[发明专利]Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的Al-Si-Cu系铸造铝合金及制备方法

说明书

一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al‑Si‑Cu系铸造铝合金，主要由铝、硅、铜、锶、锆、钛和铈组成，其制备方法，依次包括：（1）熔铸，（2）均质化退火，（3）固溶处理，（4）时效。本发明的铸造铝合金的抗拉强度为360MPa~391.58MPa，断裂伸长率为5.75~%7.5％。本发明使用四元复合微合金化技术，相比Sr、Zr二元微合金化组织更致密，合金的成分更加均匀，减小了初生硅相的尺寸和数量，更有效的提高了铸造铝合金的强度和塑性；本发明制备的铸造铝合金具有较高的抗拉强度和断裂伸长率，满足了汽车工业对合金部件轻量化、高强化和高韧性的要求。

技术领域

本发明涉及一种铸造铝合金，尤其是一种Al-Si-Cu系铸造铝合金，具体而言是一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法。

背景技术

铸造铝合金具有较高的抗拉强度和延伸率、优良的铸造性能以及耐蚀性，广泛应用于工业制造的各个领域，如：汽车、航空航天等领域。随着汽车数量的快速增长、汽车性能的不断提升以及能源资源问题的日益凸显，汽车工业对产品轻量化和高强化的要求越来越严格，提高铸造铝合金的力学性能就成为当今社会迫切需要解决的问题。

专利申请号201710193447.9公开了一种高强铸造铝合金的制备方法，获得的合金具有较高的强度和硬度，耐磨性和耐腐蚀性好，但该合金使用离心铸造，生产成本较高；专利申请号201611031488.X公开了2A12铝合金铸造工艺，所得工件抗拉强度较低；专利申请号201010607633.0公开了高强度铸造铝合金，所得合金室温抗拉强度较高，但断裂伸长率较低。迄今为止市场上尚未出现强度和塑性完全满足使用要求的铸造铝合金。向合金中加入适量的微量元素可以提高铝合金的性能，基于微合金化“多元少量”的设计思路，本发明提出了四元复合微合金化技术。

Sr作为变质剂，在合金液中主要以Al₄Sr存在，该化合物不稳定,易分解，不能起到非均匀形核作用，对细化一次硅无效，但游离Sr吸附在生长着的Si表面，阻止共晶硅按片状方式生长。Ce的加入可形成CeO₂,而CeO₂可作为共晶硅非均匀形核核心。所以，Sr、Ce同时加入达到了复合变质效果，即使共晶硅形核率增高，又改变了共晶硅生长形态使之碎化为细密点状。因此Sr、Ce同时加入更好的细化了组织，使组织更致密，且减小了初生硅相的尺寸和数量，更有效的提升了铝合金的性能。

Zr元素加入到铝合金中，在合金凝固过程中Zr元素与Al形成A1₃Zr等高熔点物相，对合金的后续凝固起到非均质形核作用，细化铸态基体组织，提高液态合金的流动性和元素分布均匀性。Ti也是铝合金常用的微量元素，加入后Ti可在铝合金中形成Al₃Ti相，形成结晶时的非自发核心，显著细化了铸造组织。而Zr和Ti同时加入时形成的Al₃Zr_xT_1-x相，可以更好的细化组织，具有比单一的A1₃Zr相、Al₃Ti相更好的细化效果，因此同时加入Zr和Ti比只加Zr或只加Ti更好的强化效果。

迄今为止，市场上尚未出现使用Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化进行强化的铸造铝合金。为了解决现有技术存在的铸造铝合金抗拉强度较低和塑性不高的问题，急需发明一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有的铸造铝合金存在的不足，使用Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化技术（利用Sr、Ce复合变质效果，利用Zr、Ti复合形成的Al₃Zr_xT_1-x相），提出一种Sr、Zr、Ti和Ce四元复合微合金化的高强度高塑性Al-Si-Cu系铸造铝合金及其制备方法，解决了铸造铝合金抗拉强度低和塑性差的问题。

本发明的技术方案之一是：