本發(fā)明屬于金屬材料領域，具體涉及一種高強度高韌性壓鑄鋁合金及其制備方法。

背景技術：

壓力鑄造作為一種液態(tài)精確成型方法，具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟指標優(yōu)良、鑄件尺寸精度高和互換性好等優(yōu)點，在制造業(yè)獲得了廣泛的應用和迅速的發(fā)展。鋁合金在所有壓鑄合金中應用最為廣泛，但因強韌性不夠理想導致其應用范圍受到較大的限制，特別不適用于汽車、摩托車等結(jié)構(gòu)受力和碰撞的零件。本發(fā)明的申請人在先申請CN 105112748A，公開了一種高強度鑄造鋁合金及其制備方法，該鋁合金成分為Al-Cu-Si-Mg-Mn-Zr-Ti，其與常規(guī)鋁銅系列合金相比，在強度上面具有明顯的優(yōu)勢，抗拉強度達320-370MPa，延伸率在2-6%之間，但由于延伸率較低，因此不能很好地滿足汽車、通訊行業(yè)對結(jié)構(gòu)件抗拉強度250MPa、延伸率6%的實際使用要求。因此，開發(fā)優(yōu)化新型高強韌壓鑄鋁合金乃當務之急。

隨著鋁合金的應用越來越廣泛，工業(yè)產(chǎn)品對鋁合金壓鑄件的要求也是不斷提高，不僅要求壓鑄鋁合金具有良好的延性和強度，而且希望鋁合金具有良好的成形和后處理性能。Al-Si系合金雖然有較好的流動性，但是強度和塑性都不太高，因此，對于高強度要求的結(jié)構(gòu)件，現(xiàn)有Al-Si系合金滿足不了強度要求。

為了制備延伸率大于10%、抗拉強度高于300MPa的高強度高韌性鋁合金。本發(fā)明申請人的團隊研究發(fā)現(xiàn)：Al-Mg系合金延伸率較高，但只有當Mg含量高于4%時延伸率才能到10%以上，由于Mg元素固溶強化和時效強化，Mg元素還能夠提高合金的力學性能。雖然Al-Mg系合金具有非常好的強度、塑性和韌性，還有優(yōu)良的抗腐蝕性和表面處理特性，以及很好的機加工性，但是其壓鑄成形性能較差，容易熱裂和充型不完整。

因此，如何改善Al-Mg系合金的流動性是本發(fā)明的主要目的。本發(fā)明主要是通過加入適量的Si元素提高合金的流動性，加入適量的Cu元素提高固溶強化效果和自然時效能力，避免后續(xù)熱處理工序。Fe元素含量對塑性影響是最大的，形成的針狀相對塑性降低很明顯；提高Mn元素含量，代替Fe元素解決粘模問題；加入Ti元素主要是細化晶粒，提高合金的強度和塑性。

技術實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明的目的。

本發(fā)明的一目的是解決目前Al-Mg系合金鑄造性能差、不易壓鑄成型的技術難題而提供一種高強度高韌性壓鑄鋁合金，Al-Mg-Si-Mn-Cu-Ti鋁合金，該合金可用于汽車和通訊行業(yè)形狀復雜且對強度要求較高的零部件上面，相對常規(guī)鋁合金，有高韌性和鑄造流動性好的優(yōu)點，具有良好的應用前景。

本發(fā)明的另一目的是提供一種高強度高韌性壓鑄鋁合金的制備方法。

2、本發(fā)明所采用的技術方案。

實現(xiàn)本發(fā)明一目的所采用的技術方案為：一種高強度高韌性壓鑄鋁合金，所述的高強度高韌性壓鑄鋁合金各組成成分為：Mg：4.2wt%～5.3wt%；Si：1.5wt%～1.8wt%；Mn：0.14wt%～0.22wt%；Cu：0.12wt%～0.25wt%；Ti：0.05wt%～0.08wt%，其余為鋁和其它雜質(zhì)元素，其它雜質(zhì)元素含量小于0.005%。

作為本發(fā)明的一優(yōu)選技術方案：所述高強度高韌性壓鑄鋁合金各組成成分為：Mg：4.2wt%～4.8wt%；Si：1.5wt%～1.8wt%；Mn：0.14wt%～0.152wt%；Cu：0.12wt%～0.13wt%；Ti：0.05wt%～0.08wt%，其余為鋁和其它雜質(zhì)元素，其它雜質(zhì)元素含量小于0.005%。

作為本發(fā)明的一優(yōu)選技術方案：所述高韌性壓鑄鋁合金各組成成分為：Mg：4.8wt%～5.3wt%；Si：1.5wt%～1.8wt%；Mn：0.15wt%～0.22wt%；Cu：0.13wt%～0.25wt%；Ti：0.05wt%～0.08wt%，其余為鋁和其它雜質(zhì)元素，其它雜質(zhì)元素含量小于0.005%。

作為本發(fā)明的一優(yōu)選技術方案：所述高韌性壓鑄鋁合金各組成成分為：Mg：4.2wt%；Si：1.8wt%；Mn：0.15wt%；Cu：0.13wt%；Ti：0.05wt%，其余為鋁和其它雜質(zhì)元素，其它雜質(zhì)元素含量小于0.005%。

作為本發(fā)明的一優(yōu)選技術方案：所述高韌性壓鑄鋁合金各組成成分為：Mg：4.8wt%；Si：1.5wt%；Mn：0.14%；Cu：0.12wt%；Ti：0.05wt%，其余為鋁和其它雜質(zhì)元素，其它雜質(zhì)元素含量小于0.005%。

作為本發(fā)明的一優(yōu)選技術方案：所述高韌性壓鑄鋁合金各組成成分為：Mg：5.3wt%；Si：1.8wt%；Mn：0.22wt%；Cu：0.25wt%；Ti：0.08wt%，其余為鋁和其它雜質(zhì)元素，其它雜質(zhì)元素含量小于0.005%。

實現(xiàn)本發(fā)明另一目的所采用的技術方案為：一種高強度高韌性壓鑄鋁合金的制備方法，其包括制備步驟如下：

1）備料和爐子清理：根據(jù)合金成分比例備料，料備完爐子需要清洗干凈，合金元素以純合金或中間合金形式加入，Cu元素以Al-Cu中間合金形式加入，Si元素以單質(zhì)或則Al-Si中間合金形式加入，Mg元素以純Mg或則Al-Mg中間合金形式加入，Mn元素是以Al-Mn中間合金形式加入，Ti元素以Al-Ti中間合金形式加入；

2）熔化鋁錠：純鋁錠表面清洗干凈后，將純鋁錠放入井式爐坩堝內(nèi)進行加熱熔煉，鋁液溫度控制在690-710℃之間；

3）加入中間合金：待鋁液溫度達到700℃時，將烘干后的Al-Cu中間合金、Al-Si中間合金、Al-Mg中間合金加入到鋁液中，鋁液升溫至750℃，將Al-Mn中間合金加入到鋁液中，保溫5分鐘后，加入Al-Ti中間合金，保溫15分鐘，保證加入的中間合金全部熔化；

4）精煉：鋁液溫度達到750℃時，開始加入鋁合金專用精煉劑進行精煉，精煉過程中用精煉勺上下攪拌5分鐘至合金精煉充分；精煉降溫至730℃保溫、靜置5分鐘，使夾雜物充分的上浮或者下沉，然后進行拔渣；

5）變質(zhì)：鋁液溫度730℃時進行變質(zhì)處理，加入Al-Ti-B變質(zhì)劑進行變質(zhì)，攪拌充分后靜置10分鐘。靜置后拔渣，去除表面氧化皮和底部雜；

6）自然時效：將精煉、變質(zhì)后的鋁液溫度降至700℃準備澆注，采用金屬型重力澆注工藝，澆注模具在烘箱中升溫至200℃，用料勺將鋁液加入到模具之中，模具冷卻后，鑄件取出，常溫下放置48h自然時效后，檢測力學性能。

3、本發(fā)明的有益效果。

1）本發(fā)明較好地解決了現(xiàn)有Al-Mg系合金鑄造性能差、不容易壓鑄成型的難題。所開發(fā)的高強度高韌性壓鑄鋁合金自然時效后20℃下，鑄件的屈服強度為180-200 MPa之間，抗拉強度為340-350 MPa之間，延伸率為10-15%之間。該合金可用于汽車和通訊行業(yè)形狀復雜且對強度要求較高的零部件上面，與常規(guī)Al-Si、Al-Cu系列合金相比，在韌性上面有明顯的優(yōu)勢。

2）本發(fā)明針對現(xiàn)有的Al-Mg系合金，立足于合金元素的固溶強化和時效熱處理強化，通過加入適量的Cu、Mn、Ti等微量元素，合理配比合金元素的種類和比例，制備Al-Mg-Si-Mn-Cu-Ti多元化鋁合金，通過合金元素的協(xié)同作用制備高強韌性鑄造鋁合金。

具體實施方式

為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術實質(zhì)和有益效果，申請人將在下面以實施例的方式作詳細說明，但是對實施例的描述均不是對本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實質(zhì)性的等效變換都應視為本發(fā)明的技術方案范疇。

實施案例1

以25kg為例，根據(jù)Al-4.2Mg-1.8Si-0.15Mn-0.13Cu-0.05Ti配比為例，計算出中間合金的質(zhì)量，進行備料。

1）準備原材料和爐子清理，爐子需要清洗干凈，避免殘留的合金影響合金的性能?，F(xiàn)根據(jù)合金成分比例備料，合金元素可以以純合金和中間形式加入，Cu元素以Al-Cu中間合金加入，Si元素以單質(zhì)或則Al-Si中間合金加入，Mg元素是以純Mg或則Al-Mg中間合金加入，Mn元素是以Al-Mn中間合金加入，Ti元素以Al-Ti中間合金加入。

2）鋁錠表面清洗干凈后，將純鋁錠放入井式爐坩堝內(nèi)，加熱坩堝進行熔煉，鋁液溫度控制在690-710℃之間。

3）待鋁液溫度達到700℃時，將烘干后的Al-Cu中間合金、Al-Si中間合金、Al-Mg中間合金，加入到鋁液中，鋁液升溫至750℃，將Al-Mn中間合金加入到鋁液中，保溫5分鐘后，加入Al-Ti中間合金，保溫15分鐘，保證加入的中間合金全部熔化。

4）鋁液溫度達到750℃時，開始加入鋁合金專用精煉劑進行精煉，精煉過程中用精煉勺上下攪拌5分鐘至合金精煉充分。精煉降溫至730℃保溫、靜置5分鐘，使夾雜物充分的上浮或者下沉，然后進行拔渣。

5）鋁液溫度730℃時進行變質(zhì)處理，加入Al-Ti-B變質(zhì)劑進行變質(zhì)，攪拌充分后靜置10分鐘。靜置后拔渣，去除表面氧化皮和底部雜質(zhì)。

6）將精煉、變質(zhì)后的鋁液溫度降至700℃準備澆注，采用金屬型重力澆注工藝，澆注模具在烘箱中升溫至200℃，用料勺將鋁液加入到模具之中，模具冷卻后，鑄件取出。

7）常溫下放置48h自然時效后，檢測力學性能。

該高強度鑄造合金20℃下鑄件的屈服強度188.7MPa，抗拉強度343.0MPa，延伸率14.8%。

實施案例2

以25kg為例，根據(jù)Al-4.8Mg-1.5Si-0.14Mn-0.12Cu-0.05Ti配比為例，計算出中間合金的質(zhì)量，進行備料。

1）準備原材料和爐子清理，爐子需要清洗干凈，避免殘留的合金影響合金的性能?，F(xiàn)根據(jù)合金成分比例備料，合金元素可以以純合金和中間形式加入，Cu元素以Al-Cu中間合金加入，Si元素以單質(zhì)或則Al-Si中間合金加入，Mg元素是以純Mg或則Al-Mg中間合金加入，Mn元素是以Al-Mn中間合金加入，Ti元素以Al-Ti中間合金加入。

2）鋁錠表面清洗干凈后，將純鋁錠放入井式爐坩堝內(nèi)，加熱坩堝進行熔煉，鋁液溫度控制在690-710℃之間。

3）待鋁液溫度達到700℃時，將烘干后的Al-Cu中間合金、Al-Si合金、Al-Mg合金加入到鋁液中，鋁液升溫至750℃，將Al-Mn中間合金加入到鋁液中，保溫5分鐘后，加入Al-Ti中間合金，保溫15分鐘，保證加入的中間合金全部熔化。

4）鋁液溫度達到750℃時，開始加入鋁合金專用精煉劑進行精煉，精煉過程中用精煉勺上下攪拌5分鐘至合金精煉充分。精煉降溫至730℃保溫、靜置5分鐘，使夾雜物充分的上浮或者下沉，然后進行拔渣。

5）鋁液溫度730℃時進行變質(zhì)處理，加入Al-Ti-B變質(zhì)劑進行變質(zhì)，攪拌充分后靜置10分鐘。靜置后拔渣，去除表面氧化皮和底部雜質(zhì)。

6）將精煉、變質(zhì)后的鋁液溫度降至700℃準備澆注，采用金屬型重力澆注工藝，澆注模具在烘箱中升溫至200℃，用料勺將鋁液加入到模具之中，模具冷卻后，鑄件取出。

7）常溫下放置48h自然時效后，檢測力學性能。

該高強度鑄造合金20℃下鑄件的屈服強度196.0MPa，抗拉強度348.6MPa，延伸率12.5%。

實施案例3

以25kg為例，根據(jù)Al-5.3Mg-1.8Si-0.22Mn-0.25Cu-0.08Ti配比為例，計算出中間合金的質(zhì)量，進行備料。

1）準備原材料和爐子清理，爐子需要清洗干凈，避免殘留的合金影響合金的性能。現(xiàn)根據(jù)合金成分比例備料，合金元素可以以純合金和中間形式加入，Cu元素以Al-Cu中間合金加入，Si元素以單質(zhì)或則Al-Si中間合金加入，Mg元素是以純Mg或則Al-Mg中間合金加入，Mn元素是以Al-Mn中間合金加入，Ti元素以Al-Ti中間合金加入。

2）鋁錠表面清洗干凈后，將純鋁錠放入井式爐坩堝內(nèi)，加熱坩堝進行熔煉，鋁液溫度控制在690-710℃之間。

3）待鋁液溫度達到700℃時，將烘干后的Al-Cu中間合金、Al-Si中間合金、Al-Mg中間合金加入到鋁液中，鋁液升溫至750℃，將Al-Mn中間合金加入到鋁液中，保溫5分鐘后，加入Al-Ti中間合金，保溫15分鐘，保證加入的中間合金全部熔化。

4）鋁液溫度達到750℃時，開始加入鋁合金專用精煉劑進行精煉，精煉過程中用精煉勺上下攪拌5分鐘至合金精煉充分。精煉降溫至730℃保溫、靜置5分鐘，使夾雜物充分的上浮或者下沉，然后進行拔渣。

5）鋁液溫度730℃時進行變質(zhì)處理，加入Al-Ti-B變質(zhì)劑進行變質(zhì)，攪拌充分后靜置10分鐘。靜置后拔渣，去除表面氧化皮和底部雜質(zhì)。

6）將精煉、變質(zhì)后的鋁液溫度降至700℃準備澆注，采用金屬型重力澆注工藝，澆注模具在烘箱中升溫至200℃，用料勺將鋁液加入到模具之中，模具冷卻后，鑄件取出。

7）常溫下放置48h自然時效后，檢測力學性能。

該高強度鑄造合金20℃下鑄件的屈服強度195.7MPa，抗拉強度347.2MPa，延伸率10.2%。