具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种高强韧压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)加入85％-90％数量的铝锭和全部的硅后熔化并升温至830℃-860℃。

(2)温度在830℃-860℃时并且硅已经熔化均匀后加入锰添加剂、钛添加剂，搅拌熔化后净置10-20分钟。

(3)取样检验成分，按重量百分比计，保证成分的推算在包括后面所需加入材料情况下落在如下范围内：Si：1.6％-2.8％；Mn：0.4％-0.9％；Ti：0.1％-0.3％。

(4)加入剩余10-15％的铝锭使其熔化，除渣。

(5)温度在740℃-760℃时加入已经预热的镁，压入熔池中，使其在铝液中熔化，并控制Mg/Si≥2.5；熔化后搅拌，并净置5-10分钟，减少成分偏析。

(6)加入经过预热的铝铍中间合金，压入熔池中，使其快速熔化。

(7)采用氮气或氩气作为载流气体，加入无钠精炼剂进行精炼，待精炼反应完毕，净置5-10分钟，视浮渣完成渣铝分离后除去铝液表面浮渣。

(8)温度在700℃-750℃时加入经过预热的铝钛碳硼晶种材料；熔化并搅拌均匀后净置5-15分钟。

(9)取样检验成分，按重量百分比计，保证成分在如下范围内：Mg：4％-7％；Si：1.6％-2.8％；Mn：0.4％-0.9％；Ti：0.1％-0.3％；Be：0.002％-0.010％；铝钛碳硼晶种材料：0.3％-2％，Fe：≤0.2％，Mg/Si≥2.5。

采用氮气或氩气继续对铝熔体进行除气20-30分钟。除气时，合金液沸腾高度小于15cm，气压在0.15－0.25MPa之间。

(10)成分合格后，温度在690℃-740℃时浇铸，得到合金锭。浇铸过程采用氮气或氩气通过15-25μm孔径的透气砖在过滤箱的底部进行在线除气。

本实施例提供的高强韧压铸铝合金材料的制备方法，制备得到的高强韧压铸铝合金材料具有较高的屈服强度和较高的抗拉强度以及较高的伸长率。具有良好的抗腐蚀性能，不会出现晶间腐蚀，不会产生应力腐蚀裂缝。本实施例制备得到的高强韧压铸铝合金材料具有较好的耐热性能，能承受工作温度的突变；具有良好的焊接性能。

本实施例制备得到的高强韧压铸铝合金材料可用于制备4mm-7mm的薄壁件，优选用于制备6mm-6.5mm的薄壁件。在满足能够制备薄壁件的同时，还能较好的满足力学性能。

本实施例制备得到的高强韧压铸铝合金材料可广泛应用于需要同时满足高强韧性能的压铸结构件。如压铸汽车方向盘、车身空间构架接头、后横梁、辐条轮等受力零部件。

本实施例提供的高强韧压铸铝合金材料，主要构成的合金元素是Mg、Si、Mn，其组织是由α相和Mg₂Si共晶所构成。Mg的含量较高，是该合金免热处理的主要合金元素，可调节高强韧的力学性能。在控制范围内相对较低的Mg含量材料具有较高的伸长率，而相对较高的Mg含量则材料具有较高的强度。Si含量的高低决定了共晶体的组分，共晶体的组分愈高，合金的流动性能愈好，得到的铸造性与铝液补给性更加优良。

本实施例提供的高强韧压铸铝合金材料，同时控制Mg/Si比为2.5以上以确保其耐腐蚀性和α相的强度。进一步优选实施例中Mg/Si比为2.5-5，优选为2.5-3。

本实施例提供的高强韧压铸铝合金材料，Fe含量限制在0.2％以下，以防止发生粗大AlFeSi化合物的析出，获得良好的屈服强度。Mn是为了取代Fe以防止对金属模的粘模而添加，且必须在含量0.4％以上才有明显的效果。同时，较高的Mn含量也提高了材料的热强度性能，使材料具有良好的耐热性能，承受工作温度的突变。共晶成分及较高的Mn含量使得该合金具有良好的焊接性能，并减少热裂倾向。

本实施例提供的高强韧压铸铝合金材料，铝钛碳硼晶种材料可为亚微米级铝钛碳硼晶种材料。亚微米级铝钛碳硼晶种材料可以细化α铝相，解决晶粒分布不均匀和应力集中问题。而且晶粒细化效果具有长效性。同时，可消除缩松、“雪花斑”等铸造缺陷，提升力学性能和加工性能。少量的Ti主要用于细化晶粒。

本实施例提供的高强韧压铸铝合金材料为铝镁系压铸铝合金材料，需要加入的镁比较多。当将镁全部加入铝熔体中熔化后，铝熔体中的含气量会比原来增加，部分的镁会与熔体中的氧发生反应而生成MgO和MgAl₂O₃。同时，此时的浮渣粘稠，渣铝分离不好。而MgO的氧化膜又疏松不致密，在液态不能起到阻隔空气中的氧继续与熔体的镁氧化反应的作用，即使在凝固后的固态同样不能起到阻隔空气中的氧继续与合金表层下的镁氧化反应的作用。因此，紧接着添加微量的铍。当加入的铝铍中间合金熔化后，马上发生反应并生成BeO、BeAl₂O₃等生成物，能有效地抑制了镁的继续氧化。

当铍发生了少量的氧化反应起到抑制镁继续氧化的作用后，为了减少稀有贵金属铍在熔体中的进一步氧化烧损，随后加入无钠精炼剂对熔体进行精炼。精炼过程起到了对铝熔体除气(包括除H和除O)的作用。精炼结束后铝熔体中的含气量已经很低，镁、铍已完成合金化，基本上不再继续被氧化。

本实施例中通过合理确定Mg、Be和无钠精炼剂的加入顺序，使得制备得到的高强韧压铸铝合金材料铍的回收率较高，具有高达98％的回收率。

本实施例中，高强韧压铸铝合金材料在制备过程中，加入Mg和加入Be的步骤之间不进行除渣，此时，已有少量熔融浮渣产生，但浮渣中呈渣铝一体，未能有效渣铝分离。所以，暂不除渣。加入铍与加入精炼剂之间也不进行除渣，此时少量的熔融浮渣仍未能有效渣铝分离，仍然呈渣铝一体。所以，仍暂不除渣。加入铝镁无钠精炼剂精炼结束后再进行除渣。此时的浮渣已经渣铝分离，渣量比加入镁和加入铍之后的熔融浮渣要少。此时再除渣，可有效地减少金属的损耗。除渣后，表面的含BeO氧化膜致密，隔绝了空气中的氧进入熔体对镁的氧化，在随后的变质、控温、检验等过程中继续对铝熔体进行除气，巩固其效果。

本发明实施例还提供一种高强韧压铸铝合金材料的压铸成型方法，将高强韧压铸铝合金材料的制备方法制备得到的合金锭进行重熔压铸成型时：

压铸温度为690℃-730℃。压铸模温为200℃-300℃，在这个模温范围内，随模温的升高压铸件的伸长率增加而强度降低。

脱模斜度需控制在≥1.50。

压铸收缩率为0.6％－1.1％。

若压铸件热成形后10s内立即淬水，可增加伸长率但可能降低屈服强度。

本发明实施例还提供一种高强韧压铸铝合金材料的热处理方法，将制备得到的高强韧压铸铝合金材料的铸件进行热处理时，热处理步骤为：

将铸件放入热处理炉中，将温度从20℃-30℃开始升温至320℃-380℃后进行保温，保温持续80-100分钟后，取出压铸件，空冷。该热处理方法，可使得伸长率增加，但是屈服强度会有所下降。

在另一热处理方法的实施例中，将铸件放入热处理炉中，将温度从20℃-30℃开始升温至220℃-280℃后进行保温，保温持续80-100分钟后，取出压铸件，水冷。该热处理方法，可使得屈服强度增加，但是延伸率会有所下降。

本实施例提供的高强韧压铸铝合金材料可通过两种特殊热处理，使其强度和伸长率可以有所侧重的进行增加或降低，以适应多种不同的应用场景需求。

本实施例中所指的铸件，是指经过压铸成型后得到的铸件。

本发明实施例提供一种高强韧压铸铝合金材料，除铝外，按重量百分比计，还包括：Mg：4％-7％；Si：1.6％-2.8％；Mn：0.4％-0.9％；Ti：0.1％-0.3％；Be：0.002％-0.010％；Fe：≤0.2％；铝钛碳硼晶种材料：0.3％-2％；其中Mg和Si的比值应满足：Mg/Si≥2.5；

在优选实施例中，亚微米级铝钛碳硼晶种材料含晶种2-4％，使得晶粒细化效果具有长效性。

在优选实施例中，高强韧压铸铝合金材料还包括；Cu：≤0.2％；Zn：≤0.3％；Pb：≤0.1％；Sn：≤0.01％；Cd：≤0.01％。

在优选实施例中，高强韧压铸铝合金材料在制备过程中无钠精炼剂的加入量为0.2％-0.4％。

在优选实施例中，无钠精炼剂的成分包括Ba。本实施例中无钠精炼剂包含Ba，在加入铍(Be)后不除渣又马上加入无钠精炼剂，该精炼剂在熔体中会发生多个反应并生成Ba₃Al₂O₆、BaAl₂O₄生成物，Ba₃Al₂O₆、BaAl₂O₄的生成物自由能变化值分别为-2943.175KJ/mol和-1933.300KJ/mol，其负数均远大于铍的氧化生成物的自由能，有效地抑制了铍和镁的继续氧化烧损。精炼结束后铝熔体中的含气量已经很低，镁、铍已完成合金化，基本上不再继续被氧化。一方面能够较好提升铍的回收率，另一方面能够较好的提升材料的力学性能。

在优选实施例中，无钠精炼剂的成分还包括K(钾)、Cl(氯)、F(氟)、Mg(镁)。由于这种精炼剂的特殊元素组成，在熔体中将发生多个反应并生成多种生成物，如：Ba₃Al₂O₆、BaAl₂O₄、BaF₂、K₂Cl₂、K₂F₂、MgCl₂、MgF₂、Mg₂F₄等等。精炼剂的多种反应生成物与精炼前渣铝熔融一体的浮渣结合，使其渣铝的润湿角增大起到了很好的渣铝分离作用。

在优选实施例中，无钠精炼剂为铝镁无钠精炼剂，铝镁无钠精炼剂按质量百分数计，包括K：10-16％；Na：≤3％；Si：≤8％；Cl：40-55％；F：3-6％；Mg：8-12％；Ba：2-8％；Ca：1-3％。进一步优选实施例中，铝镁无钠精炼剂按质量百分数计，由K：10-16％；Na：≤3％；Si：≤8％；Cl：40-55％；F：3-6％；Mg：8-12％；Ba：2-8％和Ca：1-3％组成。本实施例通过铝镁无钠精炼剂的多种反应生成物与精炼前的粘稠浮渣结合，使其渣铝的润湿角增大起到了很好的渣铝分离作用。

本实施例提供的，高强韧压铸铝合金材料，浇铸后的铝锭以及再重熔后压铸出来的压铸件也由于有一层致密的氧化铍保护膜起作用，使得表层下的镁免遭继续氧化。具有良好的抗腐蚀性能，且不会出现晶间腐蚀。同时，该合金由于无β相Mg₂Al₃存在，没有应力腐蚀裂缝存在的可能，因而解决了一般铝镁系合金由于β相Mg₂Al₃在晶界上析出而容易产生应力腐蚀裂缝的问题。

本发明实施例还提供一种高强韧压铸铝合金材料，按重量百分比计，由如下成分组成：Mg：4％-7％；Si：1.6％-2.8％；Mn：0.4％-0.9％；Ti：0.1％-0.3％；Be：0.002％-0.010％；铝钛碳硼晶种材料：0.3％-2％；Fe：≤0.2％；Cu：≤0.2％；Zn：≤0.3％；Pb：≤0.1％；Sn：≤0.01％；Cd：≤0.01％，其它不可避免的常存杂质元素总和：≤0.2％；其余为Al，其中Mg和Si的比值应满足：Mg/Si≥2.5。

为了对本发明的技术方案能有更进一步的了解和认识，现列举几个较佳实施例对其做进一步详细说明。

实施例1-5和对比例1-5的配方成分、制备方法和热处理方法参见表1。

表1

表1中，晶种为亚微米级铝钛碳硼晶种材料，含晶种2-4％。

其中，制备方法1包括如下步骤：

(1)加入85％-90％数量的铝锭和全部的硅后熔化并升温至830℃-860℃。

(2)温度在830℃-860℃时并且硅已经熔化均匀后加入锰添加剂、钛添加剂，搅拌熔化后净置10-20分钟。

(3)取样检验成分；

(4)加入剩余10-15％的铝锭使其熔化，除渣。

(5)温度在740℃-760℃时加入已经预热的镁，压入熔池中，使其在铝液中熔化，并控制Mg/Si≥2.5；熔化后搅拌，并净置5-10分钟。

(6)加入经过预热的铝铍中间合金，压入熔池中，使其快速熔化。

(7)采用氮气或氩气作为载流气体，加入铝镁无钠精炼剂进行精炼，待精炼反应完毕，净置5-10分钟，视浮渣完成渣铝分离后除去铝液表面浮渣。铝镁无钠精炼剂按质量百分数计，由K：10-16％；Na：≤3％；Si：≤8％；Cl：40-55％；F：3-6％；Mg：8-12％；Ba：2-8％和Ca：1-3％组成。

(8)温度在700℃-750℃时加入经过预热的铝钛碳硼晶种材料；熔化并搅拌均匀后净置5-15分钟。

(9)取样检验成分，采用氮气或氩气继续对铝熔体进行除气20-30分钟。除气时，合金液沸腾高度小于15cm，气压在0.15－0.25MPa之间。

(10)成分合格后，温度在690℃-740℃时浇铸，得到合金锭。浇铸过程采用氮气或氩气通过15-25μm孔径的透气砖在过滤箱的底部进行在线除气。

制备方法2

与制备方法1相比，制备方法2中，加入剩余10-15％的铝锭使其熔化，除渣的步骤之后，先加入经过预热的铝铍中间合金，压入熔池中，使其快速熔化；然后控制温度在740℃-760℃时加入已经预热的镁，压入熔池中，使其在铝液中熔化，并控制Mg/Si≥2.5；熔化后搅拌，并净置5-10分钟。其余步骤与制备方法1相同。

制备方法3

与制备方法1相比，制备方法3中，加入剩余10-15％的铝锭使其熔化，除渣的步骤之后，先进行精炼，采用氮气或氩气作为载流气体，加入铝镁无钠精炼剂进行精炼，待精炼反应完毕，净置5-10分钟，视浮渣完成渣铝分离后除去铝液表面浮渣。然后温度在740℃-760℃时加入已经预热的镁，压入熔池中，使其在铝液中熔化，并控制Mg/Si≥2.5；熔化后搅拌，并净置5-10分钟；然后再加入经过预热的铝铍中间合金，压入熔池中，使其快速熔化。

采用对应制备方法制备得到的实施例1-5的合金锭和对比例1-5的合金锭按照如下压铸成型方法分别进行压铸，分别得到压铸件。

压铸成型条件为：

压铸温度690℃-730℃；

压铸收缩率为0.6－1.1％；

压铸时脱模斜度需控制在≥1.5°；

压铸模温200℃-300℃。在这个模温范围内，随模温的升高压铸件的伸长率增加而强度降低。

其中将实施例4和实施例5制备的压铸件分别采用热处理方法1和热处理方法2进行热处理。

热处理方法1

将铸件放入热处理炉中，将温度从20℃-30℃开始升温至320℃-380℃后进行保温，保温持续80-100分钟后，取出压铸件，空冷。

热处理方法2

在另一热处理方法的实施例中，将压铸件放入热处理炉中，将温度从20℃-30℃开始升温至220℃-280℃后进行保温，保温持续80-100分钟后，取出压铸件，水冷。

效果实施例

将实施例1-5和对比例1-5最终得到的材料进行抗拉强度、屈服强度、伸长率、壁厚和Be的回收率的测定，具体测试结果如表2所示。

表2

从表2数据可以看出，本实施1-5提供的高强韧压铸铝合金材料的配方合理设置，并且配合特定的制备方法，实现得到铝合金材料压铸成型后具有较高的抗拉强度、屈服强度、伸长率。同时能够满足较薄的壁厚成型，还能够具有较高的Be回收率，贵重金属Be回收率高达98％。

从实施例1-3的数据可以看出，本发明提供的高强韧压铸铝合金材料不需要经过热处理即可实现较高的抗拉强度、屈服强度和伸长率。可减少传统热处理(如T4、T5、T6、T7)，导致薄件变形，节省热处理工序就能实现较好的性能。

从实施例4-5的数据可以看出，本发明提供的高强韧压铸铝合金材料也可通过特定的热处理方式来提升材料某一方面的性能，如实施例4中使用热处理方法1进行处理，虽然会降低合金材料的强度，但是可显著提升伸长率。实施例5中使用热处理方法2进行处理，虽然会降低材料的伸长率，但是可以提升材料的强度。本实施例提供高强韧压铸铝合金材料，通过特殊的热处理方式，其强度和伸长率可以有所侧重的进行增加或降低，以适应多种不同的应用场景需求。

从对比例1的数据可以看出，对比例1中提升了镁元素的用量，镁元素含量较高，超出本发明的范围，会使得伸长率大幅度降低。说明本发明镁元素设置合理，配合本发明其他元素以及制备方法实现得到的铝合金材料强度和伸长率较好。

从对比例2的数据可以看出，对比例2中降低了硅的含量，硅含量的使用不在本发明的范围中，得到的材料会使得强度下降较明显。说明本发明硅元素设置合理，配合本发明其他元素以及制备方法实现得到的铝合金材料强度和伸长率较好。

从对比例3的数据可以看出，虽然其他成分在本发明范围内，但是，Mg/Si<2.5不在限定范围内时，得到的合金材料的力学性能大幅度降低。说明本发明的铝合金材料的配方不仅要求Mg、Si元素需要满足在控制范围内，而且还必须同时满足Mg/Si≥2.5的约束条件，才能实现得到的铝合金材料强度和伸长率较好。

从对比例4和对比例5的数据可以看出，对比例4中将Be和Mg的加入顺序对调，得到的合金材料Be回收率大幅度降低，仅有40.28％。对比例5中将精炼加入顺序调至Mg和Be加入之前，得到的合金材料Be回收率大幅度降低，仅有56.94％。说明本发明提供的铝合金材料在制备时，Mg、Be和无钠精炼剂的加入顺序合理确定，实现得到的铝合金材料贵重金属铍损耗较少，能够较大程度的减少合金的制备成本。

以上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内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。