[发明专利]一种高强铸造铝合金及制备方法

说明书

一种高强铸造铝合金及制备方法，由以下合金元素组成：铜：4.0‑5.5%，硅：0.2‑3.0%，锰：0.05‑1.0%，杂质铁：≤0.1%，余为铝。本发明针对熔炼铸造法设计了合金成分配方，辅以倾转铸造工艺和热处理工艺，可获得合格的汽车轻量化结构件合金材料。相比与传统材料：该合金为可热处理合金，在热处理前后，合金的强度和韧性均有明显提高；该合金原料易得，成本低廉，要求的金属种类少，且没有加入类似于镁元素的强化金属，有进一步开发和研究的潜力，含相同元素种类的合金相比，力学性能有明显优势；合金铸造采用倾转铸造的方式，尽可能地减少合金内部类似于气孔缩孔类的孔隙，提高材料强度。

技术领域

本发明适合于一种高强铸造铝铜合金成分。

背景技术

近年来，随着经济的发展，大众对家庭中汽车的要求更加普遍化，私有化，新能源汽车在国内发展中逐渐提上日程。在材料选择层面上，以铝代钢，实现汽车的轻量化可以大大降低汽车的能耗，实现减排，环保的要求。汽车结构件作为汽车的骨架和受力部分，起着支撑和保护的作用，对汽车的安全性能和寿命有着重大的影响。

铝铜合金作为2牌号系列比较成熟的合金，是一种航空航天的常用合金，由于其密度小，强度大，导电导热性好的优点，一直备受各行各业的青睐，是一种十分有前景和开发潜力的合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强铸造铝合金，该合金适用于重力铸造、倾转铸造、流变铸造方法。本发明中选用倾转铸造，可降低气孔一类的铸造缺陷，进而获得优质的坯锭。

由于铝铜合金的结晶温度宽，导致铸造性能和流动性不好，常常加入其他元素对合金的性能加以改善，本发明中加入了一定比例的硅和锰。硅元素用于改善该种合金的流动性和铸造性能，实验表明，硅元素的加入可以大幅度的提高合金的流动性，但硅元素增加再度增加时，流动性提高不再明显。锰的作用主要是中和杂质铁。铁是铝合金中的有害元素，锰元素的加入可以使得铁形成的微观组织的形貌发生改变，从而使得铁从有害相变成无害相。

整个制备过程不再使用传统的重力铸造，而改用倾转铸造，在铸造成型过程中，合金液体基本处于平稳状态，这样可以最小程度的对合金液体造成扰动，从而降低合金中卷入空气中的气体，避免气孔的出现。倾转铸造压头相比于重力铸造较大，可进一步的减少缩孔等缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种高强铸造铝合金，按质量百分比，由以下合金元素组成：铜：4.0-5.5%，硅：0.2-3.0%，锰：0. 05-1.0%，杂质铁：≤0.1%，余为铝。

本发明成分除铝铜两种合金元素外，还添加了硅、锰，并避免了杂质铁的危害。硅主要起增强流动性，抗热裂，增加铸造性能的作用，同时起到增加抗拉强度的作用；硅元素不宜增加过多，否则会导致合金韧性降低，延伸率下降；锰元素可以中和原料中不可避免的铁带来的害处，同时对硅相的长大起到一定的抑制作用。

现就各元素来源做进一步说明。合金成品的铝元素来自于四个方面：1、纯铝锭（纯度99.9%）；2、Al-10Si（90%铝，10%硅）中间合金中的铝成分；3、Al-10Mn（90%铝，10%锰）中间合金中的铝成分；4、合金制备过程中所用到用来包裹小块原料以及金属精炼剂的铝箔。合金成品中硅元素的来源：Al-10Si中的硅元素。合金成品中锰元素的来源：Al-10Mn中的锰元素。合金成品中铜元素的来源：纯铜块体。

本发明所述的一种高强铸造铝合金的制备方法，按如下步骤：

（1）加入部分纯铝，720-750℃进行熔炼。熔炼温度不宜过高或过低。以当温度过高时，合金的短时间内烧损现象严重，而温度过低时，由于熔炼时间过长，氧化严重亦会比较严重，同时工作效率较低，且熔炼时间过长。兼顾熔炼工作效率及避免氧化两个方面，熔炼温度控制在720-750℃之间。