一种压铸铝硅锌镁合金及其制备方法

1.本发明属于铝合金材料技术领域，具体涉及一种压铸铝硅锌镁合金及其制备方法。


背景技术：

2.汽车轻量化能够有效提高新能源汽车的续航里程，极大推动新能源汽车的发展，契合国家节能减排的战略目标，是汽车行业发展的大势所趋。铝合金具有密度低、比强度高及耐腐蚀等优点，是一种广泛用于汽车工业、航空航天的轻量化材料。
3.压铸是铝合金构件的主要成形方法之一，尤其在汽车领域，铝合金压铸件质轻壁薄、强度和表面硬度较高，符合汽车轻量化的要求，在汽车零部件上的应用得到了迅速发展。alsi系合金是常用的压铸铝合金材料，由于其优异的铸造性能和耐腐蚀性能，而广泛应用于压铸件。对于高真空压铸alsi合金，可以通过t6热处理进行强化。随着汽车零部件的集成化设计，汽车铝合金压铸件向大型、复杂、薄壁等方向发展，t6热处理中固溶后淬火易导致大型复杂薄壁压铸铝合金构件变形，使得后续无法装配，因此，现行技术主要是压铸后不进行t6热处理进行强化，而是直接使用铸态压铸件，同时利用汽车后续低温烘烤进行一定强化。然而，这些alsi系铸态压铸合金与t6热处理压铸铝合金相比，力学性能偏低，如专利cn201910449860.6所公开的铸态alsi压铸合金的屈服强度为130～150mpa，远低于的t6态silafont-36压铸合金的屈服强度(210～280mpa)，因此，如何不通过高温热处理，制备出一种高屈服强度和抗拉强度的大型复杂薄壁压铸件是十分必要的。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种压铸铝硅锌镁合金的制备方法，该制备方法通过高真空压铸工艺，能够制备得到应用于高韧性符合汽车轻量化需求的压铸件的压铸铝硅锌镁合金。
5.针对现有压铸铝硅合金铸态力学性能不足，以及大型薄壁压铸件无法通过t6热处理强化等问题，本发明的第二目的在于提供如上述所述制备方法制备得到的压铸铝硅锌镁合金。
6.本发明的首要目的通过以下技术方案可以实现：
7.一种压铸铝硅锌镁合金的制备方法，包括以下制备步骤，
8.(1)配料：按照如下质量百分比配制原料，
[0009][0010]
(2)熔炼：将上述原料预热除去水分后，按照烧损难易程度添加至熔化炉中，逐步升温至720～735℃使所有原料全部熔化；
[0011]
(3)压铸：向模具预先喷脱模剂并预热到180℃，真空条件下，控制合金熔液温度在695℃～710℃范围内进行压铸，得到压铸件；
[0012]
(4)热处理：将步骤(3)中的压铸件冷却后进行烘烤前预处理，烘烤前预处理温度100～120℃、时间120～240min，然后进行烘烤处理，烘烤温度175～210℃、烘烤时间30min，制备得到压铸铝硅锌镁合金；
[0013]
所述压铸铝硅锌镁合金的主要成分及质量百分比如下：si 7.50～8.50％，zn0.5～0.8％，mg 0.25～0.70％，cu 0.10～0.30％，mn 0.30～0.70％，sr 0.01～0.04％，fe≤0.12％，ti≤0.01％，其他杂质元素≤0.05％，剩余为al。
[0014]
优选地，步骤(2)中所述熔炼的具体步骤如下：将上述原料预热除去水分后，首先向熔化炉加入工业纯al，逐渐升温至750℃，待工业纯al全部熔化后，按序加入al-si20中间合金、al-mn10中间合金、al-cu50中间合金，熔化后搅拌，将温度降至720℃，随后加入al-zn30中间合金、al-mg50中间合金、al-sr10中间合金，熔化后搅拌，随后向合金熔液中加入细化精炼剂精炼，惰性气体进行除气，静置后除去熔体表面浮渣，得到合金熔体；
[0015]
优选地，所述细化精炼剂与原料的质量比为4:1000。
[0016]
优选地，步骤(3)中所述真空条件的真空度≤60mbar。
[0017]
优选地，步骤(4)中所述烘烤前预处理及烘烤处理的升温速率为10℃/min，冷却方式为空冷。
[0018]
本发明的第二目的通过以下技术方案实现：
[0019]
一种压铸铝硅锌镁合金，根据上述所述的压铸铝硅锌镁合金的制备方法制备得到。本发明与现有压铸铝合金相比具有如下突出的优点：
[0020]
(1)本发明的压铸铝硅锌镁合金在烘烤前预处理和烘烤处理后兼具较高强度与塑性，所设计的合金经烘烤前预处理及烘烤后屈服强度可达200～245mpa、抗拉强度可达325～340mpa、伸长率可达10％～14％。
[0021]
(2)本发明的压铸铝硅锌镁合金经低温烘烤前预处理和短时间烘烤便能够达到较高的强度，与传统t6热处理相比，避免了固溶处理过程压铸件表面起泡和淬火变形，特别适用于大型薄壁压铸件的强化处理。烘烤前预处理的引入，可以促进gp区的形成，在后续烘烤过程中形成高密度纳米强化相，此外还能够降低压铸件内部的残余应力，从而提高合金烘烤处理后的塑性。
[0022]
(3)本发明的压铸铝硅锌镁合金材料通过工业纯al、al-si20中间合金、al-mg50中间、al-cu50中间合金、al-mn10中间合金、al-zn30中间合金以及al-sr10中间合金配制而成，不含稀土、mo、co、ni、ti等高成本合金化元素，成本低、适用于大规模生产。
[0023]
(4)本发明所述的压铸铝硅锌镁合金含锌量为0.5～0.8％，锌元素的添加使得合金的烘烤强化效果显著提高，此外锌在压铸过程中形成的原子团簇能够在预处理过程中分解，提高基体溶质浓度，促进纳米析出相的形成，提高铸件的最终屈服强度。
附图说明
[0024]
图1为本发明实施例2合金只经195℃烘烤30min后，基体所含纳米析出相的透射照片；
[0025]
图2为本发明实施例2合金经105℃预处理240min及后续195℃烘烤30min后，基体所含纳米析出相的透射照片。
具体实施方式
[0026]
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0027]
实施例1
[0028]
步骤(1)：按表1配料
[0029]
表1实施例1合金的配料表
[0030][0031]
[0032]
步骤(2)：熔炼
[0033]
首先在熔化炉中加入纯铝锭，随后每小时升温145℃，升温至750℃，待纯铝锭全部熔化后，按序加入al-si20中间合金、al-mn10中间合金、al-cu50中间合金，熔化后搅拌5min，确保合金成分均匀。为防止低熔点中间合金烧损，将熔体温度降至720℃，随后加入al-zn30、al-mg50、al-sr10中间合金，熔化后搅拌5min，随后按照千分之四的比例向铝液中加入细化精炼剂(购买自绿源金属配套材料有限公司)，在720～735℃下精炼，并用高纯氩气进行除气，静置15min后扒渣。炉前取样检测熔体化学成分，成分合格后准备压铸。
[0034]
步骤(3)：压铸
[0035]
向模具预先喷脱模剂并预热到180℃，控制铝液温度在695℃～710℃范围内，型腔真空度≤60mbar时进行压铸，待压铸件冷却后进行烘烤前预处理与烘烤。
[0036]
步骤(4)：热处理
[0037]
热处理包括烘烤前预处理、烘烤处理、烘烤前预处理和烘烤3种方法，烘烤预处理及烘烤升温速率为10℃/min，冷却方式为空冷，不同烘烤处理工艺及相应的力学性能如表2所示，由表中结果可知，经烘烤预处理和烘烤处理的合金屈服强度提高，其中短时间预处理的合金延伸率也有提高。通过上述步骤获得的压铸件含有si:8.32％，mg:0.27％，cu:0.15％，mn:0.35％，zn:0.71％，sr:0.04％，fe:0.11％，其他杂质元素为0.032％，其余为al。
[0038]
本实施例压铸件压铸态和热处理态力学性能如表2所示。
[0039]
表2实施例1合金的压铸态及不同烘烤处理后的力学性能
[0040][0041]
实施例2
[0042]
步骤(1)：按表3配料
[0043]
表3实施例2合金的配料表
[0044][0045]
步骤(2)：熔炼
[0046]
首先在熔化炉中加入纯铝锭，随后每小时升温145℃，升温至750℃，待纯铝锭全部熔化后，按序加入al-si20中间合金、al-mn10中间、al-cu50中间合金，融化后搅拌5min，确保合金成分均匀。将熔体温度降至720℃，随后加入al-zn30、al-mg50、al-sr10中间合金，熔化后搅拌5min，随后按照千分之四的比例向铝液中加入细化精炼剂，在720～735℃下精炼，并用高纯氩气进行除气，静置15min后扒渣。炉前取样检测熔体化学成分，成分合格后准备压铸。
[0047]
步骤(3)：压铸
[0048]
向模具预先喷脱模剂并预热到180℃，控制铝液温度在695℃～710℃范围内，型腔真空度≤60mbar时进行压铸，待压铸件冷却后进行热处理。
[0049]
步骤(4)：热处理
[0050]
热处理包括烘烤前预处理、烘烤处理、烘烤前预处理和烘烤3种方法，预处理及烘烤升温速率为10℃/min，冷却方式为空冷，不同烘烤处理工艺及相应的力学性能如表4所示，由表中结果可知，经烘烤预处理和烘烤的合金屈服强度提高，其中短时间预处理的合金延伸率也有提高。通过上述步骤获得的压铸件含有si:7.94％，mg:0.51％，cu:0.12％，mn:0.50％，zn:0.66％，sr:0.03％，fe:0.10％，其他杂质元素为0.026％，其余为al。
[0051]
图1为本发明实施例2合金只经195℃烘烤30min后，基体所含纳米析出相的透射照片；图2为本发明实施例2合金经105℃预处理240min及后续195℃烘烤30min后，基体所含纳米析出相的透射照片；
[0052]
从图1和图2可以看出，合金经过烘烤前预处理及后续短时烘烤后的纳米析出相数
密度显著提高，说明烘烤前预处理能够有效促进纳米析出相形成。
[0053]
本实施例压铸件压铸态和热处理态力学性能如表4所示。
[0054]
表4实施例2合金的压铸态及不同烘烤处理后的力学性能
[0055][0056][0057]
实施例3
[0058]
步骤(1)：按表5配料
[0059]
表5实施例3合金的配料表
[0060][0061]
步骤(2)：熔炼
[0062]
首先在熔化炉中加入纯铝锭，随后每小时升温145℃，升温至750℃，待纯铝锭全部熔化后，按序加入al-si20中间合金、al-mn10中间、al-cu50中间合金，熔化后搅拌5min，确保合金成分均匀。将熔体温度降至720℃，随后加入al-zn30、al-mg50、al-sr10中间合金，熔化后搅拌5min，随后按照千分之四的比例向铝液中加入细化精炼剂，在720～735℃下精炼，并用高纯氩气进行除气，静置15min后扒渣。炉前取样检测熔体化学成分，成分合格后准备压铸。
[0063]
步骤(3)：压铸
[0064]
向模具预先喷脱模剂并预热到180℃，控制铝液温度在695℃～710℃范围内，型腔真空度≤60mbar时进行压铸，待压铸件冷却后进行热处理。
[0065]
步骤(4)：热处理
[0066]
热处理包括烘烤前预处理及烘烤处理，预处理及烘烤升温速率为10℃/min，冷却方式为空冷，不同烘烤处理工艺及相应的力学性能如表6所示，由表中结果可知，经烘烤预处理和烘烤的合金屈服强度提高，合金延伸率与仅烘烤处理的合金相当。
[0067]
通过上述步骤获得的压铸件含有si:7.51％，mg:0.64％，cu:0.24％，mn:0.66％，zn:0.75％，sr:0.03％，fe:0.11％，其他杂质元素为0.028％，其余为al。
[0068]
本实施例压铸件压铸态和热处理态力学性能如表6所示。
[0069]
表6实施例3合金的压铸态及热处理态的力学性能
[0070][0071][0072]
通过比较实施例1～3制备的压铸件以及不同状态下热处理态力学性能可知，压铸后只经过预处理或者是烘烤的压铸件的屈服强度、拉伸强度都明显弱于同时进行了预处理和烘烤处理的强度，此外预处理温度低于100℃时得到的铸件强度较低，而预处理温度高于120℃时伸长率显著降低，预处理时间超过240min，强度开始下降，同时增加了预处理时间和能量消耗，因此，烘烤预处理温度为100～120℃、时间120～240min。
[0073]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种压铸铝硅锌镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤，(2)配料：按照如下质量百分比配制原料，(2)熔炼：将上述原料预热除去水分后，按照烧损难易程度添加至熔化炉中，逐步升温至720～735℃使所有原料全部熔化；(3)压铸：向模具预先喷脱模剂并预热到180℃，真空条件下，控制合金熔液温度在695℃～710℃范围内进行压铸，得到压铸件；(4)热处理：将步骤(3)中的压铸件冷却后进行烘烤前预处理，烘烤前预处理温度100～120℃、时间120～240min，然后进行烘烤处理，烘烤温度175～210℃、烘烤时间30min，制备得到压铸铝硅锌镁合金；所述压铸铝硅锌镁合金的主要成分及质量百分比含量如下：si 7.50～8.50％，zn 0.5～0.8％，mg 0.25～0.70％，cu 0.10～0.30％，mn0.30～0.70％，sr 0.01～0.04％，fe≤0.12％，ti≤0.01％，其他杂质元素≤0.05％，剩余为al。2.根据权利要求1所述的压铸铝硅锌镁合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述熔炼的具体步骤如下：将上述原料预热除去水分后，首先向熔化炉加入工业纯al，逐渐升温至750℃，待工业纯al全部熔化后，按序加入al-si20中间合金、al-mn10中间合金、al-cu50中间合金，熔化后搅拌，将温度降至720℃，随后加入al-zn30中间合金、al-mg50中间合金、al-sr10中间合金，熔化后搅拌，随后向合金熔液中加入细化精炼剂精炼，惰性气体进行除气，静置后除去熔体表面浮渣，得到合金熔体。3.根据权利要求2所述的铝硅锌镁合金的制备方法，其特征在于，所述细化精炼剂与原料的质量比为4:1000。4.根据权利要求1所述的压铸铝硅锌镁合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述真空条件的真空度≤60mbar。5.根据权利要求1所述的压铸铝硅锌镁合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述烘烤前预处理及烘烤处理的升温速率为10℃/min，冷却方式为空冷。6.一种压铸铝硅锌镁合金，其特征在于，根据权利要求1至4任一项所述的压铸铝硅锌镁合金的制备方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种压铸铝硅锌镁合金及其制备方法，所述合金成分如下：Si 6.50～9.50％，Zn 0.5～0.8％，Mg 0.25～0.70％，Cu 0.10～0.30％，Mn 0.30～0.70％，Sr 0.01～0.04％，Fe≤0.12％，Ti≤0.01％，其他杂质元素≤0.05％，剩余为Al。所述制备方法包括真空压铸后进行100～120℃、120～240min的烘烤预处理，及175～210℃、30min的烘烤处理步骤。本发明利用锌元素时效析出的促进作用，通过烘烤前预处理和烘烤处理，强化和改善合金塑性，制备出的压铸铝硅锌镁合金特别适用于高强韧的大型压铸件，在汽车领域有广阔的应用前景。在汽车领域有广阔的应用前景。在汽车领域有广阔的应用前景。


技术研发人员：赵海东 江远航
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/10/6