下，鑄造鋁合金具有價(jià)格低廉，鑄件組織各向同性，容易生產(chǎn)形 狀復(fù)雜的零件，既可以單件生產(chǎn)也可以大批量生產(chǎn)等許多優(yōu)點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)能夠代替部分 變形鋁合金并具有高塑性的鑄造鋁合金，規(guī)范其鑄造成型工藝，縮短生產(chǎn)周期，降低制造成 本，成為該領(lǐng)域目前的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003] 中國(guó)專利CN85102364AA公布了一種硅錳碲系高塑性鑄造鋁合金，其成分含量為 5. 5 ?9. 5% Si、0. 2 ?0· 8% Mn，0. 1 ?0· 2% Ti，0. 001 ?0· 2% Te，0. 1 ?0· 2% Sb，余量 為A1，延伸率為16%左右。但是，該合金在提高塑性的同時(shí)，合金強(qiáng)度劇烈下降，其性能也 不能滿足目前工業(yè)生產(chǎn)的需要。在中國(guó)專利CN101248200A中，公布了一種鑄造鋁合金，其 成分含量為 2. 5 ?3. 3% Si、0. 2 ?0· 7% Mg、Fe < 0· 18%，Mn < 0· 5、Ti < 0· l、Sr < 0· 03、 其他<0. 1，余量為Al。該合金鑄造狀態(tài)時(shí)延伸率為13%，T6熱處理后，延伸率僅為5%， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到高塑性鑄造鋁合金鑄件的應(yīng)用需求。另外，由于合金中Si量較低，組織中共晶 體量較少，使得合金成形溫度較高、吸氣傾向較大，存在難以避免的氣孔、縮孔和縮松等鑄 造缺陷，難以獲得高致密鑄件，因而成型性（鑄造性能）較差。在中國(guó)專利CN103305730A 中，公布了一種新型Al-Si-Mg-Cu-Sr鑄造合金，其成分含量為11. 0?12. 0% Si，0. 30? 0. 50% Cu，0. 35 ?0. 55% Mg，0. 01 ?0. 02% Sr，Mn 彡 0. 35%，Zn 彡 0. 20%，F(xiàn)e 彡 0. 40%， Ti 彡 0· 10%，Ni 彡 0· 10%，Pb 彡 0· 10%，Sn 彡 0· 10%，Cr 彡 0· 10%，其他彡 0· 6%，余量為 A1。該合金的鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度在245?275MPa之間，延伸率在5?8%之間。但是，該Al-Si 系合金中添加的Cu元素會(huì)增大合金的熱裂和腐蝕傾向，降低鑄造性能，因此限制了該合金 在工業(yè)中的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在上述現(xiàn)有技術(shù)中，鑄造鋁合金塑性普遍偏低并且沒(méi)有考慮到鋁合金的鑄造性 能。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，在不降低合金強(qiáng)度和鑄造性能的基礎(chǔ)上，提供了一種 高塑性鑄造鋁合金及其擠壓鑄造制備方法，通過(guò)選擇合適的成分參數(shù)以及調(diào)整相應(yīng)的熱處 理工藝，從而制備出具有優(yōu)異延伸率的鑄造鋁合金。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 第一方面，本發(fā)明提供一種高塑性鑄造鋁合金，包括如下成分及其重量含量： Si7. 5 ?13. 5%，Mg 0· 5 ?0· 8%，Mn 0· 2 ?0· 5%，Ti 0· 1 ?0· 4%，RE 0· 01 ?1. 5%， Fe 0· 6 ?L 3 %，P 彡 lOOppm、Sr 100 ?600ppm，余量為 Al ;
[0007] 優(yōu)選地，所述1?為6(1、￥、制、511131'、￥13、1^中的一種或幾種。
[0008] 優(yōu)選地，所述RE為GcUEr或Yb中的一種或幾種時(shí)，RE的重量含量為0. 05?1. 0%; 所述RE為Y、NcU Sm或La中的一種或幾種時(shí)，RE的重量含量為0. 05?0. 6%。
[0009] 優(yōu)選地，P為1?50ppm。
[0010] 優(yōu)選地，所述Si、Mg、Mn、Ti、RE、Fe、P、Sr、Al選自工業(yè)純鋁、結(jié)晶硅、工業(yè)純鎂、 Al-Mn中間合金、稀土中間合金、Al-Sr中間合金、Al-P中間合金和Al-Ti-B中間合金。 [0011] 第二方面，本發(fā)明提供一種所述高塑性鑄造鋁合金的擠壓鑄造制備方法，包括以 下步驟：
[0012] 第一步，熔煉合金，獲得鋁合金熔體；
[0013] 第二步，對(duì)鋁合金熔體進(jìn)行擠壓鑄造，獲得鋁合金鑄件；
[0014] 第三步，將鋁合金鑄件依次進(jìn)行固溶處理、冷卻處理和時(shí)效處理，即得到高塑性鑄 造錯(cuò)合金。
[0015] 優(yōu)選地，第一步中，所述熔煉合金具體包括如下步驟：
[0016] (1)將工業(yè)純鋁、結(jié)晶硅、工業(yè)純鎂、Al-Mn中間合金、稀土中間合金、Al-Sr中間合 金、Al-P中間合金和Al-Ti-B中間合金預(yù)熱至100?200°C，保溫2小時(shí)以上；
[0017] (2)熔煉Al、Si :預(yù)熱熔煉器具至400?500°C，在其底部加入結(jié)晶硅，在結(jié)晶硅上 面覆蓋所需純鋁總量的40?80%，升溫，純鋁熔化得鋁熔液；結(jié)晶硅在鋁熔液的包裹下熔 化，熔化后反復(fù)攪拌，再加入余下純鋁；
[0018] (3)加 Mn，RE :在720?740°C條件下，向步驟⑵所得熔液中加入Al-Mn中間合 金、稀土中間合金；
[0019] (4)加 Sr、P :在730?750°C條件下，向步驟⑶所得熔液中加入Al-Sr中間合金 和Al-P中間合金，靜置15?30分鐘后攪拌3?5分鐘，充分熔化；
[0020] (5)加 Ti :在710?730°C條件下，向步驟⑷所得熔液中加入Al-Ti-B中間合金， 攪拌，靜置3?5分鐘；
[0021] (6)加 Mg :在700?720°C條件下，向步驟（5)所得熔液中加入工業(yè)純鎂，充分熔 化；
[0022] (7)精煉：在710?740°C條件下，向步驟（6)所得熔液中加入精煉劑精煉10?20 分鐘，靜置15?40分鐘；冷卻至680?700°C，撇去表面浮渣，即得鋁合金熔體。
[0023] 優(yōu)選地，步驟（1)中，所述預(yù)熱具體為采用烘箱加熱。
[0024] 優(yōu)選地，步驟（2)中，所述熔煉器具具體為采用坩堝；純鋁的熔化溫度為680°C左 右；所述攪拌采用石墨棒。
[0025] 優(yōu)選地，步驟（7)中，所述精煉劑是常規(guī)市售的含鈉鹽、鉀鹽、氟鹽等無(wú)機(jī)鹽的鋁 合金精煉劑或六氯乙烷（C 2Cl6);所述精煉劑的用量在所述高塑性鑄造鋁合金中的重量比
[0026] 優(yōu)選地，第二步中，所述對(duì)鋁合金熔體進(jìn)行擠壓鑄造中，鋁合金熔體的澆注溫度為 680?700°C，模具溫度為200?300°C，擠壓壓力為10?120MPa，保壓時(shí)間0· 5?5分鐘。
[0027] 優(yōu)選地，第三步中，所述的固溶處理是指在480?540°C的環(huán)境下固溶4?18小 時(shí)；所述的冷卻處理是指按爐冷、空冷或水淬方式進(jìn)行冷卻；所述的時(shí)效處理是指在170? 250°C的環(huán)境下進(jìn)彳丁 10?40小時(shí)的時(shí)效處理。
[0028] 當(dāng)稀土加入量不同時(shí)，稀土在鋁合金中主要以三種形式存在：固溶在基體中，偏聚 在相界、晶界和枝晶界，固溶在化合物中或以化合物形式存在。在合金中加入稀土元素后， 稀土一方面起到有限固溶強(qiáng)化，提高強(qiáng)度的作用，另一方面稀土元素化學(xué)活性極強(qiáng)，可以在 長(zhǎng)大的晶粒界面上選擇性吸附，阻礙晶粒的生長(zhǎng)，細(xì)化晶粒，提高合金的力學(xué)性能，尤其是 塑性。當(dāng)進(jìn)一步增加稀土的含量時(shí)，稀土與Al、Mg、Si等元素形成的金屬間化合物彌散分布 于基體中，使合金斷裂過(guò)程中裂紋萌生位置與擴(kuò)展途徑發(fā)生改變，提高合金的塑性。稀土元 素的加入也可以改善鑄造鋁合金的鑄造性能，這是因?yàn)镕e是鋁合金中有害的雜質(zhì)，大多數(shù) 含鐵相的結(jié)晶組織都十分粗大，直接影響合金的機(jī)械性能，降低合金的流動(dòng)性和塑性，增加 組織不均勻性，添加稀土，則可以改變鐵相的存在形態(tài)，提高合金的鑄造性能及其塑性。另 夕卜，P和Sr對(duì)初晶Si和共晶Si的變質(zhì)可以有效的提高合金的塑性。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0030] (1)本發(fā)明鑄造鋁合金中加入了稀土元素，通過(guò)成分優(yōu)化和一系列工藝參數(shù)的調(diào) 整，獲得晶粒細(xì)小、致密、成分均勻、彌散分布于基體的富RE金屬間化合物和少無(wú)缺陷的 組織，能在不降