[发明专利]高强度高致密度铸造铝硅合金

说明书

本发明涉及一种铸造铝硅系合金，特别是一种高强度高致密度铸造铝硅合金。

众所周知，目前常用铸造铝硅系合金，如ZL104、ZL101等虽有好的铸造性能及高的致密度，但其机械性能，特别是伸长率低，已不能适应日益发展的高科技的需要。

当前国外，在高强度、高致密度铸造铝硅合金方面已取得很大进展，并已用于生产。几种有代表性的合金列于表1：(表1见文后)

这些合金的特点是：有高的致密度和高的机械性能。在J、T₆状态下，σ_b均大于294MPa；δ₅也能大于3％；在S、T₆状态下，σ_b虽能基本上达到294MPa的水平，但δ₅仍然较低，仅处于≥2％。这些合金的机械性能之所以能达到目前的水平，主要原因是使用了高纯度的材料，合金杂质铁(Fe)含量控制在0.2％以下，或者是在合金中加入了毒性较大的合金元素铍(Be)，或者是二者兼有之。

目前，国内在同类型合金研究与应用方面也取得了较大的进展，几种有代表性的合金列于表2。(表2见文后)

表2所列合金机械性能提高的途径也是使用了高纯度的原材料或使用了Be，如ZL101A、ZL114A、ZL116A等；有的虽未使用高纯度的原材料或Be，如T84，尽管它的σ_b较高，但δ₅太低，尚不足1％，因此仍不能满足需要。

本发明的目的在于提供一种既不使用高纯度的原材料进行熔制，又不加入毒性大的合金元素铍的高强度高致密度铸造铝硅合金。

本发明可以通过以下措施来实现：

本发明所述合金的成分及其含量范围如下：Cu1.75-2.5％、Si7-10％、Mg0.15-0.3％、Mn0.2-0.35％、富铈混合稀土RE0.01-0.04％、B、Ti微量，主要杂质Fe≤0.3％，Al为余量。由于该合金的含硅量较高，固可保证它具有良好的铸造性能和高的致密度；Cu和Mg均参与时效强化，可比Cu或Mg单独参与时效强化得到更好的强化效果，因此该合金具有更高的抗拉强度。

由表2可见，T85、T84合金中尽管也加入了锰，以降低杂质Fe的有害影响(同Tens-50合金相比)，合金的伸长率仍然很低，其原因显而易见的，即锰的作用远不及铍。鉴于上述这一原因，本发明则另辟新的工艺途径，通过大量试验，使用富铈混合稀土金属取代铍并取得了成功。

当前国内外均将富铈混合稀土金属做为铸造铝硅合金的变质剂使用，其用量在0.2％以上(占合金液总重)。本发明则不同，将其做为一种添加剂，提高合金的伸长率，故用量极低。研究结果表明随合金中RE含量的变化，合金的抗拉强度变化不大，但δ₅变化很大。起初随RE量的增加，δ₅增加，当RE含量达到0.025％左右时，δ₅达到最高值，此后若继续增加RE含量，δ₅便快速下降。可见适量的RE对合金机械性能的影响与Mg、Cu等不同，它的优势在于，基本上不损失σ_b的同时可使原合金的δ₅提高30％左右。

合金熔炼在电阻坩埚炉中进行，合金熔制过程中合金液的最高温度≤760℃，合金在740-750C进行除气处理，除气剂为C₂Cl₆用量为合金液总量的0.4％；除气后合金静置5-10分钟后，进行孕育处理，然后加入铝稀土中间合金，加入温度为740-750℃，最后进行变质处理，变质剂为NaCl、NaF、KCl的混合物，用量为合金液重量的1.4-1.5％。Al-Mn、Al-Cu、Al-Si等中间合金同重熔用铝锭一起加入。重熔用镁锭在合金液除气前加入，加入温度为720℃。

该合金的热处理工艺在空气循环电炉中进行，热处理的工艺参数见表3。(表3见文后)

本发明所述合金符合设计和生产要求，具有良好的性能，与国内外高强度铸造铝硅系合金相比达到国际水平，具有如下优点：

由于本发明中对合金机械性能危害极大的杂质铁的允许含量较高，可达0.3％，又不含有毒的合金元素Be等，因此本发明可以使用普通工业纯的原材料进行熔制，故可大大降低合金成本，熔炼设备无需进行技术改造，并可节省环保投资；加之合金元素含量范围宽，合金成分易于保证，熔炼工艺简便易行。有多种使用状态，易满足不同用户的使用要求。正因如此，本发明的成本与ZL104等普通铸造铝合金相近，但机械性能却达到了高纯铝生产的铝硅合金的水平。