[發明專利]一種低能耗亞共晶高含銅量Al-Si-Cu-Mg鑄造合金的熱處理強韌化方法

在審

• 申請號: 202110886752.2
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113652619A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 徐聰;盧廣璽;關紹康;楊緒鋒;郭耀坤
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C22F1/043
• 分類號: C22F1/043;C22C1/03;C22C21/02
• 代理公司: 鄭州銀河專利代理有限公司 41158
• 代理人: 陳玄

本發明提供了一種低能耗亞共晶高含銅量Al?Si?Cu?Mg鑄造合金的熱處理強韌化方法，其重量百分比及化學成分為：它的重量百分比及化學成分為：Si 6.5～7.5％，Cu 2.7～3.3％，Mg 0.45～0.55％，Sr 0.02～0.03％，Fe＜0.15％，余量為Al；本發明對亞共晶高含銅量Al?Si?Cu?Mg鑄造合金采用雙級固溶，解決了傳統固溶制度第二相過燒和第二相溶于基體的矛盾問題，保證了合金高的強韌性的同時又降低了能耗。與T6熱處理相比，采用本發明涉及的熱處理方法對亞共晶高含銅量Al?Si?Cu?Mg鑄造合金熱處理降低了約10％的能耗，其強韌性也有所提升。

技術領域

本發明屬于高性能鑄造鋁合金技術領域，特別涉及要求高強韌、低能耗的汽車制造、軌道交通與航空航天復雜結構鑄件領域，具體涉及到一種低能耗亞共晶高含銅量Al-Si-Cu-Mg 鑄造合金的熱處理強韌化方法。

背景技術

節能減排是當今科技發展的趨勢之一。在低能耗、低排放趨勢要求下，各種結構件也朝 著輕量化的方向發展。Al-Si合金由于密度小，鑄造性能和耐蝕性能好等諸多優點，在汽車 制造、軌道交通和航空航天等領域具有廣闊的應用前景。然而，因其鑄態組織中的粗大α-Al 枝晶、長條狀的共晶硅顆粒，Al-Si合金在鑄態情況下綜合力學性能較低。為了提升合金強 韌性，Al-Si合金中通常加入Cu、Mg等合金化元素，通過熱處理析出富銅和富鎂沉淀強化相 來提升合金的力學性能。

適用于砂型和重力鑄造Al-Si合金的典型熱處理方式是T6熱處理，包括固溶淬火處理和人工時效處理兩個階段，其中固溶處理被看成是決定時效后合金顯微組織和力學性能的關鍵階段。對Al-Si-Cu-Mg合金固溶處理主要有以下目的：(1)溶解凝固過程中形成的富銅和富鎂相，形成過飽和固溶體；(2)改善共晶硅顆粒和金屬間化合物的形貌，使之粒化；(3)提高組織均勻性，減少熱應力。在Al-Si-Cu-Mg合金固溶處理時，固溶溫度的選擇尤其重要。固溶溫度太低，Cu、Mg等溶質元素溶解不充分，淬火后空位濃度較低，同時Al基體內不規則長條鏈狀Si顆粒也不能充分球化，合金力學性能較差；但是對于含銅量高的Al-Si-Cu-Mg合金，由于低熔點四元共晶相Q-Al5Cu2Mg8Si6相的形成，固溶溫度又不能過高，溫度過高會導致能耗增加，同時這些低熔點相發生過燒和局部熔化，導致合金孔隙率大大增加，甚至宏觀裂紋和彎曲的產生，嚴重損害合金的力學性能。因此，在保證合金力學性能的前提下，降低能耗，節約成本是國內外研究者們追逐的目標。

目前，對于Al-Si-Cu-Mg合金，工業上普遍采用的固溶處理制度仍然是在盡可能接近于含銅共晶相共晶溫度的高溫下固溶較長時間。這種固溶制度雖然可以有效避免過燒現象的發生，但是卻存在能耗高，合金力學性能不足的缺點。近些年來，許多研究人員正探索新的固溶處理制度，以降低能耗，同時改善Al-Si-Cu-Mg合金的力學性能。這些新的固溶處理制度主要包括兩個階段。與常規固溶處理相比，一個成功的雙級固溶處理工藝可以大大的降低能耗，同時合金可獲得良好的力學性能。目前，雙級固溶處理工藝主要應用于變形Al合金中，而對于亞共晶高含銅量Al-Si-Cu-Mg鑄造合金來說，有關雙級固溶制度研究的較少。J.H. SokolowskP等人研究發現，經雙級固溶處理(8h/495℃+2h/520℃)后的鑄造319鋁合金富銅相明顯減少和細化，時效前鋁基體的更好均勻化，合金力學性能較傳統單級固溶力學性能顯著提升。但是需要指出，現有的雙級固溶處理工藝一級固溶溫度普遍高于495℃，二級固溶溫度則更高，依然無法大幅降低能耗，做到力學性能和能耗的兼顧。因此，對于高銅含量 Al-Si-Cu-Mg合金，如若能合理優化雙級固溶的溫度和時間等參數，將為合金生產者提高產品質量和節約生產成本提供了一種切實可行的熱處理思路，為鑄造鋁合金復雜結構鑄件用材提供了有力保障。

發明內容