[发明专利]一种含Zn的中强高韧压铸铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含Zn的中强高韧压铸铝合金及其制备方法，属于金属材料领域。所述压铸铝合金按重量比计的化学组成如下：Si含量为10.0‑13.0%，Zn含量4.1‑7.1%，Fe含量为0.5‑0.8%，Mn的含量为0.1‑0.4%，Sr含量为0.02‑0.04%，Mg含量≤0.01%，Cu含量≤0.01%，其他杂质元素含量≤0.15%，其余为Al；制备方法如下：熔炼、取样测试和调整合金成分、加入中间合金后精炼、除渣、浇铸；本发明通过热力学计算，确定形成Al‑Si‑Al(FeMn)Si三元共晶时的Si、Fe、Mn的含量范围，以减小Mn、Fe对合金塑性的不利影响；本发明成分设计简单，无需热处理，制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，尤其是涉及一种含Zn的中强高韧压铸铝合金及其制备方法。

背景技术

铸造铝合金具有优异铸造成型和气密性、低热膨胀系数及良好焊接性和机械加工特性等优点，广泛应用于汽车摩托车、航空航天、通讯等领域。其中汽车领域铸造铝合金用量占总用铝量的85%以上，典型部件包括发动机缸体、缸盖、离合器壳、油底壳、发动机托架等。

目前，铸造铝合金主要包括Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系，其中Al-Si系列铸造铝合金最为常用，用量约占铝合金铸件总量的85%以上，典型牌号包括A356、ADC12、A380、A319、SF36等。其中以A356为代表的亚共晶Al-Si合金具有中等强度和塑性，经过热处理后，伸长率可达到10%以上，但由于合金中Si含量较低（～7%），不适合于压铸成型；以德国SF36（国内牌号为AlSi10MnMg）为代表的共晶Al-Si合金，具有良好的压铸成型性能和综合力学性能，压铸态抗拉强度230MPa以上，屈服120MPa以上，伸长率12%以上，应用前景广阔，但合金中含有一定量的Mg，因此限制了合金塑性的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提出一种具有中等强度、高塑性，无需热处理，适合于压铸成型的铸造铝合金材料及制备方法。

本发明的技术方案是：一种含Zn的中强高韧压铸铝合金，按照重量比计，压铸铝合金的化学成分组成包括：Si的含量为10.0-13.0%，Zn的含量4.1-7.1%，Fe的含量为0.5-0.8%，Mn的含量为0.1-0.4%，Sr的含量为0.02-0.04%，Mg含量≤ 0.01%，Cu含量≤ 0.01%，其他杂质元素含量≤0.15%，其余为Al。

一种含Zn的中强高韧压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）按比例配料，将其中70-90%质量分数的铝锭，全部的Si锭、Fe剂、Mn剂投入熔炼炉中，升温至760-800℃；

（2）待炉中原料完全熔化后，加入Zn锭和剩下质量分数的铝锭，并搅拌熔体，同时炉内温度降至700-720℃；

（3）在熔体中部取样测试合金成分，对比设计成分与实测成分，调整合金成分至设计范围内；

（4）用钛制工具将铝箔包好、预热过的Al-Sr中间合金压入熔体内部，并缓慢搅拌熔体；

（5）以高纯氮气为载体将精炼剂喷入熔体中，静置30-60分钟后扒渣，铸造成锭或浇入保温炉直供铸压铸单元，制备中强高韧铸造铝合金或铸件。

本发明的有益效果：

1、本发明压铸铝合金制备所需成分主要包括Al、Si、Zn、Fe、Mn和Sr等元素，除了Sr以外，其他组成均为廉价的常用元素；本发明所设计Sr的添加量仅为熔体质量的0.01%-0.03%，含量低，成本也不高。因此，本发明所提供的制备工艺简单，成本低。合金中不含Mg、Cu等热处理强化元素，合金主要靠细晶、析出相和固溶强化，无需热处理，制备工艺简单。