[发明专利]一种压铸AlMgSiMn铝合金的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种压铸AlMgSiMn铝合金的热处理工艺。

背景技术

近年来，随着汽车特别是轿车轻量化技术的发展，高强韧压铸铝合金在汽车关键结构部件如底盘副车架、车门、车门立柱、减震弹簧支座等零件上的成功开发与应用引人注目，得到了汽车主机厂的高度认可。

高强韧压铸铝合金和广泛使用的压铸铝合金ADC12、A380相比，具有如下特点：①材料属于Al-Si-Mg系、Al-Si-Mn系和Al-Mg-Si系；②严格控制Cu的含量在0.05以下；③严格控制Fe的含量在0.15%以下；④适当提高Mn的含量在0.4%~0.8%；⑤其他杂质也严格控制。目前高强韧压铸铝合金多为国外公司开发，其牌号有Silafont36、Aural2、Aural3和Magsimal59等。

高强韧压铸Al-Mg-Si系合金具有铸态强度高、韧性好、耐腐蚀性能优良、无需固溶强化热处理等优点，拥有广阔的应用前景。但由于对该材料的组织与力学性能如疲劳特性、时效处理后的性能等缺乏深入的研究，使得人们对该材料的特性缺乏足够的认识，因而限制了Al-Mg-Si系合金在压铸行业中的应用。基于此，本文以高强韧压铸AlMg5Si2Mn合金为对象，研究了时效处理前后的组织和力学性能变化，为后续的推广应用奠定基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种压铸AlMgSiMn铝合金的热处理工艺，已解决现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种压铸AlMgSiMn铝合金的热处理工艺，原材料为Al、Si、Mn铸锭、中间合金及工业纯镁，在高Al2O3、低SiO2石墨坩埚电阻炉中加热熔化，在Al液温度上升至700℃时，用氩气精炼15min，清理后静置10min，控制浇注温度690~710℃准备浇注，压铸机选用锁模力为2800kN的卧式冷室压铸机，压射压力为115MPa，铸件成形后分为两组，一组为常规铸态试样，另一组为时效态试样，时效温度和时效时间为250℃下保温1h。

本发明的有益效果：铸态下合金抗拉强度为324MPa，断后伸长率为8.31%，相对其他常用压铸铝合金的强度和塑性较高。时效处理后合金的力学性能出现明显变化，抗拉强度、屈服强度和布氏硬度分别提高了14%、29%、9%，断后伸长率的变化不明显。

具体实施方式

试验原材料为Al、Si、Mn铸锭、中间合金及工业纯镁，在高Al2O3、低SiO2石墨坩埚电阻炉中加热熔化。在Al液温度上升至700℃时，用氩气精炼15min，清理后静置10min，控制浇注温度690~710℃准备浇注。本试验采用的初始试样是厚度为4mm的薄板，外形尺寸200mm×60mm。压铸机选用锁模力为2800kN的卧式冷室压铸机，压射压力为115MPa。试验合金经光谱分析后得到的准确成分如表1所示。铸件成形后分为两组，一组为常规铸态试样，另一组为时效态试样。通过前期的参数优化试验，最终确定时效温度和时效时间为250℃下保温1h。

拉伸试验在材料万能试验机上进行，试样伸长率由引伸计测量得出。试验环境温度为室温，相对湿度60%，加载速率为5mm/min。疲劳试验在电液伺服疲劳试验机上进行，加载频率为10Hz，载荷比R=0，载荷波形为正弦波。疲劳试验采用的应力幅值为57~125MPa之间的7个应力水平，试验时记录每级应力下的疲劳寿命次数，并且绘制成S-N曲线。拉伸试样和疲劳试样均为最小截面积为40mm2的矩形截面试样。在试样的相同部位取金相组织分析用样品，分别用600#、200#和2000#砂纸进行打磨，并用酒精清洗干净，最后在金属拉伸试验机上做拉伸试验。

表2中结果显示，铸态下合金抗拉强度为324MPa，断后伸长率为8.31%，相对其他常用压铸铝合金的强度和塑性较高。时效处理后合金的力学性能出现明显变化，抗拉强度、屈服强度和布氏硬度分别提高了14%、29%、9%，断后伸长率的变化不明显。

程小宇、李凯等人对常用压铸合金（A380、ADC12）进行热处理后得到的力学性能如表3所示，其中A380和ADC12试样分别是通过减速压射工艺和常规压铸工艺成形。可以发现，本试验中采用的AlMg5Si2Mn合金仅通过一小时的低温时效处理就可获得较高的抗拉强度，且仍能保持较高的伸长率。因而AlMg5Si2Mn合金的强化手段简单，时间短，能量消耗少，在工程应用中更具有优势。