阅读说明：本技术 一种高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法 (High-plasticity Al-Si-Cu series cast aluminum alloy and preparation method thereof ) 是由 许晓静 金啸鹏 陈士安 骆建军 张斌 刘正 张日凯 张鹏 韦宏博 庄园 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：一种高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法,其特征在于所述的铝合金主要由铝(Al)、硅(Si)、铜(Cu)、锶(Sr)、锆(Zr)和钛(Ti)组成。制备方法包括：(1)将铸造铝合金进行250℃×6h+350℃×6h+450℃×6h+480℃×20h均质化退火处理。(2)将合金进行480℃×2h+490℃×2h高温固溶处理,然后进行60℃水淬；(3)将固溶淬火后的合金放入191℃的温度下保温12h,最后取出空冷。本发明通过Sr微合金化细化Si相尺寸,增强合金的性能,同时通过Zr、Ti进一步复合微合金化脆性化合的化合物相,可以获得高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金。(A high-plasticity Al-Si-Cu series cast aluminium alloy and a preparation method thereof are characterized in that the aluminium alloy mainly comprises aluminium (Al), silicon (Si), copper (Cu), strontium (Sr), zirconium (Zr) and titanium (Ti). The preparation method comprises the following steps: (1) the cast aluminum alloy is subjected to homogenization annealing treatment at 250 ℃ for 6h, 350 ℃ for 6h, 450 ℃ for 6h, 480 ℃ for 20 h. (2) Carrying out high-temperature solution treatment on the alloy at 480 ℃ for 2h and at 490 ℃ for 2h, and then carrying out water quenching at 60 ℃; (3) and (3) putting the alloy subjected to solution quenching at the temperature of 191 ℃ for heat preservation for 12h, and finally taking out for air cooling. The invention refines the size of Si phase by Sr micro-alloying, enhances the performance of the alloy, and simultaneously can obtain high-plasticity Al-Si-Cu series cast aluminum alloy by further compounding the compound phase of micro-alloying brittle compound by Zr and Ti.)

一种高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法，具体地说是一种综合利用成分设计、均质化退火、固溶处理和时效处理来提高Al-Si-Cu系铸造铝合金塑性的制备方法。

背景技术

Al-Si（-Cu）系铸造铝合金是当前在工业中应用最多的铸造铝合金材料，这类铝合金的牌号有如：国内的YL102（AlSi12）、YL112（AlSi8.5Cu3.5）、YL113（AlSi811Cu3），日本的ADC12（AlSi11Cu3）、ADC10（AlSi8.5Cu3.5）以及美国的A380（AlSi8.5Cu3.5）等，这些合金具有优良的铸造性能、较高的强度和良好的抗腐蚀性能，但是其塑性、韧性相对较低。

Al-Si（-Cu）系铸造铝合金的力学性能与其组织中第二相——硅相的形态、尺寸、分布紧密相关，细化Si相是降低其对基体Al的割裂是提高Al-Si（-Cu）系铸造铝合金性能的有效途径。锶（Sr）元素是铝合金中的一种很有效的长效变质剂，不仅可以有效细化Al-Si（-Cu）系铸造铝合金中的Si相，而且可以有效细化合金中的FeSiAl₅等化合物相。锆（Zr）元素是一种与Al亲和力强的3d过渡族元素，加入到铝合金中，在合金凝固过程中锆（Zr）元素与Al形成A1₃Zr（熔点1580℃）等高熔点物相，对合金的后续凝固起到非均质形核作用，不仅细化合金铸态基体组织，而且促进细小等轴晶形成，提高液态合金的流动性和元素分布均匀性。钛（Ti）元素是铝合金中常用的添加元素，主要作用是细化铸造组织，减小开裂倾向，提高材料力学性能。钛（Ti）加入铝中形成Al₃Ti，与熔体发生包晶反应而形成非自发核心，起细化作用。尤其Zr、Ti复合微合金化形成Al₃（Zr_x，Ti_1-x）具有比Al₃Zr、Al3Ti与Al基体间更接近的晶格匹配，能更有效地强化铝合金，具有比单一Zr、单一Ti更佳的微合金化效果。因此，Zr、Sr复合微合金化和Ti合金化可以在不降低合金铸造性能的同时，大幅提高合金的塑性和韧性。

发明内容

本发明的目的是针对现有Al-Si-Cu系铸造铝合金塑性韧性不足的特点，通过成分设计和制备技术设计，发明一种高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法，解决了现有Al-Si-Cu系铸造铝合金塑性韧性普遍不足的问题。

本发明的技术方案之一是：

一种高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、硅（Si）、铜（Cu）、锶（Sr）、锆（Zr）和钛（Ti）组成；其中，硅（Si）的质量百分比为11.65%～12.03%，铜（Cu）的质量百分比为3.00%～3.22%，锶（Sr）的质量百分比为0.72%～0.73%，锆（Zr）的质量百分比为0.41%～0.47%，钛（Ti）的质量百分比为0.3～0.34%，余量为铝和少量杂质元素，各组份之和为100%。

所述的Si、Cu、Sr、Zr、Ti均以铝的中间合金形式加入。

本发明的技术方案之二是：

一种高强度高塑性铸造铝合金的制备方法，其特征是它依次包括：（1）熔铸；（2）均质化退火；（3）固溶处理；（4）时效处理；

所述的熔铸：其过程为将纯Al、Al-Cu中间合金和Al-Si中间合金熔化后升温至770±10℃，然后依次加入Al-Sr中间合金、Al-Zr中间合金和Al-Ti-B中间合金；待所有中间合金和金属熔化后，升温至850±10℃，保温1.5h后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10～15 min后去渣，再次加入六氯乙烷精炼除气，静置保温10～15min除渣后，测温760±10℃时浇入预热至400±10℃的金属模具中浇铸成锭，得到铝合金铸锭；

所述的均质化退火：将铝合金铸锭保温250±10℃×6h+350±10℃×6h+450±10℃×6h+480±10℃×20h，随炉冷却；

所述的固溶处理： 480±10℃×2h+490±10℃×2h保温，温水淬透。

所述的时效处理： 191±10℃×12h保温；即得到强度273.21~277.73MPa，断裂伸长率可达8.75~9.5%的高塑性Al-Si-Cu铸造铝合金。

所述的Al-Si中间合金中Si的质量百分比为16%，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12%，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%，Al-Ti-B中间合金中Ti的质量百分比为5.11%。

本发明的有益效果：

（1）通过控制选择Si含量在共晶成分的附近，确保合金的铸造流动性以及保证组织致密性的同时，减少粗生粗大Si相的生成。

（2）通过Sr微合金化细化Si相尺寸，提高合金的性能。

（3）通过合适含量的Zr、Ti元素进一步复合微合金化有效细化组织，保证合金的铸态流动性及其致密性，提高塑性。

（4）本发明所制备的铝合金，其强度可达273.21~277.73MPa，断裂伸长率可达8.75~9.5%（以实施例一、二为例）。

附图说明

图1是本发明实施例一的铝合金的拉伸断口金相图。

图2是本发明实施例二的铝合金的拉伸断口金相图。

图3是本发明对比例一的铝合金的拉伸断口金相图。

图4是本发明对比例二的铝合金的拉伸断口金相图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

一种高强度高塑性铸造铝合金的制备方法，首先，根据最终成品的各组份的含量和中间合金的含量计算出各组份的重量，所述的Al-Si中间合金中Si的质量百分比为16%，Al-Cu中间合金中Cu的质量百分比为50.12%， Al-Ti-B中间合金中Ti的质量百分比为5.11%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%，Al-Sr中间合金中Sr的质量百分比为9.89%。

其次，将纯Al、Al-Cu中间合金和Al-Si中间合金熔化后升温至850±10℃，然后依次加入Al-Ti-B中间合金、Al-Sr中间合金和Al-Zr中间合金；

第三，待所有中间合金和金属熔化后，调节温度至750±10℃，加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温5～10 min后去渣并再次加入六氯乙烷除气直至没有气体溢出，静置保温5~10min后去渣并浇入预热至400±10℃的金属模具中浇铸成锭，得到实测质量分数为Al-12.03Si-3.00Cu-0.73Sr-0.41Zr -0.34Ti 的铝合金铸锭；

第四，对铝合金铸锭进行热处理，热处理依次为均质化退火、固溶处理和时效处理。所述的均质化退火参数为250±10℃×6h+350±10℃×6h+450±10℃×6h+480±10℃×20h，随炉冷却；所述固溶处理为480±10℃×2h+490±10℃×2h保温，温水4小时后60℃温水淬透。所述的时效处理： 191±10℃×12h保温后取出空冷；进行切割取样后对其室温抗拉强度，延伸率进行测量。

实验结果表明，该合金的室温拉伸强度为273.21Mpa，其断裂伸长率可达9.5%，本实施例断口扫描电子显微镜中撕裂棱细小，韧窝数量多且分布均匀（图1），故塑性较高。

实施例二。

本实施例的制备方法与实施例一相同，其区别在于组份不同，本实施例的铝合金实测质量分数为Al-11.65Si-3.22Cu-0.72Sr-0.47Zr -0.3Ti。对其室温抗拉强度，延伸率进行测量。实验结果表明，该合金的室温拉伸强度为277.73Mpa，其断裂伸长率可达8.75%，本实施例断口扫描电子显微镜中撕裂棱细小，韧窝数量多且分布均匀（图2），故塑性较高。

实施例三。

本实施例与实施例一的区别也是组成不同，本实施例的铝合金实测质量分数为Al-11.8Si-3.11Cu-0.715Sr-0.44Zr -0.32Ti。对其室温抗拉强度，延伸率进行测量。实验结果表明，该合金的室温拉伸强度为275.73Mpa，其断裂伸长率可达9%，本实施例断口扫描电子显微镜中撕裂棱细小，韧窝数量多且分布均匀，故塑性较高。

对比例一。

将实测质量分数为Al-14.91Si-3.24Cu-0.59Sr-0.17Zr -0.2Ti的铝合金铸锭，进行切割取样后，对合金进行250℃×6h+350℃×6h+450℃×6h+480℃×20h的均质化退火处理，接着进行480℃ ×2h +490℃ ×2h固溶处理，保温4h 后进行60℃温水淬, 之后将固溶试样进行191℃时效处理，保温12h 后取出后空冷。对其室温抗拉强度，延伸率进行测量。

实验结果表明，由于该合金的Zr含量较低，所以该合金的致密性较差，室温拉伸强度为300.07Mpa，其断裂伸长率仅为4.25%，本实施例断口扫描电子显微镜可知（图3红色圆圈处），因为解理面的存在，该合金的断裂方式为脆性断裂，故塑性低。

对比例二。

将实测质量分数为Al-10.45Si-4.05Cu-0.57Sr-0.33Zr -0.26Ti 的铝合金铸锭，进行切割取样后，对合金进行250℃×6h+350℃×6h+450℃×6h+480℃×20h的均质化退火处理，接着进行480℃ ×2h +490℃ ×2h固溶处理，保温4h 后进行60℃温水淬, 之后将固溶试样进行191℃时效处理，保温12h 后取出后空冷。对其室温抗拉强度，延伸率进行测量。

实验结果表明，由于该合金Si含量低，所以流动性较差，合金的致密性较差，故该合金的室温拉伸强度为321.61Mpa，其断裂伸长率仅为3.75%，本实施例断口扫描电子显微镜中撕裂棱较大（图4），故塑性低。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。