[发明专利]一种含镁高硅铝合金的结构材料件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金及其制备技术，特别提供了一种含镁高硅铝合金的结构材料件及其制备方法。

背景技术

铝硅合金，尤其是高硅含量的铝硅合金，由于其低密度、高耐磨性、高抗腐蚀性和低热膨胀系数，在汽车工业和航天航空工业领域中有着广泛的应用。然而，对于普通凝固方法制备的铝硅合金，其锭坯中存在粗大的块状先析出Si颗粒和板条状共晶组织，致使合金脆性极大，难以通过塑性加工来进一步改善凝固组织和制造各种断面形状的高性能材料，从而限制了合金的应用范围。传统上，铝硅合金被划分在铸造铝合金之列。针对普通凝固铝硅合金变形能力差的问题，人们进而寻求快速凝固的方法。但是，采用快速凝固方法只能获得尺寸很小(＜10mm)的块体，若是制造大尺寸的部件则需要进一步的工序。一个典型的例子即是通过粉末冶金的方法制备，但其生产成本和工艺复杂程度均很高。

在工业纯铝和变形铝合金的生产中，半连续铸造方法(Direct ChillCasting，简称DC铸造)一直被广泛应用，人们主要关注如何降低合金成分偏析、减小晶粒尺寸、提高表面质量。利用半连续铸造方法制备大尺寸规格且不含任何变质剂(如P、Na、Sr)的高硅铝合金锭坯的技术已由本发明的发明人之一申请并获得中国专利授权(专利号ZL200510119550.6)。通过发明人的进一步研究发现，利用上述发明技术，放宽Si的下限含量(到8％重量)，降低Si的上限含量(到18％重量)，调整Mg的含量以及其它合金元素的含量，通过热塑性加工和随后热处理，可获得具有良好塑性、高强度的含镁高硅铝合金的结构材料件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含镁高硅铝合金的结构材料件及其制备方法，可以在铸造过程中不添加任何变质剂的前提下，通过热塑性加工和热处理，低成本地制造出具有良好塑性、高强度的含镁高硅变形铝合金结构材料件。

本发明具体提供了一种含镁高硅铝合金的结构材料件，包括型材、棒材、板材、锻件，其特征在于：

所述结构材料件采用半连续铸造方法制备锭坯，然后通过预先热处理进行共晶硅相的颗粒离散，再通过热塑性加工和热处理获得最终形状和微观组织的制品，其强化机理为铝基体的细晶强化、硅颗粒的颗粒强化和第二相粒子的沉淀强化；

所述结构材料件中Mg的含量为0.2～2.0％重量，Si的含量为8～18％重量；具有均匀细化的微观组织结构，铝基体组织为等轴晶粒，平均尺寸＜6μm，Si与其它第二相颗粒呈弥散分布且平均尺寸＜5μm；

本发明所提供的含镁高硅铝合金的结构材料件中，还可含有Cu、Zn、Ni、Ti、Fe之一种或多种，总含量低于2％重量。

本发明另外还提供了一种上述含镁高硅铝合金的结构材料件的制备方法，其特征在于：

——采用半连续铸造方法制备锭坯，工艺参数为：

浇铸温度：对应合金液相线温度以上150～300℃；

铸造速度：100～200mm/min；

凝固坯外围冷却水量：5～15g/mm·s；

不添加任何变质剂；

——对上述锭坯通过预先热处理进行共晶硅相的颗粒离散化，工艺参数为：

加热速度：10～30℃/min；

加热温度：450～520℃；

保温时间：1～3hr；

——对上述经预先热处理后的锭坯进行热塑性加工，工艺参数为：

变形温度：400～520℃；

冷却方式：自然冷却或者强制冷却；

——对上述经热塑性加工后的结构材料件进行热处理。

本发明所提供的含镁高硅铝合金的结构材料件的制备方法中，对于热塑性加工后自然冷却的结构材料件，热处理采用固溶处理+人工时效工艺：

——固溶处理参数为：

加热速度：10～30℃/min；

固溶处理温度：500～540℃；

固溶处理时间：0.5～3hr；

——人工时效参数为：

时效温度：160～200℃；

时效时间：1～10hr。

本发明所提供的含镁高硅铝合金的结构材料件的制备方法中，对于热塑性加工后强制冷却的结构材料件，热处理采用人工时效或自然时效工艺：

——人工时效参数为：

时效温度：160～200℃；

时效时间：1～10hr。

本发明所提供的含镁高硅铝合金的结构材料件的制备方法中，当热塑性加工采用轧制工艺时，轧制总压下量最好大于40％。

本发明所提供的含镁高硅铝合金的结构材料件的制备方法中，当热塑性加工采用挤压工艺时，挤压比最好大于15。