含钡和铈的高塑高强铸造铝合金及其制备方法转让专利
申请号 : CN201610707962.X
文献号 : CN106048334B
文献日 : 2018-01-09
发明人 : 张进 , 郑江 , 朱琳
申请人 : 重庆大学
摘要 :
本发明公开了一种含钡和铈的高塑高强铸造铝合金及其制备方法，合金的各组分的重量百分比为Si 6.0％‑12％，Ba 0.01％‑2％，Ce 0.1％‑1％，Mn 0.1％‑0.6％，Ti 0.01％‑0.04％，Mg 0.2％‑0.4％，Fe小于0.2％，余量为Al。Ba的加入可以改变Si相的形貌，Si相由层片状变成纤维状或者细小的颗粒状，使共晶硅均匀的分布在α(Al)基体中，起到变质作用，提高合金的塑性。Ce元素的加入，可以与Al和Ba结合，在基体中形成弥散分布的细小析出相，有效的钉扎位错，使合金的强度提高。
权利要求 :
1.含钡和铈的高塑高强铸造铝合金，其特征在于，各组分重量百分比Si 6.0%-12%，Ba
0.01%-2%，Ce 0.1%-1%，Mn 0.1%-0.6%，Ti 0.01%-0.04% ，Mg 0.2%-0.4%，Fe小于0.2%，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的含钡和铈的高塑高强铸造铝合金，其特征在于，各组分重量百分比为Si 6.2%，Ba 0.01%，Ce 0.15%，Mn 0.13%，Ti 0.014%，Mg 0.26%，Fe 0.18%，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的含钡和铈的高塑高强铸造铝合金，其特征在于，各组分重量百分比为Si 8.4%，Ba 0.1%，Ce 0.34%，Mn 0.39%，Ti 0.023%，Mg 0.31%，Fe 0.15%，余量为Al。
4.根据权利要求1所述的含钡和铈的高塑高强铸造铝合金，其特征在于，各组分重量百分比为Si 10.5%，Ba 1.1%，Ce 0.57%，Mn 0.46%，Ti 0.031%，Mg 0.34%，Fe 0.16%，余量为Al。
5.根据权利要求1所述的含钡和铈的高塑高强铸造铝合金，其特征在于，各组分重量百分比为Si 11.8%，Ba 1.9%，Ce 0.95%，Mn 0.54%，Ti 0.040%，Mg 0.39%，Fe 0.19%，余量为Al。
说明书 :
含钡和铈的高塑高强铸造铝合金及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于冶金领域，具体涉及一种含钡和铈的高塑高强铸造铝合金及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着对资源合理利用越来越重视，减少能源消耗越来越成为研究的重点。汽车的轻量化研究越来越受到研究者的青睐，铝合金作为应用最多的轻合金在汽车工业中将得到更广泛的应用。在汽车的结构件中，越来越多的部分用铸造铝合金来代替。
[0003] 随着汽车工业的发展，对铸造铝合金的性能要求也越来越高，但现在常用的铸造铝合金已经满足不了汽车工艺性能的要求，特别是塑性的要求，对于汽车结构件来说，D.Watson在“Development of a super ductile diecast Al-Mg–Si alloy”总结出塑性要达到15％才符合汽车结构件的要求。Shouxun Ji等人于2015年在“Materials Science&Engineering A”期刊上发表的“Development of a high strength Al-Mg2Si-Mg-Zn based alloy for high pressure die casting”提出了Al-2.86wt％Mg-4.95wt％Si合金的抗拉强度340MPa，屈服强度170MPa，但延伸率只有6.9％。所以找到合适的方式在保持现有强度的条件下提高塑性变成了铸造铝合金重点研究的领域。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明的目的之一在于提供含钡和钕的高塑高强铸造铝合金，通过先阶段的实验，影响合金塑性的因素有很多，其中比较重要的就是Si相在基体中的形貌。Ba的加入可以改变Si相的形貌，Si相由层片状变成纤维状或者细小的颗粒状，使共晶硅均匀的分布在α(Al)基体中，起到变质作用，提高合金的塑性。Ce元素的加入，可以与Al和Ba结合，在基体中形成弥散分布的细小析出相，它们有效的钉扎位错，使合金的强度提高。本发明的目的之二在于提供所述铝合金的制备方法。
[0005] 本发明具体的技术方案如下：
[0006] 1、含钡和铈的高塑高强铸造铝合金，各组分按重量百分比为Si 6.0％-12％，Ba 0.01％-2％，Ce 0.1％-1％，Mn 0.1％-0.6％，Ti 0.01％-0.04％，Mg 0.2％-0.4％，Fe小于
0.2％,余量为Al。
0.2％,余量为Al。
[0007] 优选的，各组分百分比Si 6.2％，Ba 0.01％，Ce 0.15％，Mn 0.13％，Ti 0.014％，Mg 0.26％，Fe 0.18％，余量为Al。
[0008] 优选的，各组分百分比为Si 8.4％，Ba 0.10％，Ce 0.34％，Mn 0.39％，Ti 0.023％，Mg 0.31％，Fe 0.15％，余量为Al。
[0009] 优选的，各组分百分比为Si 10.5％，Ba 1.10％，Ce 0.57％，Mn 0.46％，Ti 0.031％，Mg 0.34％，Fe 0.16％，余量为Al。
[0010] 优选的，各组分百分比为Si 11.8％，Ba 1.9％，Ce 0.95％，Mn 0.54％，Ti 0.040％，Mg 0.39％，Fe 0.19％，余量为Al。
[0011] 2、含钡和铈的高塑高强铸造铝合金的制备方法：将工业纯铝加热至720～730℃，再加入Al-Si中间合金和Al-Mn中间合金，然后继续加热至750℃后加入Al-Ce中间合金，以及Al-Ti中间合金，然后保温并搅拌，待合金降温到720℃，加入纯钡。完全溶解后混匀并精炼30分钟，最后通入氩气除气15分钟，等温度稳定在720℃进行浇注。
[0012] 本发明的有益效果在于：
[0013] Ba的加入可以改变Si相的形貌，Si相由层片状变成纤维状或者细小的颗粒状，使共晶硅均匀的分布在α(Al)基体中，起到变质作用，提高合金的塑性。Ce元素的加入，可以与Al和Ba结合，在基体中形成弥散分布的细小析出相，它们有效的钉扎位错，使合金的强度提高。
[0014] 由于合金的制备性能好，在铸态的情况下屈服强度可以达到150-180MPa，抗拉强度可以达到270MPa-350MPa，塑性可以达到4-8％。经过热处理(T6)，力学性能屈服强度可以达到180-300MPa，抗拉强度可以达到260MPa-350MPa，塑性可以达到7-16％。
附图说明
[0015] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
[0016] 图1为实施例1所述合金的金相图；
[0017] 图2为实施例2所述合金的金相图；
[0018] 图3为实施例3所述合金的金相图；
[0019] 图4为实施例4所述合金的金相图。
具体实施方式
[0020] 下面将结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0021] 合金制备方法如下：将工业纯铝加热至720～730℃，再加入Al-Si中间合金和Al-Mn中间合金，然后继续加热至750℃后加入Al-Ce中间合金，以及Al-Ti中间合金，然后保温并搅拌，待合金降温到720℃，加入纯钡。完全溶解后混匀并精炼30分钟，最后通入氩气除气15分钟，等温度稳定在720℃进行浇注。
[0022] 各实施例合金成分如下表所示，成分含量用重量百分比表示，余量为Al。
[0023]Alloy Si Ba Ce Mn Ti Mg Fe
实施例1 6.2％ 0.01％ 0.15％ 0.13％ 0.014％ 0.26％ 0.18％
实施例2 8.4％ 0.10％ 0.34％ 0.39％ 0.023％ 0.31％ 0.15％
实施例3 10.5％ 1.10％ 0.46％ 0.46％ 0.031％ 0.34％ 0.16％
实施例4 11.8％ 1.90％ 0.95％ 0.54％ 0.040％ 0.39％ 0.19％
Al-2.86wt％Mg-4.95wt％Si 4.95％ — — 6.82％ — 2.86％ 6.92％
实施例1 6.2％ 0.01％ 0.15％ 0.13％ 0.014％ 0.26％ 0.18％
实施例2 8.4％ 0.10％ 0.34％ 0.39％ 0.023％ 0.31％ 0.15％
实施例3 10.5％ 1.10％ 0.46％ 0.46％ 0.031％ 0.34％ 0.16％
实施例4 11.8％ 1.90％ 0.95％ 0.54％ 0.040％ 0.39％ 0.19％
Al-2.86wt％Mg-4.95wt％Si 4.95％ — — 6.82％ — 2.86％ 6.92％
[0024] Al-2.86wt％Mg-4.95wt％Si合金，室温抗拉强度为340MPa，屈服强度为170MPa，延伸率为6.9％。
[0025] 实施例1金相图如图1所示,室温抗拉强度为274MPa，屈服强度为153MPa，延伸率为3.8％，热处理(T6)后，力学性能抗拉强度可以达到263MPa，屈服强度可以达到187MPa，塑性可以达到7.1％。
[0026] 实施例2金相图如图2所示,室温抗拉强度为294MPa，屈服强度为185MPa，延伸率为4.3％，热处理(T6)后，力学性能抗拉强度可以达到294MPa，屈服强度可以达到215MPa，塑性可以达到12.8％。
[0027] 实施例3金相图如图一所示,室温抗拉强度为343MPa，屈服强度为175MPa，延伸率为7.7％，热处理(T6)后，力学性能抗拉强度可以达到345MPa，屈服强度可以达到305MPa，塑性可以达到15.3％。
[0028] 实施例4相图如图4所示,室温抗拉强度为265MPa，屈服强度为152MPa，延伸率为4.2％，热处理(T6)后，力学性能抗拉强度可以达到260MPa，屈服强度可以达到165MPa，塑性可以达到8.5％。
[0029] 本发明制备的合金，塑性和强度较未变质的都有明显的提升，这是由于合金元素Ba的加入可以改变Si相的形貌，Si相由层片状变成纤维状或者细小的颗粒状，使共晶硅均匀的分布在α(Al)基体中，起到变质作用，提高合金的塑性。Ce元素的加入，可以与Al和Ba结合，在基体中形成弥散分布的细小析出相，它们有效的钉扎位错，使合金的强度提高。
[0030] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。