[發明專利]鑄態高韌壓鑄鋁硅合金及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910449860.6
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110079712B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 熊守美;佟國棟;焦祥祎;汪俊;劉超峰
• 申請（專利權）人: 清華大學;一汽鑄造有限公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/03;B22D17/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發明公開了一種鑄態高韌壓鑄鋁硅合金及其制備方法和應用。其中，鑄態高韌壓鑄鋁硅合金包括：8～11wt％的硅、0.4～0.8wt％的錳、0.1～0.4wt％的釩、0.1～0.4wt％的鋯、0.01～0.04wt％的鍶、不大于0.2wt％的鐵、不大于0.1wt％的不可避免夾雜物，以及余量的鋁。該鋁硅合金不僅表現出高的強韌性、好的抗熱裂能力，而且熔體具有較好的流動性，對熔體進行壓鑄時可以顯著減少壓鑄工藝本身所帶來的組織缺陷，并避免后續的合金熱處理工藝，能夠在顯著提高鋁硅合金鑄件力學性能的同時降低生產成本。

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，具體而言，涉及鑄態高韌壓鑄鋁硅合金及其制備方法和應用。

背景技術

輕金屬合金如鋁合金由于比強度、比剛度較高，且減震性、導熱性、可切削加工性及可回收性良好，近年來得到了關注。其中，亞共晶鋁硅合金在接近共晶點成分時，隨硅量的增加，結晶溫度區間變小，流動性隨之增加。硅的收縮率很小，因此合金的熱裂傾向減少。高壓鑄造適合生產形狀復雜的薄壁零件，并且壓鑄工藝成型周期短，生產效率高，環境友好，在汽車領域應用廣泛。壓鑄態亞共晶鋁硅合金由于具有高的強韌性，目前，在汽車輪轂，方向盤，儀表盤，支架等關鍵部位已經成功應用，取代了傳統的鋼結構，減輕了質量，降低了能源損耗。然而，高壓鑄造過程中，沖頭低速高速運動階段使金屬液湍流卷氣，形成的大量孔洞成為降低力學性能的重要原因；并且，由于金屬液在壓室內的停留時間較長及快速充型產生了大的剪切力，所以合金中形成了特殊組織：壓室預結晶組織ESCs和缺陷帶DBs，這些組織降低了力學性能。

目前，雖然壓鑄態鋁合金壓鑄件已成功應用于汽車、通信電子及航空航天等領域，但由于其絕對強度低、高溫力學性能較差且難以進行后續的熱處理等工藝，因此，壓鑄鋁合金主要用于生產常溫下對力學性能要求不高的服役零件，而對于對力學性能有較高要求的結構件仍無法應用。近年來，熱處理改良高真空壓鑄鋁合金件被廣泛的應用，合適的熱處理工藝雖然較大幅度提高了壓鑄態鋁合金的性能，然而，由于熱處理造成的零件變形以及鼓泡問題，還需要進一步的機加工進行處理，并且，熱處理本身是消耗能量的過程，增加了鑄件的生產成本。

因此，開發高性能的高強韌鋁合金勢在必行。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出鑄態高韌壓鑄鋁硅合金及其制備方法和應用，該鋁硅合金不僅強韌性高、抗熱裂能力好，而且熔體具有較好的流動性，對熔體進行壓鑄時可以顯著減少壓鑄工藝本身所帶來的組織缺陷，并避免了后續的合金熱處理工藝，能夠在顯著提高鋁硅合金鑄件的力學性能的同時降低生產成本。

根據本發明的第一個方面，本發明提出了一種鑄態高強韌壓鑄鋁硅合金。根據本發明的實施例，該鋁硅合金包括：8～11wt％的硅、0.4～0.8wt％的錳、0.1～0.4wt％的釩、0.1～0.4wt％的鋯、0.01～0.04wt％的鍶、不大于0.2wt％的鐵、不大于0.1wt％的不可避免夾雜物，以及余量的鋁。

根據本發明上述實施例的鑄態高強韌壓鑄鋁硅合金，通過綜合控制鋁硅合金中硅、錳、釩、鋯、鍶和鐵分別為上述含量，不僅可以顯著降低鋁硅合金中鐵元素帶來的性能惡化，韌化組織，并減輕粘膜熱裂的傾向，還可以細化晶粒，顯著增強合金的固溶效果和基體強度，同時提高合金熔體的流動性和成型性，使經壓鑄達到的鋁硅合金不需要進行后續熱處理就可以達到高的強韌性。由此，該鋁硅合金不僅強韌性高、抗熱裂能力好，而且熔體具有較好的流動性，對熔體進行壓鑄時可以顯著減少壓鑄工藝本身所帶來的組織缺陷，并避免后續的合金熱處理工藝，能夠在顯著提高鋁硅合金鑄件的力學性能的同時降低生產成本，具體地，具有上述組成的壓鑄鋁硅合金在鑄態下，棒狀試樣屈服強度為130～150MPa，抗拉強度為280～295MPa，延伸率為10～16％，相較其他商業鋁合金，該鋁硅合金的力學性能得到很大的提升。

另外，根據本發明上述實施例的鑄態高強韌壓鑄鋁硅合金還可以具有如下附加的技術特征：