[发明专利]一种低能耗亚共晶高含铜量Al-Si-Cu-Mg铸造合金的热处理强韧化方法

说明书

本发明提供了一种低能耗亚共晶高含铜量Al‑Si‑Cu‑Mg铸造合金的热处理强韧化方法，其重量百分比及化学成分为：它的重量百分比及化学成分为：Si 6.5～7.5％，Cu 2.7～3.3％，Mg 0.45～0.55％，Sr 0.02～0.03％，Fe＜0.15％，余量为Al；本发明对亚共晶高含铜量Al‑Si‑Cu‑Mg铸造合金采用双级固溶，解决了传统固溶制度第二相过烧和第二相溶于基体的矛盾问题，保证了合金高的强韧性的同时又降低了能耗。与T6热处理相比，采用本发明涉及的热处理方法对亚共晶高含铜量Al‑Si‑Cu‑Mg铸造合金热处理降低了约10％的能耗，其强韧性也有所提升。

技术领域

本发明属于高性能铸造铝合金技术领域，特别涉及要求高强韧、低能耗的汽车制造、轨道交通与航空航天复杂结构铸件领域，具体涉及到一种低能耗亚共晶高含铜量Al-Si-Cu-Mg 铸造合金的热处理强韧化方法。

背景技术

节能减排是当今科技发展的趋势之一。在低能耗、低排放趋势要求下，各种结构件也朝 着轻量化的方向发展。Al-Si合金由于密度小，铸造性能和耐蚀性能好等诸多优点，在汽车 制造、轨道交通和航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而，因其铸态组织中的粗大α-Al 枝晶、长条状的共晶硅颗粒，Al-Si合金在铸态情况下综合力学性能较低。为了提升合金强 韧性，Al-Si合金中通常加入Cu、Mg等合金化元素，通过热处理析出富铜和富镁沉淀强化相 来提升合金的力学性能。

适用于砂型和重力铸造Al-Si合金的典型热处理方式是T6热处理，包括固溶淬火处理和人工时效处理两个阶段，其中固溶处理被看成是决定时效后合金显微组织和力学性能的关键阶段。对Al-Si-Cu-Mg合金固溶处理主要有以下目的：(1)溶解凝固过程中形成的富铜和富镁相，形成过饱和固溶体；(2)改善共晶硅颗粒和金属间化合物的形貌，使之粒化；(3)提高组织均匀性，减少热应力。在Al-Si-Cu-Mg合金固溶处理时，固溶温度的选择尤其重要。固溶温度太低，Cu、Mg等溶质元素溶解不充分，淬火后空位浓度较低，同时Al基体内不规则长条链状Si颗粒也不能充分球化，合金力学性能较差；但是对于含铜量高的Al-Si-Cu-Mg合金，由于低熔点四元共晶相Q-Al5Cu2Mg8Si6相的形成，固溶温度又不能过高，温度过高会导致能耗增加，同时这些低熔点相发生过烧和局部熔化，导致合金孔隙率大大增加，甚至宏观裂纹和弯曲的产生，严重损害合金的力学性能。因此，在保证合金力学性能的前提下，降低能耗，节约成本是国内外研究者们追逐的目标。

目前，对于Al-Si-Cu-Mg合金，工业上普遍采用的固溶处理制度仍然是在尽可能接近于含铜共晶相共晶温度的高温下固溶较长时间。这种固溶制度虽然可以有效避免过烧现象的发生，但是却存在能耗高，合金力学性能不足的缺点。近些年来，许多研究人员正探索新的固溶处理制度，以降低能耗，同时改善Al-Si-Cu-Mg合金的力学性能。这些新的固溶处理制度主要包括两个阶段。与常规固溶处理相比，一个成功的双级固溶处理工艺可以大大的降低能耗，同时合金可获得良好的力学性能。目前，双级固溶处理工艺主要应用于变形Al合金中，而对于亚共晶高含铜量Al-Si-Cu-Mg铸造合金来说，有关双级固溶制度研究的较少。J.H. SokolowskP等人研究发现，经双级固溶处理(8h/495℃+2h/520℃)后的铸造319铝合金富铜相明显减少和细化，时效前铝基体的更好均匀化，合金力学性能较传统单级固溶力学性能显著提升。但是需要指出，现有的双级固溶处理工艺一级固溶温度普遍高于495℃，二级固溶温度则更高，依然无法大幅降低能耗，做到力学性能和能耗的兼顾。因此，对于高铜含量 Al-Si-Cu-Mg合金，如若能合理优化双级固溶的温度和时间等参数，将为合金生产者提高产品质量和节约生产成本提供了一种切实可行的热处理思路，为铸造铝合金复杂结构铸件用材提供了有力保障。

发明内容