[发明专利]一种挤压铸造成形过共晶Al‑Si合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属热处理领域，具体涉及一种挤压铸造成形过共晶Al-Si合金及其制备方法。

背景技术

挤压铸造成形，也称液态模锻，是一种介于铸造和模锻之间的金属成型工艺，是使注入模腔的金属在高压下凝固成型，然后施加机械静压力，利用金属铸造凝固成形时易流动和锻造技术使已凝固的封闭硬壳进行塑性变形，使金属在压力下结晶凝固并强制消除因凝固收缩形成的缩孔，以获得无任何铸造缺陷的液锻件。它是一种结合了铸造和塑性加工特点的短流程、高效、精确成形技术，具有减少或消除缩孔和缩松，使铸件组织致密的优点，广泛应用于机械、汽车、家电、航空、航天、国防等领域，生产高性能和高精度的零件。

一直以来，热处理是提高力学性能的重要手段，含Cu和/或Mg元素的铝合金经过固溶热处理后，第二相(Al₂Cu、Mg₂Si等)充分溶解，淬火后形成Cu、Mg等合金元素的过饱和固溶体，时效处理时过饱和合金元素沉淀析出形成弥散强化相，阻碍位错运动，从而提高合金力学性。因而，为了进一步发掘挤压铸造成形的过共晶Al-Si合金潜能，使其力学性能满足工业要求，广泛应用于工业生产，可通过热处理强化进一步提高挤压铸造成形的过共晶Al-Si合金的力学性能。

挤压铸造成形过程造成了挤压铸造成形铝合金特殊的组织形态：基体能量高、位错密度大、晶粒细化、Si颗粒均匀分布及溶质偏析，因此，挤压铸造成形铝合金的热处理强化行为不同于铸造合金，传统的T6热处理工艺难以充分发掘挤压铸造成形铝合金的潜能，而高效节能的短流程热处理更能发挥铝合金挤压铸造成形组织的优势。

传统的长时间固溶处理会使挤压铸造成形Al-Si合金组织恶化：晶粒合并长大、Si相粗化、合金元素在界面等高能量处发生偏析等，从而导致合金性能降低。反之，借助Al-Si合金挤压铸造成形组织优势，在获得溶质原子过饱和度与基体晶粒尺寸协调关系的基础上，对合金进行短时固溶淬火处理，可获得晶粒细小、溶质过饱和度高、位错密度和空位浓度大的合金组织，从而为随后的时效处理提供良好的析出条件，并可缩短时效处理时间。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种挤压铸造成形过共晶Al-Si合金及其制备方法；目的在于充分利用挤压铸造成形过共晶Al-Si合金的特殊性，发挥挤压铸造成形过共晶Al-Si组织的优势，通过较短的热处理工艺流程，达到大幅度提高合金力学性能的目的。短流程热处理工艺一方面节省了大量的能源，降低了工件的成本；另一方面简化了热处理工艺，提高了合金的热处理生产效率，对于挤压铸造成形过共晶Al-Si合金的实际生产应用有重要意义。

本发明的挤压铸造成形过共晶Al-Si合金，组成成分及其质量百分含量为，Si：15～22％，Cu：0.5～4.0％，Mg：0.1～1.5％，Mn：0.05～0.4％，Ni：0.05～0.6％，Cr：0.05～0.4％，Mo：0.05～0.2％，Fe：0.05～0.7％，余量为Al和不可避免的杂质。

本发明的挤压铸造成形过共晶Al-Si合金，其抗拉强度为265～275MPa，延长率为3.85～4.15％。

本发明的挤压铸造成形过共晶Al-Si合金的制备方法，包括合金的制备，挤压铸造成形，然后进行短流程热处理，具体步骤如下：

步骤1，熔炼：

按挤压铸造成形过共晶Al-Si合金的成分配比配料，熔炼获得Al-Si合金液；

步骤2，挤压：

将Al-Si合金液，注入预热的模具中，进行挤压，空冷至室温，制得挤压铸造成形Al-Si合金；其中，模具预热温度为300～400℃，挤压速度8～12mm/s，比压为100～600MPa，保压时间为20～120s；

步骤3，短时固溶处理：

(1)将挤压铸造成形Al-Si合金，进行固溶处理：480～550℃，保温0.2～3h；

(2)将固溶处理后的工件，在20～60℃水中淬火；

步骤4，人工时效处理：

(1)将淬火后的工件，进行人工时效处理，温度160～185℃，时间4～10h；

(2)将人工时效处理后的工件，空冷至室温，制得挤压铸造成形过共晶Al-Si合金。

上述的挤压铸造成形过共晶Al-Si合金的制备方法中：