[发明专利]一种强韧化A356铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种强韧化A356铝合金及其制备方法，属于铝合金制备技术领域。本发明强韧化A356铝合金，以质量百分数计，该合金包括：Si 6.5~7.5%，Mg 0.25~0.45%，Ti 0.15~0.25%，Mn 0.05~0.25%，Zr 0.24~0.45%，Yb 0.3~0.61%，余量为Al。本发明通过复合添加Zr、Yb，并优化Zr、Yb元素的含量，利用Zr、Yb复合之后在细化变质上的协同作用使针状或片状共晶硅转变为纤维状共晶硅，消除了针状或片状共晶硅对铝基的割裂作用；细化α‑Al晶粒，很大程度上减少二次枝晶数量、减小二次枝晶间距以及α‑Al晶粒尺寸；从而提高了A356铝合金的强度及延伸率；本发明A356铝合金具有高强度、高韧性，主要适用于各种汽车轮毂用材料。

技术领域

本发明涉及一种强韧化A356铝合金及其制备方法，属于铝合金制备技术领域。

背景技术

A356合金是一个典型的Al-Si-Mg系三元合金，是一个具有优秀的综合性能的铸造铝合金。它不仅具有很好的铸造性能（流动性好、线收缩小、无热裂倾向），可铸造薄壁和形状复杂的铸件，而且通过热处理可达到较高的强度、良好的塑性和高冲击韧性，因此成为了汽车铸造轮毂的首选材质。在没有经过变质处理的A356合金中，硅相是以粗大的、不规则的片状或板状的形态分布在铝基体中，锋利的尖端会严重破坏铝基体的连续性，从而影响合金的力学性能；另外，未添加细化剂的A356合金中分布着较多粗大的树枝晶，降低合金的强韧性，以前常见的案例中常将变质剂与细化剂的作用进行简单的加和，但是效果并不理想，因此，急需寻找一种新的强韧化A356铝合金及其制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有A356铝合金中粗大的板片状共晶硅以及粗大的α-Al二次枝晶导致其塑性和强度降低的问题。

本发明的目的在于提供一种强韧化A356铝合金：以质量百分数计，该铝硅合金包括：Si 6.5~7.5%，Mg 0.25~0.45%，Ti 0.15~0.25%，Mn 0.05~0.25%，Zr 0.24~0.45%，Yb 0.3~0.61%，余量为Al。通过复合添加Zr、Yb，并优化Zr|、Yb元素的含量，利用Zr、Yb复合之后在细化变质上的协同作用，以达到提高A356铝合金强度和塑性的效果；本发明所述强韧化A356铝合金具有高强度、高韧性，主要用于汽车轮毂用材料。

本发明的另一目的在于提供强韧化A356铝合金的制备方法，具体步骤如下：

（1）采用A356铝锭、Al-10Zr中间合金、Al-10Yb中间合金作为原材料，根据目标合金成分计算各原料所需质量。

（2）将A356铝合金在750~780℃条件下熔融，依次加入Al-10Zr、Al-10Yb中间合金，熔化形成熔体再加入C2Cl6精炼剂并搅拌3~5min，除去表面浮渣；保温20~30min后，通入氮气对溶体进行除气5min，扒渣后将熔体在720℃下浇注在预热温度为300℃的金属模具中，得到所需A356铸态合金。

（3）将步骤（2）中的得到的铝合金在540℃下固溶4h，并在170℃下时效4h。

所述铝锆中间合金中Zr的质量百分数为9~ 10%。

所述铝镱中间合金中Yb的质量百分数为9~ 11%。

本发明所述Yb可以通过杂质诱导孪晶机制对共晶Si起到变质作用，在A356铝合金中复合添加Zr和Yb时，会形成具有L1₂结构的Al3(Yb,Zr)沉淀相，一方面可以提高α-Al的非均质形核速率从而达到细化晶粒的效果；另一方面，这种沉淀相弥散分布在基体中，可以有效地钉扎位错，阻碍晶界迁移，从而提高合金的强韧性。

本发明的有益效果：

（1）通过复合添加Zr、Yb，并优化Zr|、Yb元素的含量，利用Zr、Yb复合之后在细化变质上的协同作用，即形成具有L1₂结构的Al3(Yb,Zr)沉淀相，以达到提高A356铝合金强度和塑性的效果。