一种铸造铝硅合金及其制备方法

摘要

一种铸造铝硅合金，其组分按重量百分比计分别为Si：3.5～5.5％，Mg：0.35～0.85％，Ti：0.05～0.35％，Sb：0.01～0.04％，Sc：0.05～0.3％，杂质小于或等于0.15％，余量为铝。本申请的铸造铝硅合金强度高，延伸率高，气密性好，能广泛应用于各类汽车、发动机油路管路部件，优异的综合性能可提高油路管道的潜在服役寿命，提高安全性。

权利要求

1.一种铸造铝硅合金，其特征在于：

所述铸造铝硅合金由以下质量百分比的组份组成：Si：3.5～3.9％，Mg：0.62～0.85％，Ti：0.20～0.35％，Sb：0.01～0.04％，Sc：0.18～0.3％，杂质小于或等于0.15％，余量为铝，其中Ti：Sc质量百分比比例不高于1.2，Si：(Sc+Ti)质量百分比比例不低于9。

2.根据权利要求1所述的铸造铝硅合金，其特征在于：其中，Si的含量为：3.8～3.9％。

3.根据权利要求1或2所述的铸造铝硅合金，其特征在于：其中，Mg的含量为：0.62～0.65％。

4.根据权利要求1所述的铸造铝硅合金，其特征在于：其中，Ti的质量百分比为:0.20～0.30％。

5.根据权利要求1所述的铸造铝硅合金，其特征在于：其中，Sb的质量百分比为:0.02～0.03％。

6.根据权利要求1所述的铸造铝硅合金，其特征在于：其中，Sc的质量百分比为:0.18～0.28％。

7.一种如权利要求1-6任一项权利要求所述的铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：第一步：先将熔炉升温至预热温度进行保温，然后按质量百分比放入铝、Si、Ti、Sc组分加热至熔化，并过热至800～820℃，保温2～3h，待完成熔化后，搅拌10-15min；

第二步：将熔体降温至700℃～710℃，再按质量百分比加入Sb和Mg，搅拌3～5min；

第三步，加入占铸造铝硅合金总熔体质量0.3～0.6％的精炼剂，搅拌10～15min，然后进行惰性气体喷吹处理；

第四步：将喷吹后的合金液静置20～30min，然后进行浇注。

8.根据权利要求7所述的铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于：在第一步中，所述铝使用纯铝，Si、Ti、Sc组分采用中间合金的形式，中间合金包括AlSi12、AlTi4、AlSc2。

9.根据权利要求8所述的铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于：在第二步中，所加入的Mg为纯Mg；所加入的Sb采用AlSb4中间合金的形式。

说明书

一种铸造铝硅合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本申请属于金属材料领域，涉及一种优质、高强铸造铝硅合金及其制备方法。

背景技术

[0002] 铝合金是一种常见的轻质金属材料，已广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等工业。特别是铸造铝硅合金，由于其流动性好，充型能力好，相对于其它铸造铝合金，其内部组织更为致密，已在发动机、柴油机等油路管道系统大量应用。但是，由于传统铸造铝硅合金中硅含量较高，易与熔体中的Na、K元素结合，造成铝熔体吸氢严重；同时，由于合金中硅含量较高，合金塑性较差，限制了某些高强、高压油路管道的使用。

发明内容

[0003] 为解决上述问题，本申请提供了一种铸造铝硅合金及其制备方法。

[0004] 具体技术方案如下：

[0005] 一种铸造铝硅合金，其特征在于：

[0006] 所述铸造铝硅合金包括以下质量百分比的组份：

[0007] Si：3.5～5.5％，Mg：0.35～0.85％，Ti：0.05～0.35％，Sb：0.01～0.04％，Sc：0.05～0.3％，杂质小于或等于0.15％，余量为铝，其中，Ti∶Sc质量百分比比例不高于1.2；Si∶(Sc+Ti)质量百分比比例不低于9。

[0008] 进一步，Si的含量为：3.8～4.5％质量。

[0009] 其中，Mg的含量：0.45～0.65％质量。

[0010] 其中，Ti的质量百分比为：0.10～0.30％。

[0011] 其中，Sb的质量百分比为：0.02～0.03％。

[0012] 其中，Sc的质量百分比为：0.15～0.28％。

[0013] 本申请同时公开了一种前述的铸造铝硅合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

[0014] 第一步：先将熔炉升温至预热温度进行保温，然后按质量百分比放入铝、Si、Ti、Sc组分加热至熔化，并过热至800～820℃，保温2～3h，待铝锭熔化后，搅拌10-15min；

[0015] 第二步：将熔体降温至700℃～710℃，再按质量百分比加入Sb和Mg，搅拌3～5min；

[0016] 第三步：加入占铸造铝硅合金总熔体质量0.3～0.6％的精炼剂，搅拌10～15min，然后进行惰性气体喷吹处理；

[0017] 第四步：将喷吹后的合金液静置20～30min，然后进行浇注。

[0018] 进一步优选，

[0019] 在第一步中，所述铝使用纯铝，Si、Ti、Sc组分采用中间合金的形式，中间合金包括AlSi12、AlTi4、AlSc2(所述中间合金中的元素含量要求满足GB/T 27677-2011要求)。

[0020] 在第二步中，所加入的Mg为纯Mg；所加入的Sb采用AlSb4中间合金的形式(所述中间合金中的元素含量要求满足GB/T 27677-2011要求)。

[0021] 本申请具有以下有益的技术效果：

[0022] 1.本申请在传统ZL114A铝硅合金基础上(参考GB 1173-2013)，大量降低了硅元素含量，减少了合金熔体吸氢倾向，提高了合金内部致密程度与气密性；

[0023] 2.本申请在铝硅合金中同时引入Sb元素和Sc元素。添加Sb元素可以有效改善初生硅的形貌和尺寸，达到形貌球化、尺寸细化的效果。添加Sc元素可以有效细化铸造微观组织，提高合金的强度与延伸率。

[0024] 同时引入Sc元素后，Sc与Al结合在后续T6处理(545℃ 24h固溶处理+160℃ 8h时效处理)过程中析出细小的Al3Sc质点，进一步提高合金强度；

[0025] 3.本申请可达到以下技术指标：抗拉屈服强度可达350～370MPa，屈服强度可达280～300MPa，延伸率12～14％。气密性性能：铸件壁厚为3mm时，15MPa下保压30min，氦气吸枪检测仪数值不大于10-7Pa m3/s。

附图说明

[0026] 图1为本发明合金与ZL114A合金经相同热处理后的力学性能对比情况；

[0027] 图2为本发明合金的金相显微组织。

具体实施方式

[0028] 下面结合说明书附图以及具体实施例对本申请的技术方案做进一步详细介绍。

[0029] 在下列实施例中，根据国标GB/T 6987-2001对铝合金成分进行测定，根据GB/T 228-2010对合金的抗拉强度和延伸率进行测定，根据GB/T 15823-2009对合金的气密性进行测定。

[0030] 实施例1

[0031] 本实施例1公开的一种优质、高强铸造铝硅合金，其各组分质量百分比如下：Si：3.9％，Mg：0.53％，Ti：0.2％，Sb：0.025％，Sc：0.18％，杂质0.1％，余量为铝。

[0032] 含上述各组分的铸造铝硅合金制备方法如下：

[0033] 步骤1：先将熔炉升温至300～400℃保温20min，后按照配比加入纯铝、AlSi12、AlTi4、AlSc2中间合金进行熔炼(所述中间合金中的元素含量要求满足GB/T 27677-2011要求)，将熔炉额定温度升温至805℃，保温2h，待铝锭完全熔化后，搅拌12min；

[0034] 步骤2：将铝熔体温度降至705℃，加入AlSb4合金(所述中间合金中的元素含量要求满足GB/T 27677-2011要求)和纯Mg，搅拌5min；

[0035] 步骤3：加入占铝熔体总质量0.5％的精炼剂进行精炼，搅拌15min；然后，使用惰性气体对铝熔体进行喷吹处理；

[0036] 步骤4：将喷吹后的合金液静置25min，然后进行浇注，获得本申请的合金。

[0037] 将本申请合金在540℃保温24h，室温水淬，在160℃保温8h。获得的铝合金抗拉强度为353MPa，屈服强度为286MPa，延伸率为13.5％。铸件(平均壁厚2.8mm)经15MPa保压30min，氦气泄漏检测值为3×10-9Pa m3/s。

[0038] 表1和图1为本申请中的合金经T6处理后与ZL114A合金力学性能的比较情况，可以看出，相比于ZL114A合金，本申请合金的强度和延伸率均有明显提升。

[0039] 铝熔体中的硅元素容易与碱金属元素(Na、K等)结合，导致吸氢，这会造成熔体内的氢含量升高，影响合金内部组织致密性、强度和延伸率。因此，本申请适当降低硅元素含量，减少吸氢倾相。同时，引入变质元素Sb和强化元素Sc，细化、球化初生硅相，同时进一步细化合金微观组织，达到高强、高气密性的目的。此外，在后续热处理过程中，Sc元素与Ti元素结合，在铝基体中析出弥散、细小、共格的Al3(Sc，Ti)相，提升合金的整体强度。

[0040] 表1本申请中的合金经T6处理后与ZL114A合金的力学性能比较

[0041]

[0042] 实施例2

[0043] 本申请的一种优质、高强铸造铝硅合金，其各组分质量百分比如下：Si：4.2％，Mg：0.62％，Ti：0.23％，Sb：0.028％，Sc：0.20％，杂质为0.13％，余量为铝。

[0044] 含上述各组分的铸造铝硅合金制备方法如下：

[0045] 步骤1：先将熔炉升温至300～400℃保温15min，后按照配比加入纯铝、AlSi12、AlTi4、AlSc2中间合金进行熔炼(所述中间合金中的元素含量要求满足GB/T 27677-2011要求)，将熔炉额定温度升温至810℃，保温2.5h，待铝锭完全熔化后，搅拌14min；

[0046] 步骤2：将铝熔体温度降至710℃，加入AlSb4中间合金(所述中间合金中的元素含量要求满足GB/T 27677-2011要求)和纯Mg，搅拌5min；

[0047] 步骤3：加入占铝熔体总质量0.45％的精炼剂进行精炼，搅拌20min；然后，使用惰性气体对铝熔体进行喷吹处理；

[0048] 步骤4：将喷吹后的合金液静置15min，然后进行浇注，获得本申请的合金。

[0049] 将本申请合金在540℃保温24h，室温水淬，在160℃保温8h。获得的铝合金抗拉强度为360MPa，屈服强度为292MPa，延伸率为12.3％。铸件(平均壁厚2.8mm)经15MPa保压30min，氦气泄漏检测值为6×10-8Pa m3/s。

[0050] 表2本申请中的合金经T6处理后与ZL114A合金的力学性能比较

[0051]

[0052] 相对于实施案例1，实施案例2中合金的Si和Sc元素略高，因此在同样的热处理状态下基体中析出的强化相数量较多(共晶硅与二次Al3(Sc，Ti))，强度也略高于实施案例1，但延伸率略有降低。

[0053] 附图2为实施案例2中合金的微观组织照片。可以看出，Al-Si合金的初生Si细小且多呈球形，这说明Al-Si中同时添加Sc和Sb，有利于共晶Si组织的球化，这是合金较传统ZL114A合金延伸率得以明显提升的主要原因。本申请中规定Ti∶Sc质量百分比比例不高于1.2，主要是由于当Ti∶Sc比例过高时，合金在凝固过程中将形成粗大的长条状Al3(Ti，Sc)相，这些析出相难以在后续固溶处理中回溶，极大的消耗可用的Sc元素与Ti元素，减少Sc元素对共晶硅的球化作用，降低后续时效强化效果。同时，本申请中规定Si∶(Sc+Ti)质量百分比比例不低于9，主要是由于当Si∶(Sc+Ti)比例过低时，合金在凝固过程中生成难溶的AlSi2ScTi共晶相，消耗一部分Sc与Ti元素，弱化变质与时效强化效果，同时该相为脆性相，对基体有一定的割裂作用。实验结果表明，当Si含量为4.3％，Sc含量为0.28％，Ti含量为
0.24％时，经540℃固溶24h+160℃时效8h后，合金拉伸强度仅为296MPa，延伸率降至3％，综合性能不及传统的ZL114A合金。

[0054] 以上对本申请创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本申请创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本申请的实施范围。凡依本申请创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。