[发明专利]一种高塑性高弹性模量铝-硅系铸造合金及其制法与应用

说明书

本发明提供一种高塑性高弹性模量铝‑硅系铸造合金及其制法与应用，以质量分数计，所述合金各组分含量为：Si：13％～14％，Cu：0～0.4％，Mg：0.2％～0.4％，Mn：0～0.5％，Cr：0～0.5％，Zr：0～0.25％，Zn：0～0.5％，Ti：0.05％～0.25％，Re：0～0.5％，余量为Al及不可避免的杂质；所述合金中杂质总含量≤1.0％，且Fe≤0.5％，其余单个杂质含量≤0.1％。本发明中合金元素的配比，使合金既具有高强度，高弹性模量，又能够保持良好的塑性，其在T6状态下，室温抗拉强度为250～300MPa，延伸率5～10％，弹性模量为大于78GPa。

技术领域

本发明属于铸造铝合金领域，具体涉及一种高塑性高弹性模量铝-硅系铸造合金及其制法与应用。

背景技术

铝合金具有密度小、比强度和比刚度较高、耐蚀性好、导电导热性优良、回收容易、低温性能好等特点，在汽车制造中获得了广泛应用，在实现汽车轻量化方面起到了重要作用，在实现减重、提高燃油利用率、增大输出功率方面具有明显的优势。在汽车用铝合金中，铸造铝合金占比高达80％。铸造铝合金具有良好的流动性和充型能力，力学性能适中，广泛用来替代铸铁材料，用于制造发动机零部件、缸盖、车轮、保险杠等结构件上。铝合金在汽车制动系统中也有应用潜力。

汽车零件对制备材料的要求非常高。刹车钳是汽车制动系统中的重要部件，不光要求具有较高的强度，而且要求具有高弹性模量和高延伸率。这对合金设计提出了很大的挑战。一般来说，提高合金弹性模量的措施都会使合金的塑性降低。过共晶铝硅铸造合金具有较高的弹性模量，尤其是高硅含量的过共晶铝硅铸造合金，弹性模量可以达到80GPa。但是过共晶铝硅铸造合金的塑性很低，现有的几个牌号的商用过共晶铝鬼铸造合金，一般不超过1％。比如合金A390，T6状态下，弹性模量高达81.2GPa，但是延伸率低至1％(数据来源于《铝及合金材料手册》武恭姚良均李震夏彭如清赵祖德等编，科学出版社，1994.03)。过共晶Al-Si合金中随着Si含量增加，初生Si相数量显著增加，尺寸显著增大，导致合金的塑性大幅度下降。过共晶铝硅合金的常规变质剂是元素P。通过P变质，可以大大细化初生Si相的尺寸，但是，P对共晶Si没有变质效果。没有经过变质细化的共晶Si，热处理后，共晶Si颗粒较为粗大，所以合金几乎没有塑性，延伸率通常较低。而提高合金塑性的措施又会使弹性模量降低。比如，广泛使用的A356合金，T6状态下，拉伸强度260MPa，延伸率5％，但弹性模量只有72.4GPa；难以做到弹性模量和塑性同时提高。而如果能同时提升合金的延伸率和弹性模量，则合金具有广阔的应用前景。

发明内容

为了开发出具有高弹性模量和高延伸率的铝合金，用于汽车刹车钳，本发明提供一种高塑性高弹性模量铝-硅系铸造合金及其制法与应用，该高塑性高弹性模量铝-硅系铸造合金具有质量轻、铸造性能好、兼具高弹性模量和高延伸率的特点，并且具有较高的抗拉强度。该高塑性高弹性模量铝-硅系铸造合金能够应用于对弹性模量和塑性有特别要求的汽车零部件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高塑性高弹性模量铝-硅系铸造合金，以质量分数计，各组分含量为：

Si：13％～14％，Cu：0～0.4％，Mg：0.2％～0.4％，Mn：0～0.5％，Cr：0～0.5％，Zr：0～0.25％，Zn：0～0.5％，Ti：0.05％～0.25％，Re：0～0.5％，余量为Al及不可避免的杂质。

进一步地，所述高塑性高弹性模量铝-硅系铸造合金中杂质总含量≤1.0％，且Fe≤0.5％，其余单个杂质含量≤0.1％。

进一步地，所述高塑性高弹性模量铝-硅系铸造合金，其在T6状态下，室温抗拉强度为250～300MPa，延伸率5～10％，弹性模量为大于78GPa。

本发明另一方面提供了一种基于上述组分的高塑性高弹性模量铝-硅系铸造合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按照高塑性高弹性模量铝-硅系铸造合金的各组分含量，称量各组分原料；