[发明专利]高强度高塑性铸锻复合铝合金及构件制备方法

说明书

一种高强度高塑性铸锻复合铝合金及构件制备方法，其特征在于：它主要由铝、硅、铜、锶、锆和钛组成，Zr/Ti质量百分比1.15‑1.27：1，各组份的质量百分比之和为100%。该合金的制备方法依次包括：（1）熔炼；（2）均质化退火（250℃×6 h+350℃×6 h+450℃×6 h+480℃×20 h);（3）固溶（480℃×1h+490℃×1h，温水淬）；（4）锻压工艺（锻压温度450℃，变形量为50%）(4)强韧化热处理：（480℃×2h+490℃×2h固溶，温水淬;191℃×12h时效）。本发明的实测强度为379.20MPa，断裂伸长率为10.5%；并且合金性能稳定。

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料，尤其是一种新型高强度高塑性铸锻复合铝合金及构件制备方法，具体地说是一种Zr、Sr、Ti复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸锻复合铝合金及构件制备方法。

背景技术

Al-Si（-Cu）系铸造铝合金是当前在工业中应用最多的铸造铝合金材料，这类合金的编号有：如国内的YL102（AlSi12）、YL112（AlSi8.5Cu3.5）、YL113（AlSi811Cu3），日本的ADC12（AlSi11Cu3）、ADC10（AlSi8.5Cu3.5）以及美国的A380（AlSi8.5Cu3.5）等，这些合金具有优良的铸造性能、较高的强度，但是其塑性、韧性相对较低，限制了其应用。

众所周知，Al-Si（-Cu）系铸造铝合金的力学性能与其组织中的第二相(Si相等)的形态、尺寸、分布紧密相关。细化Si相是降低Si相对基体Al的割裂从而提高Al-Si（-Cu）系铸造铝合金性能的有效途径。锶（Sr）元素是铝合金中的一种很有效的长效变质剂，不仅可以有效细化Al-Si（-Cu）系铸造铝合金中的Si相，而且可以有效细化合金中的FeSiAl₅等化合物相。锆（Zr）是一种与Al亲和力强的元素，加入到铝合金中，在合金凝固过程中锆（Zr）元素与Al形成A1₃Zr等高熔点物相，对合金的后续凝固起到非均质形核作用，不仅细化合金铸态基体组织，促进细小等轴晶形成，而且提高液态合金的流动性和元素分布均匀性。铝钛硼（Al-Ti-B）合金是高品质的铝合金晶粒细化剂，熔炼发生的三元共晶反应得到的Al₃Ti粒子产生细化作用。并且Zr、Ti复合微合金化生成的Al₃(Zr_x,Ti_1-x)共晶组织比单独的A1₃Zr和A1₃Ti粒子具有更好的细化作用，为合金强度与塑性提供保障。

但是仅铸造成型的Al-Si-Cu系铝合金构件的显微组织和性能都比较一般，经常出现疏松与气孔等问题;锻造可以成型力学性能较好且组织致密度高的零件，但其成型工艺流程比较复杂，生产成本较高，生产周期相对较长，而且锻造的零件外形尺寸局限性大，难以加工外形相对复杂的工件。而铸锻复合是将铸造和锻造相结合的一种成型工艺，结合了两者的优势。

到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸锻复合铝合金及构件制备方法可供使用，这一定程度上制约了我国高性能铸造铝合金产品制造业的发展。因此，设计一种新型高强度高塑性Al-Si-Cu系铸锻复合铝合金及构件制备方法可以大大提高Al-Si-Cu系铸造铝合金的强度与韧性。

发明内容

本发明的目的针对目前Al-Si（-Cu）系铸造铝合金强度，塑性较低的问题，发明一种在Al-Si-Cu系铸造铝合金成分设计的基础上，通过调整Si、Cu元素含量，同时添加微量锆锶（Sr）、（Zr）元素和少量铝钛硼合金（Al-Ti-B）进行复合合金化，再采用锻压工艺，使得合金组织致密，力学性能卓越；在不降低合金铸造性能（流动性）的同时，高效细化合金中的Si相和化合物相，大幅提高合金的强度与塑性，获得一种兼具优良铸造性能和高强度高塑性的新型Al-Si-Cu系铸锻复合铝合金及其构件的制备方法。

本发明的技术方案之一是：