[发明专利]一种高强韧挤压铸造铝镁硅合金及其制备方法

说明书

本发明涉及铝合金材料，具体是一种采用挤压铸造技术，并采用T6热处理工艺制备的挤压铸造高强韧性铝镁硅铬合金材料；其主要成分及其质量百分比含量为：镁4.80～5.50％，硅1.50～2.50％，铬0.30～0.50％，铁≤0.30％，其他合金元素之和≤0.50％，剩余为铝；固溶温度为560～580℃，时间为2‑3小时；时效温度为180～220℃，时间为2～3小时。本发明的合金不仅具有较高的强度和韧性，且粘模倾向小，成形性能好，原材料成本低廉、来源广泛；特别适合制造具有轻量化要求的零件或构件，在汽车领域中有着十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及铝合金材料的制备领域，具体是指一种高强度、高韧性、成本低、可热处理强化的挤压铸造铝镁硅合金材料及其制备方法。

背景技术

电子技术的发展日新月异，据研究表明，汽车每减轻100kg重量，油耗就可以减少0.7L/100km。随着当今世界环境污染和资源枯竭问题的日益加剧，节能减排越来越受到国家和社会的重视。铝合金材料来源广泛，可回收利用，成本低廉，且天生具有良好的塑韧性、耐蚀性、导热性和加工性，而其密度只有钢铁材料的1/3，比强度较高，是取代钢铁材料的理想选择。开发高强度和高韧性的铝合金材料，用于在工业生产当中取代钢铁材料，可以大大较少能源浪费和环境污染。

通常来说，合金的强度和韧性是负相关的：如果一种合金强度较高，其韧性就较差；如果韧性较好，其强度就较低。当前限制铸造铝合金材料应用的主要问题就是强度不高，例如，最常用的初次铸造A356铝合金，其典型抗拉强度为290MPa、延伸率10％；而二次A356合金，其典型抗拉强度为250MPa、延伸率7％。

常用的铸造铝合金包括Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系合金四种。Al-Mg系铸造合金在四种铸造铝合金当中密度最小，Mg在Al中的固溶度较高，在450℃下可以达到20％，远高于其他三种合金，因此其固溶强化作用强，可以大大提高合金的强度，同时对韧性的影响相对较少，因此Al-Mg系合金是开发轻质高强韧铸造铝合金材料的理想选择。以Al-Mg系铸造合金为基础，通过添加其他的合金元素，利用热处理工艺提高其力学性能，同时保证一定韧性，兼备较高的强度和韧性，将可以拓展铸造铝合金材料在汽车上的应用前景。

Al-Mg系铸造合金的主要组织为初生α-Al基体和Al₃Mg₂相，其中的Al₃Mg₂相往往沿晶界分布。随着使用时间的增加，Al₃Mg₂相会从基体当中析出，引起晶界弱化，产生晶间腐蚀，使合金“变脆”。研究表明，在Al-Mg系二元合金中加入Si元素，会使Al-Mg系合金中的Al₃Mg₂相减少甚至消失。原因在于镁元素倾向于与加入的硅元素形成更加稳定的Mg₂Si相。Mg₂Si在组织中与铝形成共晶，且随着硅元素的增多而逐渐增多。Al-Mg₂Si为层片状的共生共晶，由软韧的Al相和硬脆的Mg₂Si相组成，在铸态下就可以使合金具有良好的综合力学性能。在固溶过程中，Mg₂Si相中的镁、硅元素部分溶入到基体当中，使Mg₂Si形状变为圆润的颗粒状；在随后的时效过程中，溶入基体中的镁、硅元素又以纳米相的形式析出，起到了很好的弥散强化效果。这些机制协同作用，不仅使合金的力学性能大大提高，而且降低了层片状Al-Mg₂Si共晶对合金性能的不良影响。另外，Al-Mg系二元合金的黏度较高，容易发生粘模问题，对模具的寿命有十分不好的影响，加入适量的硅元素可以提高Al-Mg系合金的流动性和成型性。因此适量的硅元素是必要的。