[发明专利]一种含Sc铸造亚共晶Al-Mg2Si合金及其生产方法

说明书

本发明提供了一种含Sc铸造亚共晶Al‑Mg₂Si合金及其生产方法，由以下质量百分比的物质构成：2.53%~7.26%的Mg；1.47%~4.24%的Si；0.15%~0.35%的Sc；余量为Al；其中Mg和Si在铸态下形成4.0%~11.5%的Mg₂Si相；本发明在合理设计铸造用合金成分的基础上，通过稀土元素Sc对合金中共晶Mg₂Si相的变质作用及对初生α‑Al相的细化作用，共晶Mg₂Si由粗大的汉字状转变为细小的纤维状，初生α‑Al由树枝晶转变为球状晶，力学性能尤其是塑性得到大幅提高，合金的抗拉强度及伸长率分别提高21.41%和86.11%，Sc作为变质剂，同时又作为细化剂，变质、细化合二为一，既简化了熔炼工艺，又避免了不同元素作变质剂和细化剂之间的相互“毒化”，破坏变质、细化效果，由该合金浇注的铸件可作为新型轻量化材料的结构件在汽车等交通领域使用。

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，特别涉及一种含Sc铸造亚共晶Al-Mg₂Si合金及其生产方法。

背景技术

在传统的Al-Si-Mg合金中，Mg₂Si作为第二相是通过固溶-时效热处理弥散析出而强化Al基体的。近年来，从铝液中直接析出Mg₂Si相而形成的Al-Mg₂Si合金受到国内外学者的广泛关注。该类合金与传统的Al-Si-Mg合金相比，含Mg量及Mg₂Si相体积分数更高，具有更高的比刚度、比强度及耐磨性等优良性能，作为航天航空及汽车等领域的新型轻量化材料具有更广泛的应用前景。然而，铸态下析出的Mg₂Si相较粗大，初生Mg₂Si呈粗大的、带孔的枝晶状，而共晶Mg₂Si则呈粗大的汉字状、网状、棒状及片状，严重地割裂Al基体，导致应力集中，形成裂纹源，恶化合金的力学性能。另外，对于亚共晶成分的Al-Mg₂Si合金，其组织中的初生α-Al微观上呈粗大的树枝晶状，宏观上为呈柱状晶，导致合金力学性能和补缩性、抗裂性等铸造性能的下降。

变质和细化处理是细化Mg₂Si相和初生α-Al相、提高合金的力学性能尤其是塑性的有效方法，且具有操作简单、成本低、效果显著等优点。至今为止，人们对过共晶Al-Mg₂Si合金即原位自生Mg₂Si/Al复合材料的变质处理等工艺方法进行了大量研究，而对亚共晶Al-Mg₂Si合金的研究鲜有报道。与过共晶Al-Mg₂Si合金相比，亚共晶Al-Mg₂Si合金的塑性和韧性更好，具有更优良的综合力学性能，预计会有更广泛的应用场合。前提是粗大的汉字状、网状及片状的共晶Mg₂Si相及得到有效的细化。同时细化初生α-Al枝晶，使合金力学性能及铸造性能得到进一步改善。

申请号为201810037556.6的发明专利公开了一种亚共晶Al-Mg₂Si合金的变质及细化方法，以Bi和Zr分别对Mg₂Si含量为4~12.5wt.%的亚共晶Al-Mg₂Si合金中的共晶Mg₂Si相和初生α-Al相进行变质及细化处理，效果显著，极大地提高了合金的力学性能。