[发明专利]铸造铝硅合金及强化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有色合金材料及强化方法，尤其涉及一种铸铝硅合金的强化方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

铸造铝硅合金是一种重量轻、强度高的有色合金材料，广泛应用于航空航天、汽车、电力、军工、机械等领域。在铸造铝合金中应用最广泛的是包括ZL108在内的铸造铝硅系合金，它们具有容重小、强度高、铸造成形性好和加工性能优良等一系列优点，已成为制造业中最受重视的结构材料之一。但是，目前铸造Al-Si合金的铸态力学性能尚不尽人意，通过热处理虽然能提高其力学性能，但随着产品可靠性和使用寿命的要求越来越高，仍然不能满足工业生产的要求，因此人们正从各个不同的研究方向对铸态铝硅合金进行研究，以期提高其综合性能，例如加工硬化、固溶强化、异相强化、弥散强化、沉淀强化、晶界强化等。

锌能扩大铜在铝中的溶解度，时效时能增加CuAl₂强化相的数量，提高弥散强化效果。在含镁、铜等多元铝合金中，锌是形成强化相的元素，能显著提高铝合金的力学性能。锌也具有提高铸造铝合金塑性的作用。但目前很多研究都把在铸造铝硅合金中锌的添加量确定为1％，导致锌的潜在强化作用未能充分发挥。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铸造铝硅合金及强化方法，该铸造铝硅合金及强化方法利用合金化原理，增加了在时效时析出的强化相CuAl₂数量并得到强化效果好的Al-Zn-Mg-Cu化合物，减少硬脆相，提高了铸造铝硅合金的强度和硬度提高，并具有一定塑性。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种铸造铝硅合金，化学成分按重量百分比计：硅9.0-11.0％，锌3.0-5.0％，镁0.4-1.0％，铜2.0-3.0％，锰≤0.3％，余为铝。

一种铸造铝硅合金的强化方法，包括以下步骤：

1)熔炼工艺

A、装料

装料的顺序为：铝硅中间合金，纯铝锭，铝铜中间合金，铝锰中间合金，锌锭，其中锌锭在炉料熔化后660℃时加入；

B、熔化及精练

炉料装完之后，升温熔化。待炉料全部熔化后，除渣并加入熔剂；当温度达到680℃时，用钟罩将预热到200-300℃的铝镁中间合金压入熔池的一定深度处并缓慢回转和移动，时间为3-5min；然后升温到700-730℃，用占炉料总质量0.7-0.75％的精炼剂C₂Cl₆分2-3次用钟罩压入合金液内精炼合金液，总时间为10-15min，缓慢在炉内绕圈；待精炼完成后静置1-2min，取试样做炉前分析；

C、变质处理

当合金液温度达到700-730℃时，用占炉料总质量1.5％-2.5％的钠盐变质剂做变质处理，变质时间为15-18min；

D、浇注

当变质完成后除渣并搅拌，然后静置5-10min。当温度达到730℃时，扒渣出炉浇注；

2)热处理

A、固溶处理：铸坯装炉升温至520-540℃保温，保温时间4-6h，出炉入水冷却，介质为60-100℃热水；

B、时效处理：铸坯装炉升温至160-190℃保温，保温时间3-10h。

本发明的有益效果如下：

本发明的铸造铝硅合金利用合金化原理，按重量百分比计，通过加入3-5％锌，增加1-1.5％铜，降低2-3％硅。本发明的铸造铝硅合金由于加入了锌，增加了铜在铝中的固溶度，在时效时能析出较多的含铜化合物强化相，同时锌的加入增加了在时效时析出的强化相CuAl₂的数量，能形成铝合金中强化效果最大的Al-Zn-Mg-Cu化合物。降低硅的含量有助于减少硬脆的硅相，提高材料塑性。由于锌熔化温度低，提高了材料流动性，锌的加入消除了降低硅含量带来的材料铸造性能下降的可能性，使铸造铝硅合金强度和硬度提高，并具有一定塑性。铸件的表面质量及尺寸精度都较高。

本发明的强化方法在时效后能获得更多数量的强化相数量并得到强化效果好的强化相，其弥散强化使材料具有比ZL108更高的强度和硬度，同样热处理状态下，强度提高11.5-25.0％，硬度提高27.0-38.0％。组织中硬脆硅相的降低提高了材料塑性，在本发明的热处理条件下，延伸率达到2.6-3.2％。材料铸造性能好，铸件产品质量和尺寸精度高；与ZL108相比，采用本发明的强化方法使得铸造铝硅合金有更大的应用范围。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进解释，这些实施例是仅作为例子给出的。

具体实施方式