CN102312137B - 铝硅镁系铸造铝合金及铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝硅镁系铸造铝合金及铸造工艺，该铝合金组分包含以下质量百分比的元素：硅6.5-7.5；镁0.40-0.60；钛0.10-0.30；锶0.01-0.03；铁≤0.20；铜≤0.10；锌≤0.20；锰≤0.10；铍≤0.01；钒≤0.02；其余为铝。铝合金铸造工艺包括：将A356.2铝锭装炉熔炼；再加入变质材料进行精炼；静置预定时间后进行浇铸；之后依次进行固溶、冷却、转移及时效处理，本发明克服了铝硅系合金强度偏低，延伸率偏低，铝铜系和铝锌系合金铸造性能和耐腐蚀性能较差的不足，提高了铝合金的抗拉强度、韧性及铸造性能，成本低，耐腐蚀性好。

Description

铝硅镁系铸造铝合金及铸造工艺

技术领域

本发明涉及铝合金铸造技术领域，尤其涉及一种同时具有较高抗拉强度和延伸率综合力学性能的铝硅镁系铸造铝合金及铸造工艺。

背景技术

铸造铝合金作为传统的金属材料，具有比重低、比强度高、易加工、成本低、散热性能和耐腐蚀性能好，生产零件灵活、简单，易于批量生产等特点，广泛应用于航空、航天、汽车、机械等行业。随着现代工业的发展，对铸造铝合金，特别是对具有较高抗拉强度和延伸率综合力学性能以及优良的耐腐蚀性、低成本的铸造铝合金的需求越来越大。经过几十年的发展，高强度铸造铝合金已形成完整系列，铝合金的性能和生产工艺都趋于稳定。

目前，高强度铝合金主要是以Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu为基的合金。其中，Al-Cu-Mg基合金具有良好的切削加工和焊接性能，但铸造性能和耐腐蚀性能较差。这类铝合金在航空产品上应用较广，主要用作承受大载荷的结构件和耐热零件。Al-Zn-Mg-Cu基合金切削性能好，且在不进行固溶处理时，在室温下经过较短时间的时效，可在一定程度上提高其强度。但耐腐蚀性能差，密度大，铸造时容易产生热裂。

由于汽车、机械和通讯等行业要求铝合金具有优良的铸造性能，如流动性好、气密性好、收缩率小以及热裂倾向小，因此，需要选用具有良好的力学性能、物理性能和较好的机加工性能，同时又要耐腐蚀性能好，成本低，并适合大批量生产的高强度高韧性的铝合金，其中，以品种最多、用途最广的铝硅系合金为优选对象。其中，美国ASTMB108标准中的A356.2铝合金，其主要合金成分质量百分比为6.5-7.5％Si、0.25-0.45％Mg、0.08-0.20％Ti，主要杂质元素为Fe≤0.20％、Cu≤0.20％、Mn≤0.10％、Zn≤0.10％，剩余成分为Al。

A356.2铝合金应用很广，但是强度不高。为了提高A356合金的力学性能，目前采用的方式有：通过添加Na、Sr、Sb及Ti、B等变质材料的方法来细化晶粒。但是，经过上述处理后的铝合金大多难于稳定达到300Mpa以上的抗拉强度，延伸率也偏低。也有通过添加稀土等元素来细化晶粒，或者在此基础上增加挤压工艺，以提高铝合金的铸造性能和力学性能，但是由此也使得铝合金的熔铸工艺较复杂，成本较高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铸造性能及力学性能好且耐腐蚀性好的铝硅镁系铸造铝合金及铸造工艺。

为了达到上述目的，本发明提出一种铝硅镁系铸造铝合金，所述铝合金组分包含以下质量百分比的元素：

硅6.5-7.5；镁0.40-0.60；钛0.10-0.30；锶0.01-0.03；铁≤0.20；铜≤0.10；锌≤0.20；锰≤0.10；铍≤0.01；钒≤0.02；其余为铝。

优选地，所述铝合金抗拉强度大于380Mpa；延伸率大于或等于7.8％；布氏硬度大于85。

优选地，组成所述铝合金的各元素的质量百分比含量为：硅7.021；镁0.463；钛0.237；锶0.018；铁0.183；铜0.040；锌0.018；锰0.098；铍0.003；钒0.019；其余为铝；所述铝合金抗拉强度为411Mpa，延伸率为8.04％。

优选地，组成所述铝合金的各元素的质量百分比含量为：硅7.035；镁0.453；钛0.229；锶0.017；铁0.189；铜0.041；锌0.019；锰0.099；铍0.002；钒0.018；其余为铝；所述铝合金抗拉强度为400Mpa，延伸率为7.80％。

优选地，组成所述铝合金的各元素的质量百分比含量为：硅7.087；镁0.459；钛0.185；锶0.014；铁0.169；铜0.063；锌0.024；锰0.089；铍0.002；钒0.017；其余为铝；所述铝合金抗拉强度为388Mpa，延伸率为10.02％。

本发明还提出一种铝硅镁系铝合金铸造工艺，包括以下步骤：

将A356.2铝锭装炉熔炼；

在熔炼后的铝锭溶液中加入变质材料，采用气泡过滤法进行精炼；

将精炼后的溶液静置预定时间后，在预定温度下进行浇铸；

对浇铸后的溶液依次进行固溶、冷却、转移及时效处理。

优选地，对所述铝锭溶液进行精炼的温度为720℃～730℃，精炼时间为15～25分钟；固溶处理温度为535℃±5℃，固溶处理时间为8h～10h；时效处理温度为165℃±5℃，时效处理时间为6h-8h。

本发明提出的一种铝硅镁系铸造铝合金及铸造工艺，克服了铝硅系合金强度偏低，延伸率偏低，而铝铜系和铝锌系合金铸造性能和耐腐蚀性能较差的不足，采用铝硅镁系铸造铝合金，提高了铝合金的抗拉强度、韧性以及铸造性能，同时具有成本较低及耐腐蚀性能好的优点。

附图说明

图1是本发明铝硅镁系铸造铝合金第一实施例的拉伸曲线示意图；

图2是本发明铝硅镁系铸造铝合金第二实施例的拉伸曲线示意图；

图3是本发明铝硅镁系铸造铝合金第三实施例的拉伸曲线示意图；

图4是本发明铝硅镁系铝合金铸造工艺一实施例流程示意图。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

本发明实施例解决方案主要是：在现有的A356.2铝合金的基础上，变质而成含有以下质量百分比：硅6.5-7.5；镁0.40-0.60；钛0.10-0.30；锶0.01-0.03；铁≤0.20；铜≤0.10；锌≤0.20；锰≤0.10；铍≤0.01；钒≤0.02；其余为铝的元素，通过熔炼、精炼、浇铸、固溶、冷却、转移及时效处理，得到抗拉强度及延伸率高、铸造性能及耐腐蚀性能好的铝硅镁系铸造铝合金。

为了克服现有技术中铝硅系合金强度偏低，延伸率偏低，而铝铜系和铝锌系合金铸造性能和耐腐蚀性能较差的不足，本发明提供一种高强度、高韧性的铝硅镁系铸造铝合金，铸造性能好，同时具有成本较低，耐腐蚀性能好的优点。该铝硅镁系铸造铝合金是在现有的A356.2铝锭基础上变质而成，其具体组分包含以下质量百分比的元素：

硅6.5-7.5；镁0.40-0.60；钛0.10-0.30；锶0.01-0.03；铁≤0.20；铜≤0.10；锌≤0.20；锰≤0.10；铍≤0.01；钒≤0.02；其余为铝。

由上述质量百分比的元素组成的铝合金抗拉强度大于380Mpa；延伸率大于或等于7.8％；布氏硬度大于85。

具体地，本发明第一实施例提出的一种铝硅镁系铸造铝合金，组成该铝合金的各元素的质量百分比含量为：硅7.021；镁0.463；钛0.237；锶0.018；铁0.183；铜0.040；锌0.018；锰0.098；铍0.003；钒0.019；其余为铝。

本实施例铝硅镁系铸造铝合金铸造工艺过程为：

将A356.2铝锭装炉熔炼后，采用气泡过滤(GBF)法对熔炼后的溶液进行精炼，气泡过滤法中的气体可以采用氩气或氮气，在精炼的同时，可以在精炼溶液中加入变质材料，该变质材料可以采用铝锶合金溶液，以更好的细化晶粒，以提高铝合金的铸造性能和力学性能。

上述气泡过滤法属于现有的通用技术，在此不作详述。

其中，精炼温度可以为725℃±5℃，时间为15分钟，在精炼的过程中，同时进行扒渣处理。

精炼完成后，将精炼后的溶液静置预定时间比如10分钟后，检测溶液中的含氢量、含渣量以及材料成分，当检测合格后，在720℃±5℃下进行浇铸。然后，经过温度为535℃±5℃、时间为10小时的固溶处理，接着用35℃-60℃的温水冷却，转移时间需小于20秒，再经165℃±5℃、6小时的时效处理即可。

本实施例将试样棒表层车削后的铸造铝合金拉伸曲线如图1所示。该试样棒的直径为9.92mm，最大拉力为31.77KN(千牛顿)，抗拉强度为411Mpa，断后伸长率即延伸率为8.04％。

本发明第二实施例提出的一种铝硅镁系铸造铝合金，组成该铝合金的各元素的质量百分比含量为：硅7.035；镁0.453；钛0.229；锶0.017；铁0.189；铜0.041；锌0.019；锰0.099；铍0.002；钒0.018；其余为铝。

本实施例铝硅镁系铸造铝合金铸造工艺过程与上述第一实施例相同，本实施例试样棒表层车削后的铸造铝合金拉伸曲线如图2所示。该试样棒的直径为9.89mm，最大拉力为30.784KN，抗拉强度为400Mpa，断后伸长率为7.80％。

本发明第三实施例提出的一种铝硅镁系铸造铝合金，组成该铝合金的各元素的质量百分比含量为：硅7.087；镁0.459；钛0.185；锶0.014；铁0.169；铜0.063；锌0.024；锰0.089；铍0.002；钒0.017；其余为铝。

本实施例铝硅镁系铸造铝合金铸造工艺过程与上述第一实施例相同。本实施例试样棒表层车削后的铸造铝合金拉伸曲线如图3所示。该试样直径为10.2mm，最大拉力为31.740KN，抗拉强度为388Mpa，断后伸长率为10.02％。

本发明实施例提出的铝硅镁系铸造铝合金克服了铝硅系合金强度偏低，延伸率偏低，而铝铜系和铝锌系合金铸造性能和耐腐蚀性能较差的不足，采用铝硅镁系铸造铝合金，提高了铝合金的抗拉强度、韧性以及铸造性能，同时具有成本较低及耐腐蚀性能好的优点。

如图4所示，本发明一实施例提出一种铝硅镁系铝合金铸造工艺，包括：

步骤S101，将A356.2铝锭装炉熔炼；

步骤S102，在熔炼后的铝锭溶液中加入变质材料，采用气泡过滤法进行精炼；

其中，在精炼过程中加入变质材料是为了更好的细化晶粒，以提高铝合金的铸造性能和力学性能。变质材料可以为铝锶合金，根据需要还可采用其他变质材料。气泡过滤法中的气体可以采用氩气或氮气。

精炼过程中的精炼温度可以选用720℃～730℃，精炼时间可以选用15～25分钟。

此外，在精炼过程中，同时进行拔渣处理，以提高铝合金的纯度。

步骤S103，将精炼后的溶液静置预定时间后，在预定温度下进行浇铸；

其中，预定时间可以选用10-15分钟，在本步骤中，将精炼后的溶液静置预定时间后，需要检测溶液的含氢量、含渣量以及材料成分；当检测结果合格后，然后在715℃～725℃的温度下进行浇铸。

步骤S104，对浇铸后的溶液依次进行固溶、冷却、转移及时效处理。

本实施例中，固溶处理温度可以选用535℃±5℃，固溶处理时间可以为8h～10h(小时)；时效处理温度可以为165℃±5℃，时效处理时间可以为6h-8h。

通过本实施例上述工艺制成的铝合金的各组分的质量百分比分别为：硅6.5-7.5；镁0.40-0.60；钛0.10-0.30；锶0.01-0.03；铁≤0.20；铜≤0.10；锌≤0.20；锰≤0.10；铍≤0.01；钒≤0.02；其余为铝。

上述铝合金的抗拉强度大于380Mpa；延伸率大于或等于7.8％；布氏硬度大于85。

相比现有技术，本发明实施例提出的铝硅镁系铸造铝合金及铸造工艺，克服了铝硅系合金强度偏低，延伸率偏低，而铝铜系和铝锌系合金铸造性能和耐腐蚀性能较差的不足，采用铝硅镁系铸造铝合金，提高了铝合金的抗拉强度、韧性以及铸造性能，同时具有成本较低及耐腐蚀性能好的优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种铝硅镁系铸造铝合金，其特征在于，所述铝合金组分包含以下质量百分比的元素：

硅6.5-7.5；镁0.40-0.60；钛0.10-0.30；锶0.01-0.03；铁≤0.20；铜大于零且≤0.10；锌大于零且≤0.20；锰大于零且≤0.10；铍大于零且≤0.01；钒大于零且≤0.02；其余为铝；

所述铝合金的抗拉强度大于380Mpa；延伸率大于或等于7.8％。

2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金的布氏硬度大于85。

3.根据权利要求2所述的铝合金，其特征在于，组成所述铝合金的各元素的质量百分比含量为：硅7.021；镁0.463；钛0.237；锶0.018；铁0.183；铜0.040；锌0.018；锰0.098；铍0.003；钒0.019；其余为铝；所述铝合金抗拉强度为411Mpa，延伸率为8.04％。

4.根据权利要求2所述的铝合金，其特征在于，组成所述铝合金的各元素的质量百分比含量为：硅7.035；镁0.453；钛0.229；锶0.017；铁0.189；铜0.041；锌0.019；锰0.099；铍0.002；钒0.018；其余为铝；所述铝合金抗拉强度为400Mpa，延伸率为7.80％。

5.根据权利要求2所述的铝合金，其特征在于，组成所述铝合金的各元素的质量百分比含量为：硅7.087；镁0.459；钛0.185；锶0.014；铁0.169；铜0.063；锌0.024；锰0.089；铍0.002；钒0.017；其余为铝；所述铝合金抗拉强度为388Mpa，延伸率为10.02％。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的铝硅镁系铸造铝合金的铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

将A356.2铝锭装炉熔炼；

在熔炼后的铝锭熔液中加入变质材料，采用气泡过滤法进行精炼；

将精炼后的熔液静置预定时间后，在预定温度下进行浇铸；

对浇铸后的溶液依次进行固溶、冷却、转移及时效处理。

7.根据权利要求6所述的铸造工艺，其特征在于，对所述铝锭熔液进行精炼的温度为720℃～730℃，精炼时间为15～25分钟；固溶处理温度为535℃±5℃，固溶处理时间为8h～10h；时效处理温度为165℃±5℃，时效处理时间为6h-8h。