一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋁合金材料技術領域，尤其涉及一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 鋁合金壓鑄成型工藝可以制造形狀復雜、輪廓清晰、薄壁深腔的金屬零件，具有工 序簡單、生產效率高、鑄件公差等級較高、表面粗糙度好、力學性能優良、材料利用率高等優 點，現已成為我國鑄造業中的一個重要組成部分。在汽車工業中，鋁合金壓鑄件的需求量非 常大，已經成為汽車輕量化的重要支撐。
[0003] 由于鋁合金對鐵有很強的親和力，鋁合金在壓鑄過程中與鐵質模具接觸時，會發 生物理化學反應，產生粘模現象。粘模缺陷是影響產品質量、大幅提高模具制造維修成本的 關鍵因素。為了保證良好的脫模性，目前壓鑄鋁合金的Fe含量大都選擇在0.7%_1.3%。
[0004] 近共晶Al-Si-Mg系列合金，具有綜合力學性能優良、耐腐蝕性強、成型工藝性能好 和成本較低等優點，因此成為常用鋁合金壓鑄材料之一。
[0005] 國內外此類材料成分標準如表1所示：
[0006] 表1國內材料的成分標準
[0007]
[0008]
[0009]國內外此類材料性能標準如表2所示：
[0010] 表2國內外材料的性能標準 [0011]
[0012] 在以上標準中的合金中，由于Fe含量偏高，鐵大部分以粗大片狀或針狀的β (A19Fe2Si2)相存在于合金中，不僅使合金的流動性減低，熱裂性增大，還嚴重割裂基體，降 低力學性能，尤其是降低延伸率，因此大大限制了應用領域，多數應用在了只承受簡單應力 的箱體、殼體、覆蓋件上面，而對承受交變應力的復雜結構件上很少有應用。
[0013] 多部件組合焊接工藝具有整體尺寸穩定性高、加工流程短、成本低廉的優點，是結 構復雜、單重較大部件實現輕量化和低成本化的主要措施，壓鑄件組合焊接也是重要發展 方向。因此，壓鑄材料的成分設計不僅要滿足鑄件的力學性能，還要滿足鑄件的鑄造成型工 藝性能和焊接性能。

【發明內容】

[0014] 本發明解決的技術問題在于提供一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金及其制備方法， 具有高強高韌的力學性能和良好的焊接性能。
[0015] 有鑒于此，本發明提供了一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金，包括以下質量分數的 成分：
[0016]
[0017] 其他雜質元素總量不超過0.3%，且其他單個雜質元素含量不超過0.05% ;
[0018] A1 余量。
[0019] 優選的，包括以下質量分數的成分：
[0020] Si 6.8-10.7%。
[0021] 優選的，包括以下質量分數的成分：
[0022] Mg 0.22-0.36%。
[0023] 優選的，包括以下質量分數的成分：
[0024] Μη 0.58-0.68%。
[0025] 優選的，包括以下質量分數的成分：
[0026] Ti 0.07-0.08%。
[0027] 優選的，包括以下質量分數的成分：
[0028] Sb 0.13-0.14%。
[0029] 優選的，包括以下質量分數的成分：
[0030] Re 0.12-0.18% 〇
[0031] 相應的，本發明還提供一種上述壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金的制備方法，包括以 下步驟：
[0032]向熔煉爐中加入鋁錠和金屬硅，升溫至750_850°C進行合金化；
[0033] 加入電解錳，充分攪拌進行合金化，取樣分析；
[0034] 加入鋁銻中間合金和鋁稀土中間合金，充分攪拌進行合金化，取樣分析，除渣精 煉，扒渣；
[0035]加入鎂、鋁鈦合金和鋁鈦硼中間合金，充分攪拌進行合金化，取樣分析；
[0036] 在700-740°C下通入氬氣進行精煉，靜置5-15min，在680-720°C鑄造，得到壓鑄用 Al-Si-Mg鑄造鋁合金。
[0037] 太發明i不榲供一種壓鍺用A1-Si-Me鍺造鋁合金，包括以下質量分數的成分：
[0038]
[0039]
[0040] 其他雜質元素總量不超過0.3%，且其他單個雜質元素含量不超過0.05% ;
[0041 ] A1 余量。
[0042]相應的，本發明還提供一種上述壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金的制備方法，包括以 下步驟：
[0043]向熔煉爐中加入鋁錠和金屬硅，升溫至750_850°C進行合金化；
[0044]加入電解錳，充分攪拌進行合金化，取樣分析；
[0045]加入鋁稀土中間合金，充分攪拌進行合金化，取樣分析，除渣精煉，扒渣；
[0046]加入鎂、鋁鍶合金、鋁鈦合金和鋁鈦硼中間合金，充分攪拌進行合金化，取樣分析； [0047] 在700-740°C下通入氬氣進行精煉，靜置5-15min，在680-720°C鑄造，得到壓鑄用 Al-Si-Mg鑄造鋁合金。
[0048]本發明提供了一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金及其制備方法，包括以下質量分數 的成分:31、]\%、]\111、11、8、313、1^、？6、￥、0、2匕？、86，余量為41。該壓鑄用41-3丨-]\%鑄造鋁合 金具有高強高韌的力學性能，壓鑄試棒力學性能可達到:鑄態抗拉強度(〇b)230-310MPa、屈 服強度(〇〇.2)115-160MPa，延伸率(δ)5.5-14.5%。該壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金的綜合力 學性能優良，尤其是延伸率，達到所有材料標準中規定值最高值3.5%的1.5倍以上。第二， 材料適用于壓鑄成型，填補了低鐵鋁合金壓鑄材料的空白；通過低鐵壓鑄合金材料的應用， 填補高強韌壓鑄件的空白。材料還具有良好的焊接性能，適用于鑄件的組合焊接。因此，本 發明制備的壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金具有高強高韌的力學性能和良好的焊接性能。
【具體實施方式】
[0049]為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是 應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的 限制。
[0050] 本發明實施例公開了一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金，包括以下質量分數的成 分：
[0051]
[0052] 其他雜質元素總量不超過0.3%，且其他單個雜質元素含量不超過0.05% ;
[0053] A1 余量。
[0054] Si不僅可以提高鋁合金中的流動性，保障鑄造充型能力；而且在焊接凝固時，由于 鋁-硅合金的收縮率小，幾乎不產生裂紋，可以保證優良的焊接性能;還可以和Mg形成Mg 2Si 強化相，保證合金的力學性能。所述Si的質量分數優選為6.8-10.7%，更優選為7-9%。
[0055] Mg與Si形成Mg2Si相，在壓鑄過程的激冷中固溶在α鋁中，通過時效析出后彌散強 化。隨著Mg含量的提高，抗拉強度逐漸提高，延伸率逐漸下降。Mg含量越高，焊接性能越差。 所述Mg的質量分數優選為0.22-0.36 %，更優選為0.25-0.32 %。
[0056] Μη促進針片狀i3(A19Fe2Si2)向漢字狀a(Al12Fe 3Si)轉變，提高合金的綜合力學性 能；可以形成ΜηΑ16,細化再結晶晶粒，降低熱裂傾向；在高鎂合金中錳還可以使Mg5Al 8化合 物平均沉淀，改善抗蝕性和焊接機能，彌補Mg帶來的焊接性能減弱;錯合金中的Fe相和Μη相 大部分相互溶入，形成AlFeMnSi相、（Fe、Mn)Al 6相，因此Μη可以替代鋁合金中的部分Fe，降 低低鐵鋁合金的粘模傾向。所述Mg的質量分數優選為0.58-0.68 %，更優選為0.6-0.65 %。
[0057] Sb和Re是永久變質劑，使共晶硅由粗大針片狀轉變為短桿狀，提高合金的綜合力 學性能，但其變質效果對冷卻速度十分敏感。而壓鑄件的凝固過程本身就是一個激冷過程， 可以為Sb和Re變質創造良好的條件;Sb變質合金重熔之后的鋁液吸氫能力較弱，Re還具有 除（固）氫精煉的作用，可以減少鑄件針孔，提高鑄件的熱處理能力和焊接性能。所述Re的質 量分數優選為〇. 12-0.18%，更優選為0.14-0.16%。所述Sb的質量分數優選為0.13-0.14%〇
[0058] Ti和B作為α鋁的晶粒細化劑，提高鑄造鋁合金的綜合力學性能。所述Ti的質量分 數優選為〇 . 07-0.08 % ;所述B的質量分數優選為0.0015-0.0030 %，更優選為0.0018-0.0020%〇
[0059] Fe在合金中在一定條件下會形成粗大片狀或針狀的i3(A19Fe2Si2)中，不僅使合金 的流動性減低，熱裂性增大，還嚴重割裂基體，降低力學性能，尤其是降低延伸率。所述Fe的 質量分數優選為〇-〇. 1 %，更優選為0-05 %。
[0060] Cr、V、Zr可以細化晶粒組織，但也容易與Mn、Fe形成粗大片狀金屬間化合物，形成 重力偏析，降低合金流動性，或者進入鑄件形成硬質點，惡化加工性能，加劇刀具磨損。所述 Cr的質量分數優選為0-0.02 %，更優選為0-0.01 % ;所述V的質量分數優選為0-0.02 %，更 優選為〇-〇. 01 % ;所述Zr的質量分數優選為0-0.02%，更優選為0-0.01 %。
[0061] P會促進初晶硅的析出，本發明提供的鑄造鋁合金為亞共晶、近共晶鋁硅合金，不 希望因為出現初晶硅降低力學性能。所述P的質量分數優選為〇_〇. 001 %，更優選為〇-0.0005%。
[0062] Be會使鋁合金的氧化膜更致密，減少熔煉過程中的合金氧化，但致密的氧化膜也 會惡化材料的焊接性能。所述Be的質量分數優選為0-0.0003%，更優選為0-0.0001 %。 [0063]相應的，本發明還提供一種上述壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金的制備方法，包括以 下步驟：
[0064]向熔煉爐中加入鋁錠和金屬硅，升溫至750_850°C進行合金化；
[0065]加入電解錳，充分攪拌進行合金化，取樣分析；
[0066]加入鋁銻中間合金和鋁稀土中間合金，充分攪拌進行合金化，取樣分析，除渣精 煉，扒渣；
[0067]加入鎂、鋁鈦合金和鋁鈦硼中間合金，充分攪拌進行合金化，取樣分析；
[0068] 在700-740°C下通入氬氣進行精煉，靜置5-15min，在680-720°C鑄造，得到壓鑄用 Al-Si-Mg鑄造鋁合金。
[0069]相應的，本發明還提供另一種壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金，采用Sr代替Sb，包括以 下質量分數的成分：
[0070]
[0071]
[0072] 其他雜質元素總量不超過0.3 %，且其他單個雜質元素含量不超過0.05 % ;
[0073] A1 余量。
[0074]相應的，本發明還提供上述壓鑄用Al-Si-Mg鑄造鋁合金的制備方法，包括以下步 驟：
[0075]向熔煉爐中加入鋁錠和金屬硅，升溫至750_850°C進行合金化；
[0076] 加入電解錳，充分攪拌進行合金化，取樣分析；
[0077] 加入鋁稀土中間合金，充分攪拌進行合金化，取樣分析，除渣精煉，扒渣；
[0078] 加入鎂、鋁鍶合金、鋁鈦合金和鋁鈦硼中間合金，充分攪拌進行合金化，取樣分析；
[0079] 在700-740°C下通入氬氣進行精煉，靜置5-15min，在680-720°C鑄造，得到壓鑄用 Al-Si