[发明专利]一种深冷处理强化的高强度铸造铝硅合金及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造铝硅合金材料及其制备方法，特指一种适用于深冷处理进行强化的高强度铸造铝硅合金及其制备工艺。

背景技术

深冷处理是常规冷处理的延伸，是指用液氮作为冷却介质对材料在—130℃及以下进行处理的一种工艺方法。早在20世纪50年代就开始进行深冷处理对黑色金属材料性能的研究。对于钢铁这类黑色金属而言，一般认为深冷处理具有以下四个方面的共同作用：1、碳化物析出。在马氏体的基体上析出了大量的弥散的超微细碳化物，提高了合金的硬度和韧性；2、残余奥氏体的改变。使残余奥氏体发生分解转变为马氏体，提高了工件的硬度和强度；3、组织细化。能够使马氏体析出弥散碳化物，使组织晶粒细化，从而使工件的强度和韧性得到很大的提高；4、残余应力与原子动能。容易在工件缺陷(微孔)、内应力集中的部位及空位表面产生残余应力，这种应力可以减轻缺陷对材料局部强度的损害，最终表现为磨料磨损抗力的提高。另外，由于原子间既存在使原子紧靠在一起的结合力，又存在使之分开的动能。深冷处理转移了部分原子间的动能，从而使原子之间的结合更紧密，提高了材料的强度和韧性。

近几年，深冷处理技术的研究已从黑色金属领域逐步扩展到有色金属（铝合金，铜合金，镁合金）以及复合材料，但对此还没有取得显著一致的研究成果。有人研究指出：深冷处理使晶体内的沉淀强化相更加均匀细密，并在晶界处产生析出相，提高了铝合金的强度硬度，但塑性韧性下降。还有人研究指出：通过固溶深冷处理或多次深冷时效处理等复合方法，能够在改善铝合金强度硬度提高的同时，使其塑性韧性也能获得一定改善。总之，关于铝合金深冷处理方面的研究还处于研究初始阶段，研究学者们还需要进行深入研究。

目前，全球材料学科正向轻量化、高性能、绿色环保的方向发展。对于铝合金而言，为了拓展应用领域和市场占有份额，迫切需要研制高品质高性能的铸造铝合金。然而，目前铸造铝合金相关方面的研究和应用还存在不足。

本发明开发出一种深冷处理强化的高强度铸造铝硅合金及其制备工艺。

发明内容

本发明开发出一种深冷处理强化的高强度铸造铝硅合金及其制备工艺，本发明通过对铝熔体进行合金化、净化处理、变质处理以及深冷处理，极大地提高了铝硅合金的力学性能，可拓展该合金的应用领域。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种深冷处理强化的高强度铸造铝硅合金，其化学成分按质量百分比计算，Si为9～11%、Cu为4.5～6%、Mg为0.7～0.8%、Zn为0.45～0.55%、Mn为0.4～0.5%、Cr为0.025～0.035%、Ni为0.02～0.03%、V为0.05～0.1%、Zr为0.05～0.09%、复合稀土(复合RE)为0.25～0.35%、Sr为0.01～0.03%、其中不可避免杂质元素如O、S 或者C，不可避免杂质元素单个<0.05%，总量<0.15%、其余为Al。

其中，复合稀土化学成分为：La为44～46%、Ce为44～46%、Y为4～5%、其中不可避免杂质元素如O、S 或者C，不可避免杂质元素的含量单个<0.2%，总量<1.0%、余为Al。

上述的一种深冷处理强化的高强度铸造铝硅合金，所述的高强度铸造铝硅合金化学成分优选为：按质量百分比计算，Si为10%、Cu为5%、Mg为0.75%、Zn为0.5%、Mn为0.45%、Cr为0.03%、Ni为0.025%、V为0.08%、Zr为0.08%、复合RE为0.3%、Sr为0.02%、其中不可避免杂质元素如O、S 或者C，不可避免杂质元素单个<0.05%，总量<0.15%、余为Al。

所述的一种深冷处理强化的高强度铸造铝硅合金制备工艺，按照下述步骤进行：

步骤（1）：以市售A356、Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、纯Mg、纯Zn、Al-Ni、Al-Cr、纯V、Al-Zr、复合RE和Al-Sr中间合金为原材料，按照上述高强度铸造铝硅合金化学成分进行配料，并对配好的所有原材料在保温炉中进行210~250℃的预热处理；

步骤（2）：将洁净的石墨坩埚放入熔铝坩埚炉中进行加热升温，待温度升至500℃并保温片刻后，取出坩埚进行装料操作；