[发明专利]一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金及其制备方法，合金中各组分的重量百分比为Ni 3.0％‑6.0％，Cu 0.01％‑2％，Ce 0.2％‑1.0％，Mn 0.2％‑0.7％，Ti 0.01％‑0.04％，Fe小于0.2％，余量为Al和其他不可避免的杂质。本申请中，镍的加入可以在基体形成细小弥散的柱状Al₃Ni相，起到弥散强化的效果；Ce的加入可以细化第二相，同时Ce可以和Cu结合在基体中形成弥散分布的细小析出相，有效的钉扎位错，提高强度。

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金及其制备方法。

背景技术

汽车的轻量化研究越来越受到研究者的青睐，铝合金作为应用最多的轻合金在汽车工业中将得到更广泛的应用。在汽车的结构件中，越来越多的部分用铸造铝合金来代替。

随着汽车工业的发展，对铸造铝合金的性能要求也越来越高，但现在常用的铸造铝合金已经满足不了汽车工艺性能的要求，特别是强塑性匹配的要求。对于汽车结构件来说，Ji在论文“Development of a super ductile diecast Al-Mg-Si alloy”(MaterialsScienceEngineering A,2012,556,824-833)总结出屈服强度、抗拉强度和延伸率分别到达150MPa、300MPa和12％才符合汽车结构件的要求。Tesla汽车公司于2020年申请了Al-Ni基高性能压铸铝合金“High performance aluminum alloys with enhanced castabilityfor die casting”(WO2020028730)，该合金铸态具有优异的塑性，延伸率可达15％，但强度较低，屈服强度和抗拉强度分别为90MPa和150MPa。所以找到合适的方式在保持现有塑性的条件下提高强度是铸造铝合金的一个研究热点。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提出了一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金及其制备方法，由于第二相的尺寸、形貌和分布是影响合金强度的很重要的因素，本申请的高塑高强铸造铝合金中弥散分布的棒状Al₃Ni相可以起到一定的强化作用，同时Ce的加入可以细化Al₃Ni相；另外Ce还可以和Cu结合，在基体中形成弥散分布的纳米尺度析出相，有效的钉扎位错，使合金的强度提高。

本发明所采用的技术方案如下：

一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金，其化学元素质量百分比为：

Ni：3.0％-6.2％，Cu：0.01％-2.3％，Ce：0.2％-1.2％，Mn：0.2％-0.7％，Ti：0.01％-0.04％，Fe小于0.2％，余量为Al和其他不可避免的杂质。

进一步，其化学元素质量百分比为：Ni：5.2％-6.0％，Cu：0.72％-1.0％，Ce：0.41％-1.0％，Mn：0.46％-0.7％，Ti：0.02％-0.04％，Fe：0.1％-0.12％，余量为Al和其他不可避免的杂质。

进一步，其化学元素质量百分比为：Ni：3.1％-5％，Cu：0.21％-0.65％，Ce：0.24％-0.36％，Mn：0.23％-0.39％，Ti：0.01％-0.02％，Fe：0.20％，余量为Al和其他不可避免的杂质。

进一步，其化学元素质量百分比为：Ni：6.2％，Cu：2.3％，Ce：1.2％，Mn：0.68％，Ti：0.04％，Fe：0.19％，余量为Al和其他不可避免的杂质。

一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金制备方法，包括如下步骤：

将工业纯铝加热至720～730℃，再加入Al-Ni中间合金、Al-Cu中间合金和Al-Mn中间合金；继续加热至750℃后加入Al-Ce中间合金，以及Al-Ti中间合金，保温20分钟并搅拌；待合金降温到730℃，精炼30分钟，最后通入氩气除气15分钟，等温度稳定在720℃进行浇注。