一种高性能铝合金压铸件及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高性能铝合金压铸件及其制备方法 (High-performance aluminum alloy die casting and preparation method thereof ) 是由 张真 魏海根 夏承东 吴勇 龙昌 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高性能铝合金压铸件的制备方法,包括以下步骤：S1：准确称取铝合金组分原料；S2：先将部分原料放入熔炼炉中,加热到700-750℃,向熔炼炉中排入氩气,保温20-30min；S3：向熔炼炉喷入余下原料,升温到850-900℃,保温25-30min；S4：向炉内喷入精炼剂,进行精炼,进行第扒渣,完成精炼；S5：向模具浇注铝合金溶液,直至充型压铸结束；S6：压铸结束后保压时间为120-150s,卸掉压力,冷却20-25s后脱模冷却,将脱模冷却后的压铸件进行冷锻,制成铝合金压铸件。本发明具有良好的机械性能：抗拉强度大于350Mpa,延伸率大于4.5％,硬度大于105HV；压铸件具有强度高、耐腐蚀、韧性大等优点。(The invention discloses a preparation method of a high-performance aluminum alloy die casting, which comprises the following steps: s1: accurately weighing the aluminum alloy component raw materials; s2: firstly, putting part of raw materials into a smelting furnace, heating to 700-750 ℃, discharging argon into the smelting furnace, and preserving heat for 20-30 min; s3: spraying the rest raw materials into the smelting furnace, heating to 850-; s4: spraying a refining agent into the furnace, refining, slagging off and finishing refining; s5: pouring an aluminum alloy solution into the die until the mold filling and die casting are finished; s6: and (3) keeping the pressure for 150 seconds after the die casting is finished, removing the pressure, cooling for 20-25 seconds, demoulding and cooling, and performing cold forging on the die casting after demoulding and cooling to obtain the aluminum alloy die casting. The invention has good mechanical properties: the tensile strength is more than 350Mpa, the elongation is more than 4.5 percent, and the hardness is more than 105 HV; the die casting has the advantages of high strength, corrosion resistance, high toughness and the like.)
技术领域
本发明涉及铝合金压铸件技术领域，尤其涉及一种高性能铝合金压铸件及其制备方法。
背景技术
压铸工艺原理是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。压铸生产效率高，能压铸形状复杂、尺寸精确、轮廓清晰、表面质量及强度、硬度都较高的压铸件，故应用较广，发展较快。目前压铸合金应用比较广泛的是压铸铝合金。压铸铝合金有良好的使用性能和工艺性能，因此铝合金的压铸发展迅速，在各个工业部门中得到广泛的应用，用量远远高于其他有色合金，在压铸生产中占有极其重要的地位。
铝合金是以铝为基础加入其它元素组成的合金，是结构工程中最常用的材料，具有比重小、传热性好、导电性好、环保、可回收循环利用，因而铝合金在所有压铸合金中应用最为广泛，但因强韧性不够理想导致其应用范围受到较大的限制，特别不适用于汽车、摩托车等结构受力和碰撞的零件。
高性能的铝合金在现阶段需要使用高质量的原材料、先进的熔炼工艺、特殊的精炼作业、和与之向匹配的检测手段等，产品批量生产工艺难度大。国内外现阶段大部分厂家使用原铝锭和增加相应所需的合金元素来生产，成本较大，质量也不是很稳定。此外，国外的铝合金生产工艺、设备等技术较保密，国内完全掌握其技术还比较困难。但目前的压铸铝合金在可压铸性和机械强度方面存在不可兼得的缺陷，严重的影响了铝合金压铸件在汽车等承重配件方面的应用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高性能铝合金压铸件的制备方法及其压铸件，解决了上述背景技术中存在的问题。
根据本发明提出的一种高性能铝合金压铸件的制备方法，包括以下步骤：
S1：准确称取如下组分及质量百分比的原料：纯硅锭8.0-12.0％、纯镁锭3.0-5.5％、纯锌锭1.2-2.5％、纯铜锭2.5-4.0％、稀土元素的合金0.5-0.8％、Sr0.03-0.05％、Er0.05-0.1％，其余为纯铝锭；
S2：先将铝、纯硅锭、纯镁锭、纯锌锭、纯铜锭放入熔炼炉中，此时，使得熔炼炉处于排气状态，加热到700-750℃，向熔炼炉中排入氩气，将炉内空气排空，并增压到0.3-0.5MPa，保温20-30min；
S3：按顺序向熔炼炉喷入稀土元素的合金、Sr、Er粉末，搅拌熔化，并升温到850-900℃，保温25-30min；
S4：将炉体内铝合金溶液降温，降温到750-780℃，向炉内喷入精炼剂，进行精炼，精炼5-10min后，进行泄压扒渣，扒渣结束后，通入氩气增加保温15-20min，进行第二次扒渣，完成精炼，降温到650-700℃，检测铝合金溶液；
S5：将模具的型腔预热至250-300℃，再将步骤S4处理后的铝合金熔液压射到模具的型腔中，其中，充型开始时的熔液流速为0.35-0.40m/s、铸造压力为45-50MPa，充型率超过50％后，提高熔液的流速至1.5-2.0m/s、铸造压力为70-85MPa，直至充型压铸结束；
S6：压铸结束后保压时间为120-150s，卸掉压力，冷却20-25s后脱模冷却；
S7：将脱模冷却后的压铸件进行冷锻，冷锻结束后制成铝合金压铸件。
在本发明的一些实施例中，所述稀土元素的合金包括镁锶合金、铝铒合金、铝锆合金和铝镧合金，所述镁锶合金、铝铒合金、铝锆合金和铝镧合金的质量比1：1.2-1.5:0.8-1.2:2.2-2.5。
在本发明的另一些实施例中，所述步骤S2中从常温加热到700-750℃是以15-20℃/min升温加热。
在本发明的另一些实施例中，所述步骤S3中从700-750℃加热到850-900℃是以5-8℃/min升温加热。
在本发明的另一些实施例中，所述步骤S4中从850-900℃降温到750-780℃是以3-5℃/min进行降温。
在本发明的另一些实施例中，所述精炼剂包括如下质量百分比的原料：KCl＝25-30％、AlF3＝40-45％、Na2SiF6＝10-15％和纳米石墨粉＝15-20％。
在本发明的另一些实施例中，所述冷锻方法如下：
S1：将脱模冷却后的压铸件放入60-75℃的水浴内，水浴30-45min，拿出放入60-75℃的烘箱内烘干10-15min，去除表面水分；
S2：烘箱以5-8℃/min进行降温，降温到5-10℃后，拿入到调温室内，以3-5℃/min进行降温，降温到零下5℃-零下10℃，保温20-25min，再以2-3℃/min进行降温，降温到零下20℃-零下25℃，保温10-15min，最后，再以2-3℃/min进行降温，降温到零下35℃-零下40℃，保温10-15min；
S3：将步骤S2中调温室内温度以5-7℃/min进行升温，升到15-20℃保温20-25min后，拿出调温室，冷锻结束。
一种高性能铝合金压铸件，采用上述的高性能铝合金压铸件的制备方法制备而成。
本发明中，具有如下的良好的机械性能：抗拉强度大于350Mpa，延伸率大于4.5％，硬度大于105HV。
本发明的压铸件具有强度高、耐腐蚀、韧性大等优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本发明提出的一种高性能铝合金压铸件的制备方法，包括以下步骤：
S1：准确称取如下组分及质量百分比的原料：纯硅锭8.0％、纯镁锭3.0％、纯锌锭1.2％、纯铜锭2.5％、稀土元素的合金0.5％、Sr0.03-0.05％、Er0.05％，其余为纯铝锭；
S2：先将铝、纯硅锭、纯镁锭、纯锌锭、纯铜锭放入熔炼炉中，此时，使得熔炼炉处于排气状态，以15℃/min升温加热到700℃，向熔炼炉中排入氩气，将炉内空气排空，并增压到0.3MPa，保温20min；
S3：按顺序向熔炼炉喷入稀土元素的合金、Sr、Er粉末，搅拌熔化，并以5℃/min升温加热到850℃，保温25min；
S4：将炉体内铝合金溶液降温，以3℃/min进行降温到750℃，向炉内喷入精炼剂，进行精炼，精炼5min后，进行泄压扒渣，扒渣结束后，通入氩气增加保温15-20min，进行第二次扒渣，完成精炼，降温到650℃，检测铝合金溶液；
S5：将模具的型腔预热至250℃，再将步骤S4处理后的铝合金熔液压射到模具的型腔中，其中，充型开始时的熔液流速为0.35m/s、铸造压力为45MPa，充型率超过50％后，提高熔液的流速至1.5m/s、铸造压力为70MPa，直至充型压铸结束；
S6：压铸结束后保压时间为120s，卸掉压力，冷却20s后脱模冷却；
S7：将脱模冷却后的压铸件进行冷锻，冷锻结束后制成铝合金压铸件。
其中，所述稀土元素的合金包括镁锶合金、铝铒合金、铝锆合金和铝镧合金，所述镁锶合金、铝铒合金、铝锆合金和铝镧合金的质量比1：1.2:0.8:2.2。
所述精炼剂包括如下质量百分比的原料：KCl＝25％、AlF3＝45％、Na2SiF6＝15％和纳米石墨粉＝15％。
所述冷锻方法如下：
S1：将脱模冷却后的压铸件放入60℃的水浴内，水浴30min，拿出放入60℃的烘箱内烘干10min，去除表面水分；
S2：烘箱以5℃/min进行降温，降温到5℃后，拿入到调温室内，以3℃/min进行降温，降温到零下5℃，保温20min，再以2℃/min进行降温，降温到零下20℃，保温10min，最后，再以2℃/min进行降温，降温到零下35℃，保温10min；
S3：将步骤S2中调温室内温度以5℃/min进行升温，升到15℃保温20min后，拿出调温室，冷锻结束，制得压铸件。
实施例2
本发明提出的一种高性能铝合金压铸件的制备方法，包括以下步骤：
S1：准确称取如下组分及质量百分比的原料：纯硅锭12.0％、纯镁锭5.5％、纯锌锭2.5％、纯铜锭4.0％、稀土元素的合金0.8％、Sr0.05％、Er0.1％，其余为纯铝锭；
S2：先将铝、纯硅锭、纯镁锭、纯锌锭、纯铜锭放入熔炼炉中，此时，使得熔炼炉处于排气状态，以20℃/min升温加热到750℃，向熔炼炉中排入氩气，将炉内空气排空，并增压到0.5MPa，保温30min；
S3：按顺序向熔炼炉喷入稀土元素的合金、Sr、Er粉末，搅拌熔化，并以8℃/min升温加热到900℃，保温30min；
S4：将炉体内铝合金溶液降温，以5℃/min进行降温到780℃，向炉内喷入精炼剂，进行精炼，精炼10min后，进行泄压扒渣，扒渣结束后，通入氩气增加保温20min，进行第二次扒渣，完成精炼，降温到700℃，检测铝合金溶液；
S5：将模具的型腔预热至300℃，再将步骤S4处理后的铝合金熔液压射到模具的型腔中，其中，充型开始时的熔液流速为0.40m/s、铸造压力为50MPa，充型率超过50％后，提高熔液的流速至2.0m/s、铸造压力为85MPa，直至充型压铸结束；
S6：压铸结束后保压时间为150s，卸掉压力，冷却25s后脱模冷却；
S7：将脱模冷却后的压铸件进行冷锻，冷锻结束后制成铝合金压铸件。
其中，所述稀土元素的合金包括镁锶合金、铝铒合金、铝锆合金和铝镧合金，所述镁锶合金、铝铒合金、铝锆合金和铝镧合金的质量比1：1.5:1.2:2.5。
所述精炼剂包括如下质量百分比的原料：KCl＝30％、AlF3＝40％、Na2SiF6＝10％和纳米石墨粉＝20％。
所述冷锻方法如下：
S1：将脱模冷却后的压铸件放入75℃的水浴内，水浴45min，拿出放入75℃的烘箱内烘干15min，去除表面水分；
S2：烘箱以8℃/min进行降温，降温到10℃后，拿入到调温室内，以5℃/min进行降温，降温到零下零下10℃，保温20-25min，再以3℃/min进行降温，降温到零下25℃，保温15min，最后，再以3℃/min进行降温，降温到零下40℃，保温15min；
S3：将步骤S2中调温室内温度以7℃/min进行升温，升到20℃保温20-25min后，拿出调温室，冷锻结束，制成压铸件。
实施例3
本发明提出的一种高性能铝合金压铸件的制备方法，包括以下步骤：
S1：准确称取如下组分及质量百分比的原料：纯硅锭10.0％、纯镁锭4.5％、纯锌锭2.0％、纯铜锭3.0％、稀土元素的合金0.7％、Sr0.04％、Er0.08％，其余为纯铝锭；
S2：先将铝、纯硅锭、纯镁锭、纯锌锭、纯铜锭放入熔炼炉中，此时，使得熔炼炉处于排气状态，以18℃/min升温加热到720℃，向熔炼炉中排入氩气，将炉内空气排空，并增压到0.4MPa，保温25min；
S3：按顺序向熔炼炉喷入稀土元素的合金、Sr、Er粉末，搅拌熔化，并以6℃/min升温加热到870℃，保温28min；
S4：将炉体内铝合金溶液降温，以4℃/min进行降温到765℃，向炉内喷入精炼剂，进行精炼，精炼8min后，进行泄压扒渣，扒渣结束后，通入氩气增加保温15-20min，进行第二次扒渣，完成精炼，降温到670℃，检测铝合金溶液；
S5：将模具的型腔预热至280℃，再将步骤S4处理后的铝合金熔液压射到模具的型腔中，其中，充型开始时的熔液流速为0.38m/s、铸造压力为48MPa，充型率超过50％后，提高熔液的流速至1.7m/s、铸造压力为78MPa，直至充型压铸结束；
S6：压铸结束后保压时间为135s，卸掉压力，冷却23s后脱模冷却；
S7：将脱模冷却后的压铸件进行冷锻，冷锻结束后制成铝合金压铸件。
其中，所述稀土元素的合金包括镁锶合金、铝铒合金、铝锆合金和铝镧合金，所述镁锶合金、铝铒合金、铝锆合金和铝镧合金的质量比1：1.3:1.0:2.3。
所述精炼剂包括如下质量百分比的原料：KCl＝28％、AlF3＝42％、Na2SiF6＝12％和纳米石墨粉＝18％。
所述冷锻方法如下：
S1：将脱模冷却后的压铸件放入68℃的水浴内，水浴38min，拿出放入68℃的烘箱内烘干12min，去除表面水分；
S2：烘箱以6℃/min进行降温，降温到8℃后，拿入到调温室内，以4℃/min进行降温，降温到零下8℃，保温22min，再以2.5℃/min进行降温，降温到零下23℃，保温12min，最后，再以2.5℃/min进行降温，降温到零下38℃，保温12min；
S3：将步骤S2中调温室内温度以6℃/min进行升温，升到18℃保温22min后，拿出调温室，冷锻结束，制成压铸件。
对实施例1-3与市场购买压铸件对比例1-2进行性能测试，结果如下表：
实施例1
实施例2
实施例3
对比例1
对比例2
拉伸强度/MPa
351
358
353
332
328
屈服强度/MPa
250
248
242
235
231
伸长率％
7.88
7.35
7.95
7.45
7.34
延伸率
4.56
4.62
4.58
4.27
4.38
硬度/HV
110
108
113
98
95
从上表中可以看出，本发明的拉伸强度、屈服强度、伸长率、延伸率和硬度均优于市场购买的压铸件产品，具有优于的物理性能，还具有耐腐蚀、韧性大等优点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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