[发明专利]一种微合金化压铸铝硅合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微合金化压铸铝硅合金及其制备方法。所述铝硅合金采用高真空压铸和T6热处理工艺制备，其组成成分及其百分比质量为：硅6.50‑7.50％，镁0.30‑0.45％，锰0.45‑0.65％，铬0.05‑0.25％，钛0.10‑0.15％，锶100ppm‑200ppm，铁≤0.12％，剩余为铝。本发明制备的铝硅合金在铸态和热处理态都具有较高的强度和较高的韧性，且成形性能好，尺寸精度高；对大型复杂薄壁铸件，该合金铸态即可提供较高的性能，防止在热处理过程中变形。在汽车、轨道交通等领域中有着十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及铝合金材料的制备领域，具体涉及一种微合金化压铸铝硅合金及其制备方法。

背景技术

车身重量每减轻100kg，油耗就可以减少0.7L/100km。当前汽车轻量化手段是用高强韧轻质材料来取代传统钢铁材料，其中应用最广泛轻质材料是铝合金材料，其具有良好的塑韧性、耐蚀性、导热性和加工性，而密度只有钢铁材料的1/3且比强度较高。

压铸具有成型效率高、铸件尺寸精度高等优点，传统的压铸过程容易出现卷气现象，滞留在铸件中的气体形成孔洞危害材料力学性能。在随后的热处理过程中，压铸件表层会出现起泡，严重时甚至导致铸件的报废。高真空压铸采用特殊的装置将型腔中的气体抽离，降低液体金属充型时的型腔气体压力，从而大量减少卷入气体的量，降低后续热处理难度，进一步提升铸件性能。

AlSiMg系合金具有铸造性能优异、综合力学性能和耐腐蚀性良好等特点，可以通过固溶时效处理进一步提升合金力学性能。AlSi10MgMn是最常见的AlSiMg系压铸合金。其铸态性能为：屈服强度120～160MPa，抗拉强度250～290MPa，伸长率5％～11％；热处理态性能为：屈服强度200～230MPa，抗拉强度280～310MPa，伸长率7％～12％；需要通过热处理强化。由于其合金自身Si含量较高，合金屈服强度和抗拉强度较高，但合金伸长率相对较低。为了实现合金强度降低不多，合金伸长率提升明显，以达到更优综合力学性能的铝合金。近年来，低Si含量的高真空压铸受到研究者的关注(代航,赵海东,李昌海,朱霖.Cr含量对铸造Al-3Si-0.4Mg合金微观组织的影响[J].特种铸造及有色合金,2019,39(12):1371-1375.)。降低Si含量可增加α-Al基体减低共晶区含量，通过微合金化调控α-Al基体中的多种弥散析出相，提高AlSiMg合金性能。汽车结构件向大型化和复杂化发展，对汽车结构件的性能要求不断提高，因此，急需要开发出高强韧压铸铝合金。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种微合金化压铸铝硅合金及其制备方法。

本发明提供的压铸铝硅合金是一种高真空压铸成形的铸态和热处理态均具有高强度高韧性的压铸铝硅合金。

本发明利用低硅合金共晶组织少本身塑性好的优势，结合微合金化手段和合适的热处理弥散析出双纳米沉淀相，提升合金综合力学性能。本发明的首要目的是提供一种真空压铸成形的铸态和热处理态均具有高强度高韧性的压铸铝硅合金，另一个目的是提供上述压铸铝硅合金的制备方法。

本发明的铸造合金由于含有较高的Si元素含量，故流动性能好，适合制造结构复杂、薄壁的零件。其中Mg元素溶入Al基体形成固溶体时，会引起点阵畸变，产生固溶强化；且由于压铸过程快冷作用，合金非平衡凝固时会进一步提高Mg元素在基体中的固溶度，提高固溶强化作用。再通过随后的固溶时效处理析出弥散沉淀相(β相)作为第二相强化颗粒，阻碍位错运动进一步提升合金的力学性能。

Fe元素在铝合金中往往会形成粗大的针片状β-Fe相，导致基体割裂，造成极大的应力集中，成为裂纹产生和扩展的起源，降低合金的伸长率与强度。然而铝合金对模具的粘附作用十分强烈，适当的Fe元素含量有利于脱模，提高模具的寿命。本发明通过添加适量的Cr和Mn元素，与Fe元素反应生成对基体危害作用更小的α-Fe相以及减低溶液中Fe含量(≤0.12％)，进一步中和Fe元素的铝合金基体的危害作用。