[发明专利]一种高强度铸造铝合金及其热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金浇铸工艺，具体涉及一种高强度铸造铝合金及其热处理工艺。

背景技术

铸造铝合金作为传统的金属材料，由于其密度小、比强度高等特点，广泛地应用于航天、航空、汽车、机械等各行业，且随着现代工业及铸造新技术的发展，对铸造铝合金需求量越来越大。同时随着高性能航空航天飞行器的发展，其内部构件也向着大尺寸、精度要求高、结构复杂、冶金力学性能要求高的方向发展。

目前市面上的各牌号铝合金，当强度高的、或塑性差、或延伸率低、或由材料成型产品之制造工艺性差、或力学性能受工作环境影响，如低温-178℃和高温315℃性能有较大波动、或耐腐蚀性差。这些产品均难以同时满足设计强度(抗拉强度、屈服强度)和塑性(延伸率)的要求。

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是一种沉淀硬化型合金，依靠低温析出沉淀相来强化。为提高产品材料的力学性能，现有技术的热处理工艺采用固溶处理或固溶处理加时效，目前较常用的为T4处理和T5处理。T4热处理固溶处理温度为540±5℃，热处理时间为10-12h，该处理可以获得较好的延伸率，但强度偏低。T5热处理采用540±5℃的固溶处理10～12h，人工时效处理，处理温度150±5℃，处理时间为3～5h。T5处理可以获得较好的强度，但延伸率偏低。现有技术中的T4及T5处理不能满足产品材料同时高强度、高延伸率的要求。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种可同时满足被加工产品材料同时具有高强度、高延伸率的要求的一种高强度铸造铝合金及其热处理工艺。本工艺通过以下技术方案实现：

一种高强度铸造铝合金，所述铝合金的组成为：Si4.0％-5.2％，Mg0.4％-0.65％，Zn1.2％-1.8％，Sb0.17％-0.25％，Al添加至100％。

作为优选方案之一，所述铝合金的组成为Si4.5％-5.0％，Mg0.5％-0.6％，Zn1.5％-1.6％，Sb0.20％-0.25％，Al添加至100％。

作为优选方案之二，所述铝合金的组成为Si4.8％，Mg0.55％，Zn1.6％，Sb0.25％，Al添加至100％。

作为具体方案，所述铝合金的杂质总和需≤1.0％，Fe≤0.1％，Mn≤0.1％，Cu≤0.1％，Sn≤0.01％，Pb≤0.05％。

一种高强度铸造铝合金热处理工艺，其特征在于包括以下步骤：

(1)均匀升温处理：将待加工铝合金件放入加热室中，升温速度为100℃/h均衡升温，由室温升高至535±5℃；

(2)固溶处理：控制加热室内温度为535±5℃，保温12h；

(3)淬火：以水位淬火介质，控制水温为60-100℃，响应时间为6-10s；

(4)人工时效：控制时效温度为150±5℃，保温3h。

作为优选，步骤(1)中的固溶处理温度为535℃，步骤(2)中的响应时间为6s。

本发明为达到工件抗拉强度、屈服强度、延伸率和防变形的要求，经过试验，选择较适合的冷却速度，通过调整淬火介质的温度来实现被加工件的冷却速度。过高的水温，导致工件力学性能有所降低，而过低的水温，工件抗拉强度和屈服强度提高，但材料塑性降低且工件变形大。本发明严格控制淬火介质温度为60-100℃，能同时满足工件强度和塑性的要求，且工件产生的淬火变形最小。

本发明采用新的热处理工艺，严格控制固溶升温速度、严格控制固溶处理温度、固溶处理时间、淬火介质温度及响应时间，保证被处理产品具有较高的强度和较好的延伸性。

本发明与现有技术的T4、T5热处理工艺技术结果对比如表1所示。

表1本发明与现有热处理工艺效果对比

由表1可以看出本发明处理后的产品比传统的T4工艺提高了强度和延伸率，比传统的T5热处理工艺改善了材料的塑性，因此与传统的热处理工艺相比，本发明可使材料具有较好的延伸性和强度。本发明生产的铝合金材料比重低，弹性模量高、抗拉强度、屈服强度，且材料塑性优良、延伸率高。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1

一种高强度铸造铝合金，其组成为：Si4.0％，Mg0.4％，Zn1.2％，Sb0.17％，Al添加至100％。铝合金的杂质总和≤1.0％，Fe0.06％，Mn0.07％，Cu0.04％，Sn0.01％，Pb0.03％。

用于上述高强度铸造铝合金的热处理工艺，包括以下步骤：