本發明(ming)涉及(ji)鋁(lv)合(he)金，具(ju)體涉及(ji)一種(zhong)鑄造鋁(lv)合(he)金及(ji)其制備(bei)方(fang)法。

背景技術：

1、鋁-錳系鋁合金(jin)具有高耐蝕(shi)、高熔(rong)點的(de)特(te)性，在(zai)釬焊、可陽極氧化等領域具備較高的(de)潛力，但在(zai)金(jin)屬(shu)膜(mo)鑄造(zao)過程中，鋁-錳系鋁合金(jin)鑄造(zao)易開裂，且補縮性能較差，力學(xue)性能較低，使得其應用受到一定的(de)制約。

2、為平衡al-mn系(xi)鋁合(he)金(jin)鑄(zhu)造工藝(yi)性(xing)(xing)能(neng)、力學性(xing)(xing)能(neng)、高溫熱(re)加工性(xing)(xing)能(neng)等(deng)，通過(guo)添(tian)加加強(qiang)(qiang)元素(su)是目(mu)前主要(yao)的技術手段(duan)。針對(dui)該系(xi)合(he)金(jin)強(qiang)(qiang)度低(di)、易開裂(lie)等(deng)問(wen)題，添(tian)加傳統的強(qiang)(qiang)化元素(su)cu、mg、si、zn等(deng)會加劇合(he)金(jin)開裂(lie)特性(xing)(xing)，并降(jiang)低(di)鑄(zhu)造合(he)金(jin)熔(rong)點，惡化鑄(zhu)件(jian)的高溫加工性(xing)(xing)能(neng)，因此(ci)這些強(qiang)(qiang)化元素(su)往往控制在(zai)較小的添(tian)加量，合(he)金(jin)強(qiang)(qiang)度提高成為了較大(da)的困難。

3、為改善(shan)鋁-錳系鋁合(he)金(jin)(jin)(jin)鑄(zhu)造性(xing)(xing)能，提(ti)高鑄(zhu)件(jian)質量，提(ti)升鑄(zhu)件(jian)力學性(xing)(xing)能，行業內開(kai)展了一(yi)定的研究工作，如(ru)發明專(zhuan)利申請(qing)cn113897519a中公(gong)開(kai)了一(yi)種真(zhen)空壓鑄(zhu)實現釬焊(han)的鋁-錳-鎂-硅-鈦-錫鑄(zhu)造合(he)金(jin)(jin)(jin)及(ji)其(qi)(qi)制備方法，其(qi)(qi)在鋁-錳共晶(jing)成分的基礎上，添(tian)加(jia)(jia)鎂和硅，在不降(jiang)低合(he)金(jin)(jin)(jin)導熱(re)性(xing)(xing)能基礎上提(ti)高了合(he)金(jin)(jin)(jin)的強(qiang)韌(ren)性(xing)(xing)，添(tian)加(jia)(jia)鈦和錫細化晶(jing)粒，提(ti)高合(he)金(jin)(jin)(jin)的強(qiang)韌(ren)性(xing)(xing)，然而(er)鎂和硅的添(tian)加(jia)(jia)會顯著增大凝固區間(jian)，加(jia)(jia)劇熱(re)裂傾向(xiang)。

4、發明專(zhuan)利cn112853178b中公開(kai)了(le)(le)一(yi)種鋁-錳(meng)-鋅(xin)-鎂(mei)-鐵-鈦-鋯合金(jin)，其在(zai)鋁合金(jin)中添加了(le)(le)鋅(xin)、鎂(mei)和錳(meng)、鐵元素(su)，不僅提(ti)高了(le)(le)合金(jin)的固溶強化(hua)效果，同(tong)(tong)時使含(han)mn相(xiang)轉化(hua)為細(xi)小彌散的第二(er)(er)相(xiang)，降低了(le)(le)基體(ti)與第二(er)(er)相(xiang)的色(se)差，有(you)效提(ti)高了(le)(le)合金(jin)的陽(yang)極氧化(hua)性(xing)能，同(tong)(tong)時改(gai)善了(le)(le)力學性(xing)能。然而(er)，該合金(jin)中添加的鋅(xin)、鎂(mei)元素(su)會大(da)幅擴大(da)凝固區間，鑄造成(cheng)形性(xing)難以保證，易發生熱裂等問題。

5、因此，開發一種(zhong)兼具(ju)鑄(zhu)造性能、機械性能且(qie)具(ju)備良好高溫熱加(jia)工性能的(de)鋁(lv)合金材料具(ju)有重要(yao)意(yi)義。

技術實現思路

1、本(ben)發(fa)明(ming)的(de)(de)目的(de)(de)在于針(zhen)對現有技(ji)術(shu)中的(de)(de)不足，提(ti)供一種鑄造鋁(lv)合金，以解決現有技(ji)術(shu)中存在的(de)(de)鋁(lv)合金易熱裂、難補縮、強度(du)不足及機加工性(xing)能不良等技(ji)術(shu)問題。

2、為實(shi)現上(shang)述發明目的，本發明提出(chu)以(yi)下技(ji)術方案(an)：一種鑄(zhu)造鋁合金，包括按質量百分比計(ji)的以(yi)下成分：

3、mn：1.0～2.0％；fe：0.1～0.5％；ca：1.0～5.5％；cr：0.01～0.5％；zr：0.01～0.3％；ti：0.01～0.3％；si:不超過(guo)0.2％；mg：不超過(guo)0.2％；其余為(wei)al；

4、所(suo)述鑄(zhu)造鋁合金中包括(kuo)α-al基體和(he)共(gong)晶(jing)(jing)組織，所(suo)述共(gong)晶(jing)(jing)組織包括(kuo)第(di)(di)一共(gong)晶(jing)(jing)和(he)第(di)(di)二(er)共(gong)晶(jing)(jing)，所(suo)述第(di)(di)一共(gong)晶(jing)(jing)包括(kuo)(α-al+al6(fe,mn,cr)si)共(gong)晶(jing)(jing)和(he)/或(α-al+al6(fe,mn,cr)共(gong)晶(jing)(jing)，所(suo)述第(di)(di)二(er)共(gong)晶(jing)(jing)包括(kuo)(α-al+al4ca)共(gong)晶(jing)(jing)，所(suo)述(α-al+al4ca)共(gong)晶(jing)(jing)在鋁合金中的質量分數占(zhan)比為6.7～60％。

5、在(zai)本(ben)發明的一(yi)個或(huo)多(duo)個實施例中(zhong)(zhong)，所述(shu)共(gong)晶(jing)(jing)組織(zhi)形成過程中(zhong)(zhong)，所述(shu)第二共(gong)晶(jing)(jing)反應發生在(zai)第一(yi)共(gong)晶(jing)(jing)反應之后(hou)，以補縮凝固收(shou)縮。

6、本發明(ming)的一個或(huo)多個實施例(li)中，所述(shu)(α-al+al4ca)共晶中，α-al相(xiang)(xiang)與al4ca相(xiang)(xiang)相(xiang)(xiang)間分布(bu)，所述(shu)al4ca相(xiang)(xiang)呈(cheng)細小層片(pian)狀結構，高溫(wen)處理后轉變(bian)為球狀或(huo)短棒狀。

7、本發明的(de)一個或多個實施例中，所述(α-al+al4ca)共(gong)晶中，al4ca相的(de)尺寸為(wei)1-5um。

8、本發明(ming)的一個(ge)或多個(ge)實施(shi)例中，所述(α-al+al4ca)共晶在鋁(lv)合金(jin)中的質量分(fen)數占(zhan)比為20～50％。

9、本(ben)發明的(de)一個或多(duo)個實施例中，所述鋁合金中fe+mn質量百分比為1.2～2.3％。

10、本發明的一(yi)個或(huo)多(duo)個實施例中，所(suo)述第一(yi)共晶組織的形(xing)態為大尺寸的α-al枝(zhi)晶及形(xing)成于枝(zhi)晶間的al6(fe,mn,cr)si相和/或(huo)al6(fe,mn,cr)相顆粒(li)。

11、本發明的(de)一個或(huo)多個實(shi)施例中，所述第一共晶(jing)組(zu)織中，al6(fe,mn,cr)si相和/或(huo)al6(fe,mn,cr)相的(de)尺寸(cun)為1-25um。

12、本發(fa)明的一個或(huo)多(duo)個實施例(li)中，所(suo)述鑄造鋁合(he)金為(wei)多(duo)共晶體系(xi)，其(qi)在al-mn共晶體系(xi)基礎上，引入了al-ca體系(xi)，以延遲合(he)金凝固過程的枝(zhi)晶搭橋(qiao)。

13、本發明還提出一種鑄造鋁合金制備(bei)方法，包括以(yi)下制備(bei)步驟：

14、s1、按配方(fang)量稱取各(ge)組(zu)分(fen)，分(fen)階段熔融后，得到熔體；

15、s2、向所(suo)述熔體中(zhong)加(jia)入細化劑，待其全部(bu)熔化并攪拌均勻，精煉后得到(dao)金(jin)屬熔體；

16、s3、澆注，并按冷(leng)卻速率大于等于2℃/s冷(leng)卻，得到所(suo)述鑄造鋁(lv)合金。

17、在本發明(ming)的一(yi)個或多個實施例中，所述s1包括(kuo)：

18、按配方(fang)量稱取各組分，在750～800℃保(bao)溫，使鋁錠熔化后，向熔體中(zhong)添加(jia)鋁錳中(zhong)間合(he)金(jin)或(huo)錳劑，鋁鐵中(zhong)間合(he)金(jin)或(huo)鐵劑，并完(wan)全熔化；

19、將熔體降溫至750～780℃，依次加入鈦、鉻、鋯等(deng)元(yuan)素，并(bing)完全(quan)熔化；

20、在740～770℃用鐘(zhong)罩將鋁(lv)鈣中間合金壓入熔體中至(zhi)完(wan)全吸收。

21、在本發(fa)明的一個或多個實施例中(zhong)，所(suo)述s2中(zhong)的細化劑選自al-ti-b、al-ti-c、al-ti-c-b、al-zr-b或al-nb-b中(zhong)的一種或幾種。

22、本發(fa)明提出的(de)鑄造(zao)(zao)鋁(lv)合(he)金(jin)中，通過(guo)將mn控制(zhi)在(zai)亞共晶范圍，可避免粗(cu)大初生al6mn類相的(de)形成，獲得細小的(de)al6mn類共晶組織；此外，mn的(de)添加還(huan)可提高(gao)合(he)金(jin)鑄造(zao)(zao)過(guo)程(cheng)中的(de)脫(tuo)模作(zuo)用。

23、進一步地，fe元素可以有(you)效細化(hua)al6mn類相尺寸，調(diao)控al6mn類相的形(xing)貌；另一方面(mian)，由于(yu)合(he)(he)金具有(you)較高的fe含量，該(gai)合(he)(he)金可實現反復(fu)的回收再利用(yong)，其制備過程中具備低碳排放的優勢。

24、進(jin)一(yi)步地，ca是(shi)少有(you)(you)的(de)(de)(de)在凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)體(ti)(ti)(ti)積(ji)膨(peng)脹金屬，其體(ti)(ti)(ti)積(ji)膨(peng)脹率可(ke)達到(dao)3.2％，ca元素在凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)形成的(de)(de)(de)al4ca相具有(you)(you)低的(de)(de)(de)密(mi)度(du)和高的(de)(de)(de)摩爾體(ti)(ti)(ti)積(ji)，本發明(ming)通過控制(zhi)ca添加(jia)量可(ke)有(you)(you)效(xiao)調控合金在凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)體(ti)(ti)(ti)積(ji)收縮，從而從根(gen)本上減(jian)少孔(kong)洞缺陷的(de)(de)(de)產(chan)生。本發明(ming)中(zhong)選(xuan)擇控制(zhi)ca含(han)量范圍為1.0～5.5％，一(yi)方面(mian)足夠的(de)(de)(de)ca含(han)量可(ke)有(you)(you)效(xiao)減(jian)少縮孔(kong)缺陷，有(you)(you)效(xiao)提高強度(du)。

25、進一(yi)步(bu)地，由(you)于(α-al+al4ca)共晶(jing)(jing)反應發生(sheng)在al-mn共晶(jing)(jing)反應即第一(yi)共晶(jing)(jing)反應之后，可有效(xiao)補(bu)(bu)縮凝固收縮，且(qie)通過(guo)控(kong)制(zhi)(al+al4ca)共晶(jing)(jing)組織(zhi)質量百分數為6.7～60％，或通過(guo)在微觀組織(zhi)圖(tu)上(shang)檢測控(kong)制(zhi)(α-al+al4ca)共晶(jing)(jing)組織(zhi)面積百分數不超過(guo)70％，使得第一(yi)共晶(jing)(jing)結(jie)束時，α-al枝(zhi)晶(jing)(jing)處于未(wei)搭(da)橋(或補(bu)(bu)縮通道未(wei)關閉)的狀態，進一(yi)步(bu)改善了合金(jin)補(bu)(bu)縮性。

26、進一(yi)步(bu)地，控(kong)制以(yi)確保(bao)合金中(zhong)存在適量的α-al，以(yi)協調變形，實現強、韌性的統一(yi)。

27、進一步地，鑄態下(xia)al4ca相呈(cheng)細小的層片(pian)狀(zhuang)(zhuang)，或細小短(duan)棒狀(zhuang)(zhuang)，或細小球狀(zhuang)(zhuang)，使(shi)得(α-al+al4ca)共(gong)晶(jing)(jing)具(ju)有較(jiao)強的共(gong)晶(jing)(jing)強化效(xiao)應，從而獲得更優(you)的力(li)學性能(neng)。

28、進(jin)一(yi)步(bu)地，本發明(ming)鑄造鋁合(he)金(jin)的成分中添加cr元素，實現對含mn、fe相的進(jin)一(yi)步(bu)調控(kong)。

29、進(jin)一(yi)步地，添加(jia)zr、ti元素，可細化(hua)合(he)金晶粒(li)，延(yan)緩凝(ning)固過程中枝晶搭橋(qiao)，改(gai)善補縮效果，降(jiang)低熱裂風險，zr元素的添加(jia)還(huan)可在α-al晶粒(li)內部析出al3m彌(mi)散相(xiang)，進(jin)一(yi)步提高α-al晶粒(li)的強度。

30、進(jin)一步地，本(ben)發(fa)明中(zhong)，由于si元(yuan)素的添(tian)加(jia)了為不超過0.2％，因此，在形成的第一共(gong)晶(jing)(jing)(jing)中(zhong)，根據si的添(tian)加(jia)量的多少不同，其包括(α-al+al6(fe,mn,cr)si)共(gong)晶(jing)(jing)(jing)和/或(α-al+al6(fe,mn,cr)共(gong)晶(jing)(jing)(jing)，即在si元(yuan)素的添(tian)加(jia)量在一定范(fan)圍內時(shi)，第一共(gong)晶(jing)(jing)(jing)中(zhong)主(zhu)要形成的是(shi)(α-al+al6(fe,mn,cr)si)共(gong)晶(jing)(jing)(jing)，在si元(yuan)素的添(tian)加(jia)量較低(di)或不添(tian)加(jia)si元(yuan)素時(shi)，第一共(gong)晶(jing)(jing)(jing)中(zhong)主(zhu)要形成的是(shi)(α-al+al6(fe,mn,cr)共(gong)晶(jing)(jing)(jing)。

31、進一步地，以(yi)質量百(bai)分含(han)量計，本發(fa)明鑄造鋁(lv)合金(jin)中雜質的含(han)量小于(yu)0.1％。

32、由于(al+al4ca)共(gong)晶反(fan)應過(guo)程(cheng)中(zhong)低的(de)收縮(suo)率，使得合金在兩相區及高溫(wen)(wen)固相溫(wen)(wen)度區間(jian)內的(de)收縮(suo)應力大幅減少(shao)，極大降(jiang)低鑄件熱裂風(feng)險。

33、由于(al+al4ca)共(gong)晶(jing)組織第二相尺寸細小、彌散(san)，因此，具備較高(gao)的共(gong)晶(jing)強化效果，有效地提高(gao)合金的強度。

34、由于(al+al4ca)共晶組織具有高的固相線溫度，使得合(he)金具有優異的高溫穩定性及高溫釬焊性能。

35、本發明與現有(you)技(ji)術相比具有(you)以下有(you)益效果：

36、本(ben)發(fa)明(ming)提出的(de)al-mn-ca鑄造合金(jin)及制備方法，通過(guo)在al-mn合金(jin)二(er)元體(ti)系基(ji)礎上(shang)，引(yin)入第二(er)共(gong)晶(α-al+al4ca)，第二(er)共(gong)晶(α-al+al4ca)具有低(di)的(de)密度(du)和高(gao)的(de)摩(mo)爾體(ti)積(ji)，使得(de)合金(jin)在凝固過(guo)程中(zhong)體(ti)積(ji)收縮(suo)大幅降(jiang)低(di)，從根本(ben)上(shang)減少了鑄件內部孔洞缺陷(xian)的(de)發(fa)生；同時，添加一定量(liang)的(de)ca后，提高(gao)共(gong)晶含(han)量(liang)，降(jiang)低(di)熱(re)裂(lie)傾向，并具備一定的(de)補縮(suo)空間。

37、采用al-mn-ca合(he)金(jin)體(ti)系，在含有(you)大量高溫穩定相的(de)同時，嚴格控制低熔點(dian)元素(su)添加(jia)量，保證了鋁(lv)合(he)金(jin)的(de)高熔點(dian)；而大量引(yin)入的(de)(α-al+al4ca)共(gong)晶(jing)(jing)組織，有(you)效(xiao)提(ti)(ti)高了合(he)金(jin)機械性能；且借助彌散相形成元素(su)zr、ti、cr的(de)添加(jia)，進一(yi)步細化α-al晶(jing)(jing)粒(li)及al-mn金(jin)屬間(jian)化合(he)物，并與(yu)共(gong)晶(jing)(jing)al4ca相伴(ban)生生長，進一(yi)步提(ti)(ti)高了al4ca相熱穩定性。

38、本發明鑄(zhu)造(zao)鋁合金(jin)在(zai)(zai)鑄(zhu)態下(xia)(xia)，其在(zai)(zai)室溫下(xia)(xia)抗拉強度(du)在(zai)(zai)180mpa以上，屈服強度(du)在(zai)(zai)100mpa以上，延(yan)伸率大于(yu)等于(yu)6％。

39、本發明鑄造鋁合(he)金經600℃保溫處(chu)理(li)后，在(zai)室溫下抗拉(la)強(qiang)度在(zai)150mpa以上，屈服強(qiang)度在(zai)80mpa以上，延伸(shen)率大(da)于(yu)等于(yu)10％。