[發明專利]高強韌性壓鑄鋁硅合金及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210966123.5
• 申請日: 2022-08-12
• 公開（公告）號: CN115305392A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 熊守美;張云峰;劉亦賢;王成剛;焦祥祎
• 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;C22C1/02;B22D17/00;C22F1/043
• 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: 于騰昊

本發明公開了一種高強韌性壓鑄鋁硅合金及其制備方法和應用，該高強韌性壓鑄鋁硅合金包括：7～11wt％的硅、0.1～0.6wt％的錳、0.1～0.4wt％的釩、0.05～0.2wt％的鋯、0.05～0.5wt％的鎂、0.05～0.5wt％的鋅、0.05～0.3wt％的鉻、0.05～0.2wt％的鈦、0.01～0.08wt％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。由此，通過綜合調整硅、錳、釩、鋯、鎂、鋅、鉻、鈦、鍶和鋁的含量，改變了鋁硅合金體系中的富鐵相的形狀，減小了富鐵相的尺寸和數量，使得該鋁硅合金具有較高的強度、延伸率和韌性，保障了熱處理的可行性，進而具有更高的力學性能且生產成本降低。

技術領域

本發明屬于金屬合金制備及開發應用技術領域，具體涉及一種高強韌性壓鑄鋁硅合金及其制備方法和應用。

背景技術

考慮到燃油效率和環保需要，輕量化的車身設計成為了汽車行業的發展趨勢，受到了政府和企業的高度重視和支持，使得汽車零部件的輕量化研發和設計成為了汽車公司亟待解決關鍵核心技術。鋁合金作為性能優異的輕合金，在汽車零部件上面的應用是在逐年增加，因此，掌握汽車用鋁技術，成為了許多汽車公司獲取競爭優勢、占據汽車市場主導地位的重要途徑。但是受鋁合金材料自身性能的局限，鋁合金很難應用在受載荷較大的零部件上，這也讓鋁合金材料的局限性阻礙了全鋁車身的設計。為加快汽車輕量化的進程，開發高性能的鋁合金材料具有十分高的應用價值。壓鑄工藝作為一種快速成型的工藝，已經在汽車零部件上得到了非常廣泛的應用。壓鑄后零部件質量高，表面粗糙度小，不需要進一步的機加工。但是在壓鑄過程中，由于高速的充型，使得壓鑄件中存在很多大尺寸的孔洞，影響最終零部件的機械性能。高真空壓鑄技術的應用極大降低了孔隙率，使得鋁合金材料的性能大幅度提高，也為高性能的鋁合金材料開發創造了有利的條件。

鐵元素作為雜質元素，在壓鑄熔煉過程中極易引入，其去除難度大，成本高。雖然在壓鑄過程中鐵元素能夠促進鑄件從型腔中脫模，增加模具壽命，但是在凝固過程中，液相中的鐵元素極易與鋁元素和硅元素形成粗大的針狀富鐵相，降低壓鑄態鋁硅合金的力學性能。壓鑄態亞共晶鋁硅合金中，改善富鐵相的方法是添加微量元素如錳，鍶和鈷等。其中，大部分商業合金所采用的方法是采用高的錳含量來優化富鐵相，把針狀富鐵相轉變為塊狀富鐵相。但是錳元素添加會導致壓鑄過程中在壓室形成粗大塊狀富鐵相，同樣會降低力學性能。

因此，現有的鋁硅合金有待改進。

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，本發明的目的在于提出一種高強韌性壓鑄鋁硅合金及其制備方法和應用。該高強韌性壓鑄鋁硅合金是針對THAS-2合金成分體系中富鐵相粗大進一步優化提出的，相比于THAS-2合金，該壓鑄鋁硅合金在高強度的基礎上，進一步增加了延伸率，而且能保障熱處理的可行性，該合金熱處理后具有更高的力學性能。

本發明是基于發明人的以下發現提出的：

相比于THAS-2合金(即專利申請號為202010270476.2要求保護的鋁硅合金)中將鉻作為不可避免夾雜物除去，本申請控制不可避免夾雜物(選自鈣、銅和磷中的至少一種)的總量不大于0.1wt％，并且在THAS-2合金的基礎上額外添加0.05～0.3wt％的鉻元素，降低了錳元素的含量，降低了成本較高的鋯元素而添加成本較低的鈦元素，同時增大了鎂元素和鋅元素的范圍。在鉻元素，錳元素和釩元素的協同配合作用下，不僅可以優化富鐵相形貌，減小富鐵相的尺寸，而且合金成分優化后可以降低成本，保證強度的同時增加壓鑄鋁硅合金的韌性。

為此，在本發明的一個方面，本發明提出了一種高強韌性壓鑄鋁硅合金，根據本發明的實施例，該高強韌性壓鑄鋁硅合金包括：7～11wt％的硅、0.1～0.6wt％的錳、0.1～0.4wt％的釩、0.05～0.2wt％的鋯、0.05～0.5wt％的鎂、0.05～0.5wt％的鋅、0.05～0.3wt％的鉻、0.05～0.2wt％的鈦、0.01～0.08wt％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。