[發明專利]真空壓鑄鋁硅鎂錳合金的成分與熱處理工藝優化方法

在審

• 申請號: 201711259311.X
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108149040A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 潘冶;徐俊杰;陸韜;薄兵
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/02;C22F1/043;B22D17/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明涉及一種真空壓鑄鋁硅鎂錳合金的成分與熱處理工藝協同優化方法，具體為：1)合金元素調整：合金熔煉時，通過Al?Si中間合金、純Mg塊對AlSiMgMn鋁合金進行Mg、Si元素含量調整，待爐料全部融化后，將金屬液溫度控制在720?740℃再對金屬液進行精煉處理得到熔煉鋁液，靜置10?30分鐘準備壓鑄；2)真空壓鑄：將所述步驟1)得到的熔煉鋁液在真空壓鑄機上進行壓鑄，得到真空壓鑄件；3)熱處理：將所述步驟2)得到的真空壓鑄件進行優化的固溶和時效熱處理，本發明通過小幅調整真空壓鑄件Mg、Si元素含量并協同優化的熱處理工藝能大幅提高壓鑄件的綜合力學性能，且無需引入稀土元素或貴金屬元素，既能降低生產成本又有利于鋁合金產品的再生利用。

技術領域

本發明屬于特種鑄造技術，具體涉及一種真空壓鑄鋁硅鎂錳鋁合金的成分與熱處理工藝協同優化方法。

背景技術

壓鑄工藝是一種高效率的近凈成型工藝，適用于生產尺寸精度高，表面質量好的金屬構件，目前被廣泛運用于汽車制造領域。但由于在高壓壓鑄過程中金屬液高速流動造成的卷氣現象以及由于脫模劑、潤滑劑在高溫下的蒸發、分解行成的油氣、氫氣被帶入型腔，壓鑄件內部存在明顯的孔隙缺陷。因此，鑄件在進行后續熱處理過程中表面容易出現起泡缺陷。為此，在常規壓鑄工藝基礎上開發出了真空壓鑄工藝，通過真空輔助系統能夠有效的降低壓鑄件內的孔隙缺陷，從而使鑄件可以進行深度熱處理工藝優化。

在汽車制造領域越來越多的采用壓鑄方式生產汽車底盤，車門立柱，車門等結構件的情況下，為了滿足結構件應用需求，需要進一步提高壓鑄件的綜合力學性能。具體體現為鑄件在擁有高的抗拉強度、屈服強度的同時還能保持良好的延伸率。

目前常用的Al-Si系壓鑄鋁合金尚不能滿足高端汽車結構件高強韌性能的需求，而通過加入稀土元素或貴金屬元素進行合金化處理在提高鑄件力學性能的同時也會提高生產成本。并且，這些元素的添加不利于二次鋁合金的使用以及鋁合金的再生利用。對于普通壓鑄件，由于熱處理后易產生“起泡”缺陷，很少采用熱處理方法進一步提高壓鑄件的力學性能。雖然真空壓鑄可解決這一問題，但多數熱處理后，鑄件強度提高的同時，塑性下降幅度較大。

為了解決以上問題，本發明針對真空壓鑄AlSiMgMn鋁合金的一些特性，提出了一種通過小幅調整AlSiMgMn鋁合金中的Mg、Si元素含量并結合優化的固溶和時效熱處理工藝從而大幅提高壓鑄件綜合力學性能的協同優化方法。(1)在真空壓鑄AlSiMgMn合金體系中，Si元素的提高不僅可以提高鋁合金的流動性從而提高鑄件充型能力；而且在壓鑄件中，共晶硅組織的形貌對鑄件延伸率的影響較大，均勻圓整的共晶硅組織能明顯提高鑄件的延伸率。在真空壓鑄AlSiMgMn合金體系中，Mg元素的提高能與Si形成更多Mg₂Si等鎂硅強化相。Mg元素含量的適量提高能提升鑄件強度。(2)真空壓鑄AlSiMgMn鋁合金在高速高壓凝固狀態下，鑄件的鑄態組織已經十分細小均勻；又由于真空輔助系統降低了鑄件內部孔洞缺陷，因此真空壓鑄件在微觀組織層面狀態良好。相對于常規壓鑄中不可忽視的內部孔洞缺陷和普通鑄造中粗大的枝晶組織，真空壓鑄件的微觀組織形態細小均勻、內部孔洞缺陷少，壓鑄件的力學性能影響因素與其成分以及熱處理后組織形態以及強化相的分布狀態有關。因而，在本發明中，小幅調整真空壓鑄AlSiMgMn鋁合金的Mg、Si元素含量以增加熱處理后強化相的析出量，并通過優化的熱處理工藝使其分布均勻，從而提高其綜合力學性能的設計思路才能反映到鑄件的宏觀力學性能層面。(3)由于真空壓鑄AlSiMgMn鋁合金內部孔洞缺陷大幅降低，因此可以針對元素成分的微調進行最優T6熱處理的設計。通過一系列正交實驗設計，針對不同成分進行熱處理工藝優化，最終得到不同的最優熱處理工藝，能將成分調整后合金的力學性能優勢體現出來。

綜上所訴，本發明提供一種真空壓鑄AlSiMgMn鋁合金的成分與熱處理工藝協同優化方法。這種方法是根據真空壓鑄AlSiMgMn系列鋁合金的特性所設計的一種低成本、綠色、利回收的力學性能協同優化方法。在普通高壓壓鑄、常規鑄造條件下，或者對于Al-Si-Cu等系列鋁合金壓鑄來說這種方法效果并不明顯。

發明內容