[发明专利]基于金属型重力铸造工艺的高强韧高模量铝合金材料及其制备

说明书

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及基于金属型重力铸造工艺的高强韧高模量铝合金材料及其制备，所述铝合金材料由质量百分数计的如下元素组成，Mg：2.0％～4.5％，Zn：3.0％～5.5％，Cu：0.5％～1.5％，稀土元素Ce、La的一种或两种：0.01％～1.0％，Ti：0.00005％～0.5％，B：0.00001％～0.1％，Mn、Cr、V中的一种或两种以上：2.0％～9.0％，余量为Al，杂质≤0.30％。所述铝合金材料该材料力学性能优良、弹性模量高，解决现有技术中汽车轻量化工艺中所用铝合金弹性模量和强度无法满足使用要求的问题，拓宽铝合金材料的应用领域。

技术领域

本发明属于金属材料类技术领域，具体涉及基于金属型重力铸造工艺的高强韧高模量铝合金材料，还涉及上述铝合金材料的制备方法。

背景技术

铝合金是以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。

铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。近年来铝合金在汽车行业应用越来越多，汽车行业的应用对铝合金性能提出了更高的要求，一些重要部件，如汽车卡钳，不但要求铝合金具有较高的强度，同时还需要高的弹性模量，超出目前使用的常用铝合金弹性模量范围，通常铝合金的弹性模量为72GPa，无法满足其用于制备汽车零部件的使用要求。

现有技术中，提高铝合金弹性模量的方法主要有合金化法和复合化；其中，合金化法主要是通过加入锂(Li)制备铝锂合金，如中国专利文献CN105648283A公开一种低密度、高刚度铸造铝锂合金及其制备方法，弹性模量不低于78GPa，但Li元素性质活泼，成本高，主要用于航空航天领域；复合化法主要是加入SiC、Ti₂B等颗粒制备铝基复合材料，如中国专利文献CN106834833A公开一种高模量、超高强TiB₂颗粒增强Al-Zn-Mg-Cu复合材料及其制备方法，可以获得高模量的铝合金，但其工艺复杂，成本高，主要用于航空航天领域，迫切需要开发工艺简单、成本低廉的高强韧高模量铝合金用于汽车领域，推动汽车轻量化发展。

发明内容

本发明的主要目的是提供基于金属型重力铸造工艺的高强韧高模量铝合金材料，该材料力学性能优良、弹性模量高，解决现有技术中汽车轻量化工艺中所用铝合金弹性模量和强度无法满足使用要求的问题，拓宽铝合金材料的应用领域。

本发明的另一目的是提供上述铝合金材料的制备方法，工艺稳定性好。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

第一方面，基于金属型重力铸造工艺的高强韧高模量铝合金材料，由质量百分数计的如下元素组成，Mg：2.0％～4.5％，Zn：3.0％～5.5％，Cu：0.5％～1.5％，稀土元素Ce、La的一种或两种：0.01％～1.0％，Ti：0.00005％～0.5％，B：0.00001％～0.1％，Mn、Cr、V中的一种或两种以上：2.0％～9.0％，余量为Al，杂质≤0.30％；其中，所述杂质为Fe和Si，Fe≤0.15％，Si≤0.15％。

所述Zn元素为铝合金总质量的3.0％～5.5％，Zn含量不宜过高或过低，过高则增加合金的开裂倾向，过低则会降低析出强化效果，降低强度。

所述Cu元素为铝合金总质量的0.5％～1.5％，Cu含量不宜过高或过低，过高则形成硬脆Al₂CuMg相，降低合金塑性，过低则析出强化相密度减小，降低强度效果。