[发明专利]一种高强度铸造铝硅合金及其制造方法

说明书

本发明公开了一种高强度铸造铝硅合金及其制造方法，铝硅合金的组成按重量百分比计包括：硅6.50～7.50%，镁0.30~0.45%，铁≤0.15%，钛0.10～0.20%，锆0.05~0.15%，锶0.01%~0.02%，硼≤0.20‰，不可避免的杂质≤0.10%，余量为铝，本发明提出使用适量Zr和Ti元素微合金强化传统AlSiMg铸造合金，通过(Al,Si)₃(Zr,Ti)相提供形核，细化晶粒，通过Zr元素的偏析改变液相浓度分布，阻碍枝晶长大，从而减小枝晶间距。

技术领域

本发明涉及铝合金材料的制备领域，具体地说是一种高强度铸造铝硅合金及其制造方法。

背景技术

为了减少燃油消耗和降低二氧化碳排放，汽车的轻量化已经成为众所关注的焦点之一。研究表明，汽车整车重量每减少100 kg，油耗可降低0.3~0.6 L/100km。此外，汽车轻量化还可以提高汽车动力性，节省材料，降低成本。铝由于具有比强度高、密度低、产量大的优点，因此成为了汽车减重的重要材料。开发高强度和高韧性的铝合金材料，提高汽车的铝合金用量成为了汽车行业的共识。

铸造铝合金具有良好的铸造性能、耐腐蚀性、高的强重比和铸件制造成本低，被广泛应用在汽车和航空工业等领域。其中铸造Al-Si合金由于比强度高，铸造性能好以及较好的热处理性能，成为减重节能的主要轻量化构件材料。作为铸造Al-Si合金最常用系列之一的A356.2（AlSi7Mg0.4）合金具有良好的液态流动性，抗腐蚀性，良好的可焊性，低收缩率以及低热膨胀系数，其用量占铸造铝合金的80%。一般来说，合金的强度和韧性是负相关的：如果一种合金强度较高，其韧性就较差；如果韧性较好，其强度就较低。目前铸造铝合金材料应用的主要问题就是强韧性不高，例如，铸造A356.2合金，其典型抗拉强度为280MPa，延伸率5-6%，从而限制了其在汽车等构件方面的更广泛应用。

提高材料强度的途径主要有：固溶强化、细晶强化、形变强化和第二相强化。不同的强化途径的强化机制也有所不同，其中固溶强化通过溶质原子与位错的弹性相互作用以及溶质原子与溶剂原子的化学交互作用；细晶强化主要是是通过细化晶粒增加晶界来阻碍位错运动，从而使金属强化；形变强化则是通过在冷变形时金属内部位错密度增大，是位错运动时易发生相互交割，形成割阶，引起位错缠结，形成胞状结构，造成位错运动的障碍，时不能移动位错数量剧增，给继续塑性变形造成困难，以致需要更大的里才能使位错克服障碍而运动，从而提高材料强度；第二相强化指运动者的位错遇到滑移面上的第二相粒子时，或切过或绕过，阻碍位错运动。其中，只有细晶强化既提高材料强度，又提高材料韧性。

微合金化是提高合金性能的主要手段之一，大量研究表明，Al3M型金属化合物能够有效的提高铸造铝合金的性能。一般在铝合金中形成Al3M型金属间化合物的过渡金属元素主要有：Sc、Y、Ti、Zr和Hf。研究表明，使用Sc、Y、Hf可以提高合金强韧性，但这些元素价格昂贵，实际应用无法推广。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种高强度铸造铝硅合金及其制造方法，能够将Zr和Ti元素微合金化，细化α-Al晶粒，同时利用热处理析出含Zr纳米相强化合金，开发出高强度和高韧性铸造铝硅合金及其制造方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高强度铸造铝硅合金，所述铝硅合金的组成按重量百分比计包括：硅6.50～7.50%，镁0.30~0.45%，铁≤0.15%，钛0.10～0.20%，锆0.05~0.15%，锶0.01%~0.02%，硼≤0.20‰，不可避免的杂质≤0.10%，余量为铝。

一种高强度铸造铝硅合金的铸造方法，包括以下步骤：

S1、配料，按比例配置A356.2铝合金、Al-Zr10中间合金、Al-Ti5中间合金和Al-Sr10中间合金；