一種用于汽車板材的鋁合金的熔煉及壓鑄工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種用于汽車板材部件的、具有優異力學性能的壓鑄鋁合金的熔煉及壓鑄工藝，包括原料準備、熔煉、壓鑄等工藝過程，具體是通過簡單的合金元素以及適量的配比進行原料準備，得到了具有優異壓鑄和時效性能的鋁合金體系，同時采取了合適的原料和熔煉工藝，以保證了合金的壓鑄性能，再者選擇了最佳的壓鑄工藝參數以獲得性能優異的鋁合金。
【專利說明】一種用于汽車板材的鋁合金的熔煉及壓鑄工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋁及其合金的【技術領域】，特別是提供一種用于汽車板材部件的、具有優異力學性能的鋁合金的熔煉及壓鑄工藝。
【背景技術】
[0002]鋁及其合金因具有優異的力學性能、抗腐蝕性能、成型性能而自古受到青睞，同時加之2.17g/cm2的低密度，鋁合金是典型的被使用的結構型輕合，在汽車、船舶、運輸機、家電制品、電子通訊設備、建材等各個領域都被廣泛使用。特別是為了應對日益嚴重的能源短缺和環境污染等問題，必須盡量節約燃油的消耗以及嚴格控制二氧化碳等氣體的排放，而交通運輸產品的質量沒減輕10%，就可以使得油耗下降至少5%，相應地的氣體排放也自然能夠得到有效的控制，而將具有高的比強度和比剛度以及其他優異性能的鋁合金用于相應產品的制造，無疑是解決上述問題最為可行的方法。
[0003]其中的Al-Mg-Si系合金因優異的擠壓性能、相對高的強度和耐腐蝕性能而成為車身、門板、行李艙隔板等面板型構件的主要選擇。然而由于鋁合金的熔煉、熱處理時效工藝的各個步驟涉及到很多參數，如何選擇最為優化的成分和與成分相適應的熔煉、熱處理工藝步驟和參數，從而開發出具有更優異性能的鋁合金一直是相關研究人員最為關注的研究課題。
[0004]壓力鑄造是現今鋁及其合金的鑄造方法中技術含量較高的先進制備方法之一，其成本相對較低，且生產效率高，制備得到的鋁合金產品表面質量好、尺寸精度高，能夠滿足汽車工業部件對于鋁合金產品的要求標準。

【發明內容】

[0005]本發明的目的即在于提供一種鋁合金的配方，并通過合理的熔煉和壓力鑄造工藝得到鋁合金，最后經過相應的熱處理時效工藝得到具有優異性能的鋁合金產品。
[0006]本發明中的用于汽車板材的鋁合金的熔煉及壓鑄工藝，包括如下步驟:
[0007]I)原料準備:合金的成分配比為(wt.%):Si3.5-4.0、Mgl.5-1.8、Cu0.05-0.1、Cr0.04-0.06, Fe ( 0.02, Mn ( 0.03，余量為鋁和不可避免的雜質，同時滿足Si/Mg的比值在2.2-2.5之間；其中上述合金成分來自于純度為99.9%的純鋁、硅含量為12-15%的鋁硅合金、鉻含量為10-12的鋁鉻合金、電解銅、工業純鎂等原料，如果有Mn來自于10-12%的鋁猛合金原料。
[0008]2)熔煉:先將上述各原料預熱至至少150°C，然后將純鋁置于熔煉爐中加熱升溫至750-780°C，隨后加入鋁鉻合金和電解銅并持續攪拌直至鋁鉻合金和電解銅全部熔化，之后降溫至700-730°C并加入鋁硅合金并持續攪拌直至鋁硅合金全部熔化，隨后降溫至650-670°C并將工業純鎂按壓至熔體底部維持至少3-5min，之后攪拌熔體并再次升溫至750-780°C同時加入精煉劑進行精煉，靜置10-15min后，檢驗熔體成分合格后完成熔煉。
[0009]3)壓鑄:將成分合格的熔體降溫至680-700°C后壓鑄到經過預熱至至少200°C的模具的型腔中，其中充型開始時的熔體流速為0.2-0.4m/s、鑄造壓力為70-75MPa，充型率超過60%后，提高熔體的流速至2-2.5m/s、鑄造壓力為85_90MPa，直至充型壓鑄結束。
[0010]4)固溶-淬火處理:將壓鑄鑄件經過冷軋和/或熱軋加工后得到鋁合金板材，將鋁合金板材在570-600°C條件下鹽浴固溶處理1.5min后進行水淬冷卻，板材出爐入水的時間小于2秒且冷卻水的溫度小于20°C。
[0011]5)兩級時效:首先將經固溶-淬火處理的鋁合金板材在100-120°c的條件下鹽浴保溫2.5-3h，隨后再將鋁合金板材在50-60°C的條件下鹽浴保溫120-150h，從而得到所述的Al-Mg-Si合金。
[0012]其中，合金兀素含量優選的，所述娃的含量為3.8 ；
[0013]進一步優選的，所述鎂的含量為1.6 ；
[0014]進一步優選的，所述銅的含量為0.07 ;
[0015]進一步優選的，所述鉻的含量為Cr0.05 ；
[0016]進一步優選的，所述鐵的含量小于0.005，更優選為O ;
[0017]進一步優選的,所述猛的含量小于0.01。
[0018]進一步優選的，Si/Mg的比值為2.3。
[0019]其中，壓鑄時，所述 的充型開始時的熔體流速為0.3m/s ；
[0020]進一步優選的，所述的充型開始時的鑄造壓力為73MPa ；
[0021]進一步優選的，所述的充型率超過60%后，提高熔體的流速至2.3m/s ；
[0022]進一步優選的，所述的充型率超過60%后，鑄造壓力為88MPa。
[0023]其中，兩級時效時，優選的，首先將經固溶-淬火處理的鋁合金板材在110°C的條件下鹽浴保溫2.Sh ；
[0024]進一步優選的，隨后再將鋁合金板材在55°C的條件下鹽浴保溫130h。
[0025]本發明的優點在于:(1)合理地設計了合金的成分，通過簡單的合金元素以及適量的配比，得到了具有優異壓鑄和時效性能的鋁合金；(2)采取了合適的原料和熔煉工藝，保證了合金的性能；(3)選擇了最佳的壓鑄工藝參數以獲得性能優異的鋁合金；(4)采用了最為有效的兩級時效工藝和參數，最大限度地提高了鋁合金的性能。
【具體實施方式】
[0026]實施例1-6，以及對比例1-11:
[0027]I)原料準備:按表1的合金的成分配比準備原料，其中合金元素來自于純度為99.9%的純鋁、硅含量為12-15%的鋁硅合金、鉻含量為10-12的鋁鉻合金、電解銅、工業純鎂等原料，如果有Mn來自于10-12%的鋁錳合金原料。
[0028]2)熔煉:先將上述各原料預熱至180°C，然后將純鋁置于熔煉爐中加熱升溫至760°C，隨后加入鋁鉻合金和電解銅并持續攪拌直至鋁鉻合金和電解銅全部熔化，之后降溫至720°C并加入鋁硅合金并持續攪拌直至鋁硅合金全部熔化，隨后降溫至660°C并將工業純鎂按壓至熔體底部維持至少4min，之后攪拌熔體并再次升溫至770°C同時加入精煉劑進行精煉，靜置12min后,檢驗熔體成分合格后完成熔煉。
[0029]3)壓鑄:將成分合格的熔體降溫至690°C后壓鑄到經過預熱至200°C的模具的型腔中，其中充型開始時的熔體流速為0.2m/s、鑄造壓力為70MPa，充型率超過60%后，提高熔體的流速至2m/s、鑄造壓力為85MPa，直至充型壓鑄結束。
[0030]4)固溶-淬火處理:將壓鑄鑄件經過冷軋和/或熱軋加工后得到鋁合金板材，將鋁合金板材在580°C條件下鹽浴固溶處理1.5min后進行水淬冷卻，板材出爐入水的時間小于2秒且冷卻水的溫度小于20°C。
[0031]5)兩級時效:首先將經固溶-淬火處理的鋁合金板材在100°C的條件下鹽浴保溫
2.5h，隨后再將鋁合金板材在50°C的條件下鹽浴保溫120h，從而得到所述的Al-Mg-Si合金。
[0032]由表1的結果可知，硅的含量不能過低，否則將會使得提高強度的效果不足，以及流動性的變差從而影響壓鑄性能，導致力學性能的明顯變差。而硅的含量過高則會導致延伸率的急劇下降和屈服強度的顯著降低。
[0033]鎂含量過低難于與硅協同發揮提高強度的作用，從而導致拉伸強度和屈服強度的顯著下降。而鎂含量過高會導致延伸率降低以及屈服強度的不足。
[0034]銅含量過低會使得延伸率嚴重的不足，同時屈服強度也明顯不足，而銅含量過高對于合金體系的拉伸強度和延伸率并未做出更多貢獻，反而拖累屈服強度的大幅下降。此外，適量的銅還能促進鎂硅強化相的形成，是合金體系重要的元素。
[0035]鉻含量過低難于發揮其晶粒細化的作用，從而導致拉伸強度的降低，同時延伸率、屈服強度等性能也不夠理想。鉻含量過高則可能與硅、錳等合金元素形成脆性金屬件化合物，從而大幅降低強度和塑性等各項力學性能。此外，適量的鉻還能促進鎂硅強化相的形成，也是合金體系重要的元素。
[0036]鐵作為主要的雜質元素必須嚴格限制其含量，如果超過0.02，例如對比例9中的
0.04，則明顯降低強度和塑性等各項力學性能，優選在0.005以下，當然如果能控制在更低更好。
[0037]錳雖然通常主要作為晶粒細化的合金元素使用，但本申請中更主要利用的是其對于鐵元素的協同溶解作用，因此控制其含量在0.03以下， 根據鐵的含量，也可以為0.01以下。
[0038]硅鎂比是必須嚴格控制的，過高的硅鎂比則有過多的硅析出在晶界，從而影響合金的力學性能。而過低的硅鎂比則難于充分形成強化相，以獲得相應的力學性能。
[0039]表1
[0040]
【權利要求】
1.一種用于汽車板材的鋁合金的熔煉及壓鑄工藝，其具有如下的工藝步驟: 1)原料準備:合金的成分配比為(Wt.%):Si3.5-4.0、Mgl.5-1.8、Cu0.05-0.1、Cr0.04-0.06, Fe ( 0.02, Mn ( 0.03，余量為鋁和不可避免的雜質，同時滿足Si/Mg的比值在2.2-2.5之間；其中上述合金成分來自于純度為99.9%的純鋁、硅含量為12-15%的鋁硅合金、鉻含量為10-12的鋁鉻合金、電解銅、工業純鎂等原料，如果有Mn來自于10-12%的鋁猛合金原料； 2)熔煉:先將上述各原料預熱至至少150°C，然后將純鋁置于熔煉爐中加熱升溫至750-780°C,隨后加入鋁鉻合金和電解銅并持續攪拌直至鋁鉻合金和電解銅全部熔化，之后降溫至700-730°C并加入鋁硅合金并持續攪拌直至鋁硅合金全部熔化，隨后降溫至650-670°C并將工業純鎂按壓至熔體底部維持至少3-5min，之后攪拌熔體并再次升溫至750-780°C同時加入精煉劑進行精煉，靜置10-15min后，檢驗熔體成分合格后完成熔煉； 3)壓鑄:將成分合格的熔體降溫至680-700°C后壓鑄到經過預熱至至少200°C的模具的型腔中，其中充型開始時的熔體流速為0.2-0.4m/s、鑄造壓力為70-75MPa，充型率超過60%后，提高熔體的流速至2-2.5m/s、鑄造壓力為85_90MPa，直至充型壓鑄結束。
2.根據權利要求1所述的鋁合金的熔煉及壓鑄工藝，其特征在于:所述的充型開始時的熔體流速為0.3m/s。
3.根據權利要求1所述的鋁合金的熔煉及壓鑄工藝，其特征在于:所述的充型開始時的鑄造壓力為73MPa。
4.根據權利要求1所述的鋁合金的熔煉及壓鑄工藝，其特征在于:所述的充型率超過60%后，提高熔體的流速至2.3m /s。
5.根據權利要求1所述的鋁合金的熔煉及壓鑄工藝，其特征在于:所述的充型率超過60%后，鑄造壓力為88MPa。
【文檔編號】C22C1/03GK103469023SQ201310442329
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】季吉清 申請人:蘇州吉利不銹鋼制品有限公司