本發(fā)明屬于金屬合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

鋁合金是一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，其具有密度低、強(qiáng)度高、可塑性好、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異以及抗蝕的優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車制造、3c產(chǎn)品、船舶以及化學(xué)工業(yè)中得以廣泛應(yīng)用。隨著輕量化的發(fā)展趨勢，對(duì)鋁合金材料的需求日益增加；在汽車制造領(lǐng)域中，整體車身以及配件均采用鋁合金材料是汽車輕量化的發(fā)展方向，因而對(duì)鋁合金材料的力學(xué)性能和鑄造性能提出了更高的要求。

生產(chǎn)車身結(jié)構(gòu)件的材料需要兼具高延展性和良好的力學(xué)性能，鋁合金材料的力學(xué)性能需滿足：抗拉強(qiáng)度>220mpa，屈服強(qiáng)度>120mpa，延伸率>10%。目前，汽車工業(yè)上應(yīng)用較多的壓鑄鋁合金主要為al-si、al-si-cu、al-si-mg、al-mg-(si)等，根據(jù)使用條件又可分為熱處理強(qiáng)化和非熱處理強(qiáng)化兩大類。常規(guī)壓鑄鋁合金(如adc12和a380)因在基體組織上存在大量針狀相，易割裂基體、破壞合金整體性，從而降低合金的強(qiáng)度和韌性，尤其延伸率一般不超過2%。國外主要有以sf36為代表的熱處理強(qiáng)化高強(qiáng)韌壓鑄al-si合金，以及以mg59為代表的非熱處理高強(qiáng)韌壓鑄al-mg-si合金，但sf36鋁合金具有工藝難度大、制造成本高、熱處理易發(fā)生變形和鼓泡的缺點(diǎn)，mg59合金具有鑄造性能差、性能厚度效應(yīng)明顯、合金熔煉易發(fā)生燒損的缺點(diǎn)。

因此，迫切需要研發(fā)一種兼具高延展性和良好力學(xué)性能的鋁合金材料，相較于現(xiàn)有鋁合金材料，具有明顯的競爭優(yōu)勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供了一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金及其制備方法，通過引入sc元素以改善al-mg合金力學(xué)性能低、鑄造性能不理想、流動(dòng)性差的缺點(diǎn)，具有產(chǎn)業(yè)化價(jià)值。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)目的：一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金，按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：2%～9%的mg，0.01～1.0%的sc，0～1.0%的si，0～2.0%的fe，0.1～2.0%的mn，0～0.5%的ti以及85.1～97.6%的al，其中，fe和si為雜質(zhì)元素。

優(yōu)選的，按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：5.0%的mg，0.2%的mn，0.1%的ti，0.02%的sc以及94.1%的al，并且fe的含量低于0.4%，si的含量低于0.1%。

本發(fā)明的高延展性非熱處理壓鑄鋁合金制備方法，具體包括如下步驟：

s1、按照質(zhì)量百分比配制各個(gè)原料；

s2、對(duì)各個(gè)原料進(jìn)行前處理，并預(yù)熱去除濕氣；

s3、將配制好的al料裝入熔煉裝置中，加熱升溫熔煉；

s4、當(dāng)步驟s3升溫至680～700℃時(shí)加入mn料，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫饺垠wa；

s5、熔煉裝置升溫至760℃以上時(shí)，熔煉裝置升溫至760℃以上時(shí)，向熔體a中加入sc料或sc料和ti料，并充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫饺垠wb，然后對(duì)熔煉裝置停止加熱，并充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫饺垠wb，然后對(duì)熔煉裝置停止加熱；

s6、當(dāng)熔煉裝置降溫至720℃以下時(shí)，向熔體b中加入mg料，并充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫胶辖鹑垡海?br />
s7、對(duì)合金熔液進(jìn)行精煉；

s8、對(duì)精煉后的合金熔液進(jìn)行扒渣；

s9、對(duì)扒渣后的合金熔液進(jìn)行壓鑄成型，得到高延展性非熱處理壓鑄鋁合金材料。

進(jìn)一步的，所述al料為al錠，mn料為al-10mn中間合金，所述sc料為al-2sc中間合金，所述sc料和ti料為al-ti-2sc中間合金，所述mg料為mg錠。

進(jìn)一步的，在所述步驟s2中，預(yù)熱溫度為200℃。

進(jìn)一步的，在所述的步驟s7中，采用旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)對(duì)合金熔液進(jìn)行精煉，所述的精煉劑為氬氣或氮?dú)?，氣壓?5～25bar，精煉時(shí)間為15min。

進(jìn)一步的，在所述的步驟s8中，所述的扒渣是使用扒渣勺打撈液面浮渣直至液面澄清。

進(jìn)一步的，所述壓鑄成型采用冷式壓鑄工藝，澆注溫度為680～730℃。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明在al-mg合金的基礎(chǔ)上引入了sc元素，延續(xù)了al-mg合金的高延展性，并且利用sc元素特性去改善al-mg合金力學(xué)性能低和鑄造性能差的缺點(diǎn)。第一，sc不但具有除雜凈化的作用，而且具有表面活性作用，能夠富集于合金表面并與al2o3、mgo等氧化物形成致密的復(fù)合氧化物層，既能防止氧化提升合金材料的耐蝕性能，又能降低合金材料的表面張力以提升流動(dòng)性和鑄造性能，減少鑄件缺陷，提高氣密性。第二，sc和al作用生成共格的微細(xì)al3sc或al3（sc、zr）金屬間化合物，能夠彌散并均勻分布于合金的各部分，從而成為最強(qiáng)的晶粒細(xì)化劑、再結(jié)晶抑制劑和最佳的焊接劑，有利于提高合金材料的綜合力學(xué)性能。本發(fā)明的鋁合金材料能夠滿足車身結(jié)構(gòu)件對(duì)力學(xué)性能的要求，減輕產(chǎn)品質(zhì)量，具有產(chǎn)業(yè)化價(jià)值。

附圖說明

圖1為對(duì)比例和實(shí)施例中的鋁合金壓鑄成型為標(biāo)準(zhǔn)試棒的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將結(jié)合具體的實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明較佳的實(shí)施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施方式。相反地，提供這些實(shí)施方式的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

對(duì)比例一

該例為市售的a356鋁合金，屬于鑄造鋁合金，a356鋁合金的抗拉強(qiáng)度為295mpa，延伸率為3%，硬度為80hbw。a356鋁合金主要應(yīng)用于制造各種外殼、航空機(jī)泵部品、航空機(jī)接頭、汽車變速器、高耐熱性支應(yīng)力部材、機(jī)械工具部件等領(lǐng)域中。

對(duì)比例的a356鋁合金按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：7.44%的si，0.33%的mg，余量為al和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)元素fe的質(zhì)量百分比為0.16%。

對(duì)比例二

該例為市售的acd12鋁合金，屬于al-si-cu系合金。acd12鋁合金主要應(yīng)用于制造蓋子、缸體類等，是國內(nèi)常見的一種壓鑄鋁合金。

acd12鋁合金按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：11%的si，0.25%的mg，0.8%的zn，1%的fe，0.4%的mn，0.2%的ni以及200ppm的ca，其余為al和不可避免的雜質(zhì)。

對(duì)比例三

該例為萊茵公司市售的sf36-t6鋁合金，屬于熱處理強(qiáng)化高強(qiáng)韌壓鑄al-si合金。sf36-t6鋁合金采用高真空壓鑄成型工藝以及t6熱處理工藝制備而成，主要用于制造汽車的結(jié)構(gòu)件。

sf36-t6鋁合金按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：10.5%的si，0.25%的mg，0.05%的fe，0.6%的mn以及100ppm的sr，其余為al和雜質(zhì)，并且雜質(zhì)含量不能超過200ppm。

對(duì)比例四

該例為萊茵公司市售的sf36-t7鋁合金，屬于熱處理強(qiáng)化高強(qiáng)韌壓鑄al-si合金。sf36–t7鋁合金采用高真空壓鑄成型工藝以及t7熱處理工藝制備而成，主要用于制造汽車的結(jié)構(gòu)件。

sf36-t7鋁合金的成分與sf36-t6鋁合金相同，僅是熱處理工藝不相同。

對(duì)比例五

該例為萊茵公司市售的mg-59鋁合金，屬于非熱處理高強(qiáng)韌壓鑄al-mg-si合金，該合金在鑄態(tài)條件下具有高強(qiáng)度和高延伸率，能夠用于制造汽車的零部件。mg-59鋁合金最大的特點(diǎn)是具有非常細(xì)小的共晶組織，共晶組織需要在壓鑄過程中采用特殊的工藝實(shí)現(xiàn)，并且這個(gè)特殊工藝并未對(duì)外公開。

mg-59鋁合金按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：2%的si，5%的mg，0.05%的fe，0.8%的mn以及100ppm的sr，其余為al和雜質(zhì)，并且雜質(zhì)含量不能超過200ppm。

實(shí)施例一

本實(shí)施例公開了一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金，按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：5.0%的mg，0.2%的mn，0.1%的ti，0.02%的sc以及94.1%的al，并且fe的含量低于0.4%，si的含量低于0.1%。

本實(shí)施例還公開了一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金的制備方法，選取市售的純al錠（純度為99.9%）、純mg錠（純度為99.9%）、al-10mn中間合金以及al-ti-2sc中間合金作為原料。熔煉裝置配設(shè)有爐體的坩堝。

具體制備方法包括如下步驟：

s1、按照質(zhì)量百分比配制各個(gè)原料；

s2、對(duì)各個(gè)原料進(jìn)行前處理，并預(yù)熱至200℃以去除濕氣；

s3、將配制好的純al錠裝入坩堝中，加熱升溫熔煉；

s4、當(dāng)坩堝升溫至700℃時(shí)加入al-10mn中間合金，停止加熱并人工攪拌5min以混合均勻，得到熔體a；

s5、步驟s3人工攪拌結(jié)束后，繼續(xù)加熱升溫，當(dāng)坩堝升溫至760℃時(shí)，向熔體a中加入al-ti-2sc中間合金，停止加熱并人工攪拌10min以混合均勻，得到熔體b；

s6、當(dāng)坩堝降溫至720℃以下時(shí)，向熔體b中加入純mg錠，人工攪拌10min以混合均勻，靜置15min，得到合金熔液；

s7、對(duì)合金熔液進(jìn)行精煉；

s8、對(duì)精煉后的合金熔液進(jìn)行扒渣；

s9、對(duì)扒渣后的合金熔液進(jìn)行壓鑄成型，得到高延展性非熱處理壓鑄鋁合金材料。

對(duì)上述步驟需要說明的是，熔煉的順序依次為al，mn，sc和ti，mg；首先熔煉al，是因?yàn)榧僡l錠為基質(zhì)原料；其次熔煉mn，目的是降低熔煉過程中雜質(zhì)元素fe的含量；接下來，加入al-ti-2sc中間合金以同時(shí)添加sc元素和ti元素，是為了保證元素?cái)U(kuò)散和熔化效率；由于純mg錠在熔煉過程中極易發(fā)生燒損，因此，最后添加mg以防止出現(xiàn)氧化夾渣等問題。

在所述的步驟s7中，采用旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)對(duì)合金熔液進(jìn)行精煉，所述的精煉劑為氬氣或氮?dú)?，氣壓?0bar，精煉時(shí)間為15min。

在所述的步驟s8中，所述的扒渣是使用扒渣勺打撈液面浮渣直至液面澄清。

在所述的步驟s9中，所述壓鑄成型采用冷式壓鑄工藝，澆注溫度為680℃，模具溫度控制在200℃以上。

實(shí)施例二

本實(shí)施例公開了一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金，按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：8.6%的mg，1.0%的mn，0.3%的ti，0.05%的sc以及89.5%的al，并且fe的含量低于0.4%，si的含量低于0.1%。

本實(shí)施例的高延展性非熱處理壓鑄鋁合金制備方法參照實(shí)施例一。

實(shí)施例三

本實(shí)施例公開了一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金，按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：3.7%的mg，2.0%的mn，0.5%的ti，0.5%的sc以及92.7%的al，并且fe的含量低于0.4%，si的含量低于0.1%。

本實(shí)施例的高延展性非熱處理壓鑄鋁合金制備方法參照實(shí)施例一。

實(shí)施例四

本實(shí)施例公開了一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金，按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：6.4%的mg，2.0%的mn，1.0%的sc以及90.1%的al，并且fe的含量低于0.4%，si的含量低于0.1%。

實(shí)施例的高延展性非熱處理壓鑄鋁合金制備方法參照實(shí)施例一，但毋需添加ti料，sc元素以al-2sc中間合金的形式添加。

將對(duì)比例一至對(duì)比例五和實(shí)施例一至實(shí)施例四的鋁合金材料壓鑄成為如圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)試棒，將標(biāo)準(zhǔn)試棒切割后，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上按照gb/t228.1-2010進(jìn)行力學(xué)測試，所得性能參數(shù)詳見下表1：

表1為對(duì)比例和實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)試棒力學(xué)性能參數(shù)

由上表可知，本發(fā)明的高延展性非熱處理壓鑄鋁合金相較于對(duì)比例的鋁合金材料具有明顯的競爭優(yōu)勢，其中，實(shí)施例一為最佳實(shí)施例。實(shí)施例一的鋁合金延伸率高達(dá)19%，明顯優(yōu)越于對(duì)比例一至對(duì)比例五，但同樣具有優(yōu)良的力學(xué)性能，且制備工藝簡單、成本較低，有望大規(guī)模應(yīng)用于汽車工業(yè)及其他行業(yè)的結(jié)構(gòu)件中。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

1.一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金，其特征在于，按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：2%～9%的mg，0.01～1.0%的sc，0～1.0%的si，0～2.0%的fe，0.1～2.0%的mn，0～0.5%的ti以及85.1～97.6%的al，其中，fe和si為雜質(zhì)元素。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高延展性非熱處理壓鑄鋁合金，其特征在于，按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：5.0%的mg，0.2%的mn，0.1%的ti，0.02%的sc以及94.1%的al，并且fe的含量低于0.4%，si的含量低于0.1%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高延展性非熱處理壓鑄鋁合金，其特征在于，抗拉強(qiáng)度大于270mpa，屈服強(qiáng)度大于140mpa，延伸率大于18%。

4.一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金的制備方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

s1、按照質(zhì)量百分比配制各個(gè)原料；

s2、對(duì)各個(gè)原料進(jìn)行前處理，并預(yù)熱去除濕氣；

s3、將配制好的al料裝入熔煉裝置中，加熱升溫熔煉；

s4、當(dāng)步驟s3升溫至680～700℃時(shí)加入mn料，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫饺垠wa；

s5、熔煉裝置升溫至760℃以上時(shí)，向熔體a中加入sc料或sc料和ti料，并充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫饺垠wb，然后對(duì)熔煉裝置停止加熱；

s6、當(dāng)熔煉裝置降溫至720℃以下時(shí)，向熔體b中加入mg料，并充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆虻玫胶辖鹑垡海?br />
s7、對(duì)合金熔液進(jìn)行精煉；

s8、對(duì)精煉后的合金熔液進(jìn)行扒渣；

s9、對(duì)扒渣后的合金熔液進(jìn)行壓鑄成型，得到高延展性非熱處理壓鑄鋁合金材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的稀土鋁合金材料的制備方法，其特征在于，所述al料為al錠，mn料為al-10mn中間合金，所述sc料為al-2sc中間合金，所述sc料和ti料為al-ti-2sc中間合金，所述mg料為mg錠。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的稀土鋁合金材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟s2中，預(yù)熱溫度為200℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的稀土鋁合金材料的制備方法，其特征在于，在所述的步驟s7中，采用旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)對(duì)合金熔液進(jìn)行精煉，所述的精煉劑為氬氣或氮?dú)?，氣壓?5～25bar，精煉時(shí)間為15min。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的稀土鋁合金材料的制備方法，其特征在于，在所述的步驟s8中，所述的扒渣是使用扒渣勺打撈液面浮渣直至液面澄清。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的稀土鋁合金材料的制備方法，其特征在于，在所述的步驟s9中，所述壓鑄成型采用冷式壓鑄工藝，澆注溫度為680～730℃。

技術(shù)總結(jié)

一方面，本發(fā)明提供了一種高延展性非熱處理壓鑄鋁合金，按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括如下成分：包括如下成分：2%～9%的Mg，0.01～1.0%的Sc，0～1.0%的Si，0～2.0%的Fe，0.1～2.0%的Mn，0～0.5%的Ti以及85.1～97.6%的Al，其中，F(xiàn)e和Si為雜質(zhì)元素，該鋁合金材料兼具高延展性及優(yōu)良的力學(xué)性能。另一方面，本發(fā)明提供一種稀土鋁合金材料的制備方法，包括依次進(jìn)行的配料、成分均勻化、熔煉以及壓鑄成型等步驟，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的空白，有利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，可用于制造汽車結(jié)構(gòu)件、支架以及車身安全件等，制備而成的鋁合金產(chǎn)品相較于現(xiàn)有的產(chǎn)品，具有明顯的競爭優(yōu)勢。

技術(shù)研發(fā)人員：李遠(yuǎn)發(fā);徐濤;樊曉澤;尹偉;陳善榮;宋卓能

受保護(hù)的技術(shù)使用者：嘉豐工業(yè)科技(惠州)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2018.12.29

技術(shù)公布日：2020.07.07