重力鑄造與熱擠出組合工藝制備高強高塑高韌亞共晶鋁硅合金材料的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種制備鋁硅合金材料的方法，更特別地說，是指一種采用重力鑄造與熱擠出組合工藝來制造具有高強、高塑、高韌的亞共晶鋁硅合金材料，以及其組合的方法。
【背景技術】
[0002]Al-Si鑄造合金，作為鑄造鋁合金中重要系列之一，具有低密度，低膨脹系數、高耐磨性、高抗腐蝕性、優良的鑄造性能，無熱裂傾向，小的線收縮，好的氣密性，易氣焊等優點，廣泛應用于航空工業和汽車工業等。能源、環保、安全是當今世界工業面臨的三大課題。減輕產品自重，可以降低能耗，減少環境污染，節約有限的資源。在科學技術飛速發展的今天，新一代的航空工業和汽車工業對材料又提出了更輕、更強，塑性和韌性更高的要求。因此，在傳統合金材料的基礎上開發新材料、研究新工藝的需求已十分迫切。
[0003]重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱重力澆鑄。廣義的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造、消失模鑄造，泥模鑄造等;窄義的重力鑄造主要指金屬型澆鑄。
[0004]熱擠壓是對放在容器中的金屬坯料在高于室溫的條件下施加外力，使之從特定的模空中擠出，獲得所需要斷面形狀和尺寸的一種塑性加工方法。
[0005]然而，由于Al-Si鑄造合金在鑄造過程產生的鑄造缺陷、組織晶粒粗大等原因，限制了該合金力學性能，制約了該合金的應用范圍。同時，對于變形鋁合金以及過共晶高硅(含量)，經過熱處理后具有高強度。因此，將Al-Si鑄造合金采用合理的擠出工藝和熱處理工藝相結合的方式開發新型高強高塑高韌亞共晶Al-Si合金具有一定的意義。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是采用重力鑄造與熱擠出相結合的制備工藝，克服了傳統重力鑄造制備Al-Si合金材料的強度、塑性、韌性不高的缺點，同時也拓展了熱擠出工藝在亞共晶Al-Si合金材料制備中的應用空間。該工藝將Al-Si合金中的共晶硅破碎、球化并均勻分散在合金基體中，同時增加了織構組織和再結晶晶粒，優化了合金組織，從而大幅度提高合金的強度、塑性、韌性。
[0007]本發明提出了一種重力鑄造與熱擠出組合工藝制備高強高塑高韌亞共晶鋁硅合金材料的方法，其特征在于包括有下列步驟:
[0008]步驟一，配目標成分；
[0009]依據目標成分選取質量分數99.0 %?99.9 %的純招、質量分數98 %的金屬娃、質量分數99.85%?99.95%的純鎂和/或質量分數99.5%的純銅；
[0010]步驟二，采用重力鑄造工藝制合金錠；
[0011]步驟21，將步驟一中的原料加入石墨坩禍內，使用高頻感應爐進行熔煉;調節熔煉工藝參數:熔煉溫度為720°C?800°C，保溫時間為10?30min后，得到Al-Si液態合金；
[0012]步驟22，采用CCl6除渣3?1min后，將Al-Si液態合金澆注到預熱到120°C的金屬模具中，冷卻，得到Al-Si合金錠；
[0013]步驟三，采用熱擠出工藝制擠出合金；
[0014]將步驟二制得的Al-Si合金錠加入真空熱壓機中，在真空度為1.0X 10—3MPa,擠出溫度為400°(3?500°(3，擠壓強度為200?35010^，擠出比為16:1?10:1的條件下，制得擠出
I=IO
[0015]步驟四，熱處理；
[0016]將步驟三制得的擠出合金經過515°C，16小時的固溶處理，室溫冷水淬火，175°C，7小時時效處理，得到目標亞共晶Al-Si合金。
[0017]經本發明方法制得的亞共晶鋁硅合金具有抗拉強度為300MPa?470MPa，屈服強度在260MPa?390MPa，延伸率在16?22%，沖擊韌性在80J/cm2?120J/cm2的性能。
[0018]經本發明方法制得的亞共晶鋁硅合金材料能夠用于加工卡車或者巴士的鋁合金輪轂中。
[0019]本發明采用重力鑄造與熱擠出相結合的制備工藝，其優點在于:將重力鑄造和熱擠出應用于亞共晶Al-Si合金當中；顯著改善了合金組織形貌，促進了共晶硅組織的均勻分布;力學性能顯著改善，尤其是塑性。
【附圖說明】
[0020]圖1A是經實施例1中經重力鑄造后的Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金錠的晶相照片。
[0021]圖1B是經實施例1中經熱擠出后的Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金的晶相照片。
[0022]圖1C是經實施例1中經熱處理后的Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金的晶相照片。
[0023]圖1D是經實施例1工藝制得的亞共晶Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金的拉伸性能曲線。
[0024]圖2A是經實施例2中經重力鑄造后的Al-7S1-0.4Mg合金錠的晶相照片。
[0025]圖2B是經實施例2中經熱擠出后的Al-7S1-0.4Mg合金的晶相照片。
[0026]圖2C是經實施例2中經熱處理后的Al-7S1-0.4Mg合金的晶相照片。
[0027]圖2D是經實施例2工藝制得的亞共晶Al-7Si_0.4Mg合金的拉伸性能曲線。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0029]本發明是一種重力鑄造與熱擠出組合工藝制備高強高塑高韌亞共晶鋁硅合金材料的方法，該方法包括有步驟:
[0030]步驟一，配目標成分；
[0031 ] 依據目標成分選取純鋁(Al，工業級，質量分數99.0 %?99.9%),金屬硅(Si，工業級，質量分數98 %左右)、純鎂(Mg，工業級，質量分數99.85 %?99.95%)和/或純銅(Cu，工業級，質量分數大于99.5%)o
[0032]步驟二，采用重力鑄造工藝制合金錠；
[0033]步驟21，將步驟一中的原料加入石墨坩禍內，使用高頻感應爐進行熔煉;調節熔煉工藝參數:熔煉溫度為720°C?800°C，保溫時間為10?30min后，得到Al-Si液態合金；
[0034]步驟22，采用CCl6除渣3?1min后，將Al-Si液態合金澆注到預熱到120°C的金屬模具中，冷卻，得到Al-Si合金錠；
[0035]步驟三，采用熱擠出工藝制擠出合金；
[0036]將步驟二制得的Al-Si合金錠加入真空熱壓機中，在真空度為1.0X 10—3MPa,擠出溫度為400°(3?500°(3，擠壓強度為200?35010^，擠出比為16:1?10:1的條件下，制得擠出
I=IO
[0037]步驟四，熱處理；
[0038]將步驟三制得的擠出合金經過515°C，16小時的固溶處理，室溫冷水淬火，175°C，7小時時效處理，得到目標亞共晶Al-Si合金。
[0039]實施例1
[0040]制亞共晶厶1-751-0.51%-3(:11(￥1%)合金[0041 ]步驟一，配 Al-7S1-0.5Mg_3Cu 目標成分；
[0042]依據目標成分Al-7S1-0.5Mg_3Cu選取純鋁、金屬硅、純鎂和純銅。
[0043]步驟二，采用重力鑄造工藝制合金錠；
[0044]步驟21，將步驟一中的原料加入石墨坩禍內，使用高頻感應爐進行熔煉;調節熔煉工藝參數:熔煉溫度為740°C，保溫時間為20min后，得到Al-7S1-0.5Mg-3Cu液態合金；
[0045]在本發明中，重力鑄造中的熔煉設備選用香港東達實業有限公司生產的DD-25型號高頻感應爐。
[0046]步驟22，采用CCl6除渣1min后，將Al-7S1-0.5Mg-3Cu液態合金澆注到預熱到120°C的金屬模具中，冷卻，得到Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金錠；
[0047]制得的Al-7S1-0.5Mg_3Cu合金錠的晶相照片如圖1A所示，圖中，硅相呈片狀或長針狀，彌散分布。采用電子探針進行晶相分析
[0048]步驟三，采用熱擠出工藝制擠出合金；
[0049]將步驟二制得的41-751-0.51^-301合金錠加入真空熱壓機中，在真空度為1.0\10一310^，擠出溫度為450°(3，擠壓強度為30010^，擠出比為10:1的條件下，制得擠出六1-751-0.5Mg-3Cu 合金。
[0050]在本發明中，真空熱壓機選用沈陽威泰科技發展有限公司生產的WT1700真空熱壓機。
[0051 ] 制得的擠出Al -7 S 1-0.5Mg-3Cu合金的晶相照片如圖1B所示，圖中，硅相晶粒細小，沿擠出方向均勻分布。富銅相(白色顆粒)沿擠出方向均勻分布。
[0052]步驟四，熱處理；
[0053]將步驟三制得的擠出Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金經過515°C，16小時的固溶處理，室溫冷水淬火，175°C，7小時時效處理，得到亞共晶Al-7S1-0.5Mg_3Cu合金。
[0054]制得的亞共晶A1-7S1-0.5Mg_3Cu合金的晶相照片如圖1C所示，圖中，硅相晶粒更加細小，分布更加均勻。富銅相(白色顆粒)經熱處理后變成為納米級析出相，均勻分布在基體中。圖1C與圖1A相比，可知硅相被破碎為細小顆粒，且沿擠出方向均勻分布；同時富銅相變成為納米級析出相，均勾分布在基體中。
[0055]對實施I制得的亞共晶Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金進行性能分析；
[0056]采用Instron8801，50KN液壓伺服疲勞試樣機設備分析經實施例1制得的亞共晶Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金的拉伸性能:從圖1D中能夠看出抗拉強度為470MPa，屈服強度在39010^，延伸率在16%。
[0057]采用SANS(ZBC 2302-B)沖擊試驗機分析制得的亞共晶Al_7Si_0.5Mg_3Cu合金的沖擊性能:其沖擊韌性在70J/cm2 ο
[0058]經實施例1制得的亞共晶Al-7S1-0.5Mg-3Cu合金能夠用于加工卡車或者巴士的鋁合金輪轂中。
[0059]采用實施例1相同的合金成分，不同擠出溫度，不同擠壓強度，不同擠出比的條件下，將合金材料擠出成型。
[0060]在擠出溫度400°C，擠壓強度300MPa，擠出比10:1的條件下，將合金材料擠出成型。其抗