[发明专利]一种亚共晶Al-Si合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种亚共晶Al‑Si合金及其制备方法，涉及铸造铝合金技术；该亚共晶Al‑Si合金包括按照质量百分比计的如下成分：Si：7.0～8.0％、Mg：0.4～0.5％、Sr：0.02～0.03％、RE：0.03～0.06％以及Fe0.15％，其余杂质元素0.15％；其中，RE为Ce和La中的一种或两种。该亚共晶Al‑Si合金采用稀土元素且不使用Ti元素，且稀土元素添加量低，不仅能降低整体成本，还能通过提高Mg的含量提高合金的强度；并可以通过添加Al‑Sr‑RE复合变质剂，深度变质共晶硅，获得尺寸更小、长径比更低的共晶硅，提高铸件的塑性。

技术领域

本发明涉及铸造铝合金技术领域，具体而言，涉及一种亚共晶Al-Si合金及其制备方法。

背景技术

Al-Si系列铸造铝合金具有比强度比刚度高、铸造性能好、热膨胀系数和热裂倾向低、耐蚀性能优良等优点，广泛应用于汽车、通讯、电子、机械等领域。亚共晶Al-Si合金中的Si含量较低，具有良好的铸造成型性能和塑性，且可通过热处理强化大幅改善铸件的强度，已成功应用于汽车结构件中，包括汽车轮毂、发动机缸体、减震塔、制动卡钳、转向节、气囊支撑臂等。随着汽车轻量化要求的不断提高，对合金材料的强韧性的要求也日益严苛。

亚共晶Al-Si合金通常指Si含量在6-8％的铸造铝合金，组织由α-Al、Al-Si共晶和金属间化合物等组成，其中α-Al、Al-Si共晶各占合金体积分数的45～55％。因此，调控合金的组织是改善铸件强韧性的有效方法之一。

由于α-Al、Al-Si的组织细化变质机理不同，所选的变质剂也不同，其中Al-Ti-B是α-Al最为常用的细化剂，但Si易与Ti、Sr易与Sr形成化合物，毒化Sr和Al-Ti-B的变质细化作用。近年来，国内外学者通过添加抗Si和Sr中毒的新型细化，以达到复合细化变质的目的。CN111074111A专利公开了一种高强度铸造铝硅合金及其制造方法，成分为硅6.50～7.50％，镁0.30～0.45％，铁≤0.15％，钛0.10～0.20％，锆0.05～0.15％，锶0.01％～0.02％，硼≤0.20‰，不可避免的杂质≤0.10％，余量为铝。通过加入适量Zr和Ti元素形成纳米尺寸的(Al,Si)₃(Zr,Ti)相，提供α-Al形核质点，细化晶粒，铸件T6热处理后抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到320～340MPa、280～300MPa和8～10％，较常规A356铝合金分别提高约15％、15％和50％；但合金中含有较高含量的Ti，成本较高，且存在与Si反应的风险。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用稀土元素且不使用Ti元素，且稀土元素添加量低的亚共晶Al-Si合金及其制备方法，其不仅能降低整体成本，还能通过提高Mg的含量提高合金的强度；并可以通过添加Al-Sr-RE复合变质剂，深度变质共晶硅，获得尺寸更小、长径比更低的共晶硅，提高铸件的塑性。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种亚共晶Al-Si合金，包括按照质量百分比计的如下成分：

Si：7.0～8.0％、Mg：0.4～0.5％、Sr：0.02～0.03％、RE：0.03～0.06％以及Fe0.15％，其余杂质元素0.15％；其中，RE为Ce和La中的一种或两种。

在可选的实施方式中，RE和Sr以Al-Sr-RE的形式加入。

在可选的实施方式中，在Al-Sr-RE中，Al₄Sr相中掺杂有RE，而Al₁₁RE₃中掺杂有Sr。

第二方面，本发明提供一种前述实施方式中任一项的亚共晶Al-Si合金的制备方法，包括：

将Al-Si合金与纯铝投入熔化炉后得到熔体；

将Mg块压入熔体；