一種高強度高韌性壓鑄鋁合金及其制品的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋁合金鑄造技術領域，更具體地，涉及一種高強度高韌性壓鑄鋁合金 及其制品。
【背景技術】
[0002] 壓力鑄造簡稱壓鑄，是一種高速高效的先進成形工藝，是復雜薄壁鋁、鎂合金鑄件 的主要成形方法之一，在汽車/摩托車用鋁、鎂合金零部件的生產中占有相當大的比例。
[0003] 當前工業應用最多的壓鑄鋁合金材料為Al-Si-Cu系合金，如國內YL112、YL113， 日本ADC12、ADC10以及美國A380、AlSi9Cu3Fe等，上述合金具有優異的鑄造性能和良好的 力學性能；其次是具有良好抗沖擊性能和疲勞強度的Al-Si-Mg系合金如YL104、ADC3、A360 等；第三是Al-Mg系合金如YL301等，該類合金擁有良好的耐腐蝕性、較高的強度及韌性。由 于壓鑄鋁合金中的Fe含量一般都在1 %以上，Fe與合金中的A1和Si會生成針狀的FeAl3、 Al-Fe-Si相中間化合物，所以此類中間化合物的存在會嚴重削弱壓鑄件的力學性能，尤其 是斷裂韌性；另外對于Al-Si-Cu系合金而言，加入Cu雖然可以提高壓鑄件的強度，但卻降 低了鑄件的韌性。因此現有的Al-Si-Cu系、Al-Si-Mg系以及Al-Mg系壓鑄鋁合金均不屬 于高強度、高韌性的壓鑄鋁合金材料，無法滿足復雜薄壁、高強度、高韌性、抗沖擊等汽車高 受力件的要求。
[0004] 為了滿足汽車高受力即高強度、高韌性鋁合金零件如底盤副車架、車門立柱等的 開發需求，國外開發了一些新型高強度、高韌性的鋁合金材料，并獲得了工業化應用，這些 合金的共同特點是采用Al-Si-Mg系，并嚴格控制Fe、Cu的含量，通過T6熱處理可獲得良好 的力學性能，然而該合金仍然滿足不了汽車高受力零件的開發需求。現有對于不需要進行 T6熱處理，鑄態下就可獲得良好力學性能的高強韌壓鑄鋁合金仍然比較缺乏，因此，開發新 型高強韌壓鑄鋁合金以滿足轎車輕量化的發展需求是人們長期以來研發的重點內容之一。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種壓鑄鋁合金及其制品， 其中通過合金中各元素含量的控制，尤其是硅含量和鎂含量的控制，獲得具有高強度高韌 性的鋁合金，合金無需通過T6熱處理即可獲得良好的力學性能，可用于轎車底盤副車架、 車門立柱等關鍵零部件的制造，以取代鋼制的車架或車門立柱等結構件。
[0006] 為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種高強度高韌性壓鑄鋁合金， 該合金屬于Al-Si-Mn-Mg-Re系，其由以下質量百分比的組分組成：硅7. 5%~8. 5%，錳 0· 3%~0.4%，鎂 0.2%~0.3%，稀土 0· 1 ~0.2%，鍶 0.01 %~0.02%，鐵彡 0· 15%，鈦 < 0. 10 %，銅< 0. 05 %，其余為鋁和不可避免的微量雜質，其中微量雜質的單個元素的含 量彡0.05%，且微量雜質的總量彡0. 15%。
[0007] 按照本發明的另一方面，提供了一種利用所述的高強度高韌性壓鑄鋁合金制備的 鑄件，該鑄件由真空壓鑄工藝壓鑄，其壁厚為4mm，鑄態下本體抗拉強度多230MPa，屈服強 度彡150MPa，伸長率彡6%，硬度彡75HB。
[0008] 作為進一步優選的，所述高真空壓鑄工藝為：模具型腔真空度為93±2KPa，壓 鑄壓力為80±5MPa，壓射速度為4. 5±0. 5m/s，模具溫度180±10°C，鋁液澆注溫度為 710±1(TC〇
[0009] 按照本發明的另一方面，還提供了一種轎車底盤副車架，其采用所述的高強度高 初性壓鑄錯合金制成。
[0010] 總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的 技術優點：
[0011] 1.本發明通過對合金中各元素含量的選擇與控制，尤其是硅含量和鎂含量的控 制，獲得硅含量為7. 5 %~8. 5 %，錳含量為0. 3 %~0. 4 %，鎂含量為0. 2 %~0. 3 %，稀土 含量為〇· 1~〇· 2%，鍶含量為0· 01%~0· 02%，鐵含量為彡0· 15%，鈦含量為彡0· 10%， 銅含量為<〇.〇5%的41^-111-1%-1^系新型壓鑄鋁合金，該新型合金具有高強度高韌 性（高伸長率），在無需進行T6熱處理時，鑄態下就可獲得良好力學性能，具有抗拉強度 彡230MPa、屈服強度彡150MPa、伸長率彡6%的力學性能，滿足轎車輕量化的發展需求，可 用于轎車底盤副車架、車門立柱等關鍵零部件的制造，以取代鋼制的車架或車門立柱等結 構件。
[0012] 2.本發明的合金材料具有良好的鑄造工藝性能，流動性好、抗熱裂性能強、易于補 縮，優于目前常用的合金材料如A356或ZL101，具有良好的應用前景；且對本發明的合金材 料進行T6熱處理，通過固溶強化可進一步提高力學性能，如抗拉強度、屈服強度、伸長率會 進一步提高，適應汽車零部件的更高要求。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發明高強度高韌性壓鑄鋁合金的金相組織。
【具體實施方式】
[0014] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0015] 本發明提供的一種高強度高韌性壓鑄鋁合金，該合金屬于Al-Si-Mn-Mg-Re系， 其主要成分包括鋁、硅、錳、鎂、稀土、鐵、鈦、銅、鍶等，各組分的質量百分比為：硅7. 5%~ 8. 5%，錳 0· 3%~0· 4%，鎂 0· 2%~0· 3%，稀土 0· 1 ~0· 2%，鐵彡 0· 15%，鈦彡 0· 10%， 銅< 0. 05%，鍶0. 01 %~0. 02%，其余為鋁和不可避免的微量雜質，其中微量雜質的單個 元素的含量彡〇. 05%，且微量雜質的總量彡0. 15%。
[0016] 本發明提供的利用高強度高韌性壓鑄鋁合金制備的鑄件，該鑄件由高真空壓鑄工 藝壓鑄，其壁厚為4_，具體的高真空壓鑄工藝采用以下方式進行確定：為了保證鋁液在真 空狀態下充填模具型腔，最大程度地避免卷氣缺陷，模具型腔真空度選擇93±2KPa;為保 證鋁液的補縮，壓鑄壓力選擇80±5MPa ;為保證鋁液具備優良的流動性，鋁液澆注溫度旋 轉710±10°C ;壓射速度選擇4. 5±0. 5m/s，可有效縮短鋁液充填時間，充填形態良好；模具 溫度選擇180±10°C，可有效避免過冷產生冷隔、充填不良，過熱粘模拉傷、增大縮孔傾向； 本發明的鑄件采用上述參數進行制備，外觀良好，無冷隔、裂紋，內部組織細小、致密，無縮 孔、縮松、氣孔等缺陷。本發明的壓鑄鋁合金鑄件用于汽車部件的輕量化，可用于高強韌要 求的轎車底盤副車架、車門立柱、減震蓋、座椅支架等有安全要求的關鍵零部件，其鑄態下 本體力學性能抗拉強度彡230MPa，屈服強度彡150MPa，伸長率彡6%，硬度彡75HB，若通過 T6熱處理固溶強化，其力學性能可進一步提高。
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