[发明专利]一种压铸铝合金及其制备方法和应用

说明书

本发明属于金属材料及铸造领域，并公开了一种压铸铝合金。按照质量百分比计，该铝合金包括以下组分：锰0.25％～0.60％，锡0.05％～0.20％，硅8.5％～9.0％，镁0.20％～0.30％，锑0.05％～0.20％，锆0.12％～0.20％，铁≤0.20％，杂质≤0.20％，余量为铝。本发明还公开了该压铸铝合金产品的铸造方法，其包括选取原料并进行配比，将原料混合后熔炼获得合金熔体，将合金熔体浇注入压铸机高压压铸成形获得所需的产品。通过本发明，获得的铝合金力学性能好，具有高韧性和高强度，产品制造方法简单，应用于摩托车轮毂等零件的生产。

技术领域：

本发明属于金属材料及铸造领域，具体的涉及一种压铸铝合金及其制备方法和应用。

背景技术：

摩托车车轮是重要的保安件，对其安全性要求较高。轮毂用铝合金要求较高的强度、韧性和良好的铸造性。据数据统计，目前铝制摩托车轮毂已经超过了80％。摩托车轮毂的铸造方法主要有金属型重力铸造法、金属型低压铸造法和挤压铸造法。目前，金属型重力铸造在摩托车铝合金轮毂的生产制造中占了95％以上。

金属型重力铸造法的成型过程是在常压下，金属液在重力作用下填充金属模具型腔而得到铸件的方法。由于金属液冷却较快，可能会产生夹渣、缩孔或缩松等缺陷，所以在模具设计和铸造工艺等方面要多加考虑，以提高铸件的质量。该方法的优点是生产成本低，设备及方法简单。但是由于重力铸造过程中的凝固不受外力影响，故要得到高质量的铸件，需要在轮辋部分设置冒口，利用浇口和冒口的补缩功能使得冷却凝固遵循顺序凝固的原则，这样就降低了铝合金材料的利用率，且生产效率较低。因此，为了获得高的生产效率及提高材料的利用率，世界各国正在开发利用高压铸造的方法生产摩托车轮毂。

高压铸造简称压铸，是一种高速高效的先进铸造成形工艺，是铝合金汽车、摩托车零部件、电器元件等铸件的主要成形方法之一。它是将铝液浇注入压铸机的压射室中，利用冲头将压射室中的铝液快速压射进入模具型腔中，获得所需要的零件形状。但是通常现有压铸生产的铝合金铸件内部气孔多，韧性很差，并无法进行固溶热处理或焊接成形，也不能进行过多的机加工。因此压铸件在摩托车受力零件的应用一直受到严重限制。需要开发与压铸工艺相适应的新型铝合金材料及工艺。

摩托车轮毂在传统的金属型重力铸造法中采用的是牌号为ZL101A(或ASTM标准的A356)铝合金。ZL101A或A356铝合金是一种Al-Si-Mg铝合金，其中含Si6.5％～7.5％及少量Mg。但该铝合金只适用于重力铸造，不适合于压铸成形方法。

目前一般工业用压铸铝合金主要有Al-Si-Mg系合金，如YL104、ADC3、A360等，Al-Si-Mg系合金需通过固溶强化和时效处理才能提高其力学性能，但如前所述，压铸件一般不能进行固溶热处理，同时对于薄壁复杂零件而言，固溶处理将导致零件的严重变形；而另一类传统的压铸Al-Si-Cu系合金，如YL112，ADC12等，该类合金中加入的Cu含量较高，一般在2％～5％Cu，Cu虽然可以提高压铸件的强度，但却降低了铸件的韧性，而且过多Cu的加入会降低铸件的耐腐蚀性能；还有一类韧性较好的压铸铝合金材料为Al-Mg系，如国内YL302，日本ADC5、ADC6以及美国518等牌号压铸铝合金，这类合金具有良好的耐腐蚀性、较高的强度及韧性，但是由于Mg含量较高，一般含4％～6％Mg，Mg在熔炼及压铸过程中很容易氧化，带入夹杂物。因此，现有的Al-Si-Cu系、Al-Si-Mg系及Al-Mg系压铸铝合金均不属于高强度、高韧性的压铸铝合金材料，无法满足摩托车轮毂对高强度、高韧性、抗冲击、耐腐蚀性能的要求，无法满足摩托车制造工业的发展。

此外，由于压铸时铝合金熔液在高速高压下以喷射状态流入型腔，为了防止铝液粘模及腐蚀损坏模具，现有压铸牌号铝合金中的Fe含量一般都在1％以上，但是Fe与合金中的Al和Si会生成针状的FeAl₃、Al-Fe-Si等中间化合物，此类中间化合物的存在严重削弱了压铸件的力学性能，尤其是断裂韧性。然而作为轮毂材料，对韧性(或材料的伸长率)的要求是很高的。综上所述，研究开发新型摩托车轮毂用压铸铝合金材料是十分必要的。