[发明专利]一种高强耐热铸造铝硅合金及其热处理方法

说明书

本发明涉及一种高强耐热铸造铝硅合金及其热处理方法，该铸造合金采用电解铝、纯镁，以及Al‑Si、Al‑Cu、Al‑Sc、Al‑Sr、Al‑Zr和Al‑TiC中间合金熔炼而成，其原料组分及其重量百分比分别为：Si：7.0～10.0％，Cu：2.0～5.0％，Mg：0.20～0.45％，Sc≤0.30％,Sr≤0.08％,Zr≤0.30％,TiC：0.1～1.0％,其余为Al和不可避免的杂质。本发明采用了双级固溶和双级时效的热处理工艺，合适的热处理工艺可使合金具有优异的室温强度和高温力学性能，室温抗拉强度大于420MPa,250℃度抗拉强度大于290MPa,在汽车发动机、航空发动机等领域的热端部件具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于工业用铝合金及制造领域，具体涉及一种高强耐热铸造铝硅合金及其热处理方法。

背景技术

Al-Si系合金由于铸造性能好、热膨胀系数小和良好的耐磨性能等特点，广泛应用于交通运输和航空航天等领域。其中，以Al-Si-Mg和Al-Si-Cu系为代表的亚共晶/共晶铝硅合金由于具有较高强度和良好的塑性，在工业领域获得了广泛应用，典型牌号有中国的ZL101、ZL105、ZL107，以及美国的A356、A319等。

Al-Si合金中一般通过添加Mg、Cu元素，引入Mg₂Si和Al₂Cu析出强化相，进而提高合金的室温强度。但合金中Mg、Cu含量应控制在较低的范围内，过量的Mg元素将形成汉字状难溶的Mg₂Si相，导致室温塑性下降，而过量的Cu元素容易引起显微缩松和成分偏析等铸造缺陷，因此工业应用的亚共晶铝硅合金室温强度一般低于350MPa。此外，由于Mg₂Si和Al₂Cu析出相在高温下容易发生粗化，引起高温强度的下降，亚共晶铸造铝硅合金的使用温度一般低于200℃。

中国发明专利CN102912196 B公开了一种铝硅镁系铸造铝合金及其制备方法，合金的最高室温抗拉强度达到340MPa。中国发明专利CN110129629 B公开了耐热铸造Al-Si-Ni-Cu铝合金及重力铸造制备，包括按质量百分数计的如下元素：10.5-12.0％Si、2.0-5.0％Ni、2.0-4.0％Cu、0.05-0.2％Mg、0.1-0.5％Cr、0.01-0.04％Sr、0.65-0.9％M、0.1-0.5％Fe，余量为Al，其中M为Ti、Zr、V中至少两种元素。该专利中的铸造耐热铝合金350℃瞬时抗拉强度在115MPa-130MPa之间，但室温抗拉强度低于300MPa，塑性低于1.5％。中国发明专利CN111304500 A公开的一种用于高功率密度活塞的的铸造铝合金，包括按质量百分数计的如下元素：Si:11.0～12.6％,Cu：3.5～4.5％,Mg：0.7～1.2％,Ni：2.2～3.2％,Fe：0.6～0.8％,Mn：0.25～0.35％,Sc：0.10～0.15％,Zr：0.13～0.17％,Ti：0.13～0.17％,V：0.08～0.12％,余量为Al和不可避免的杂质。铸造铝合金的室温抗拉强度为325～379MPa，延伸率1.0-1.8％。中国发明专利CN105568082 B公开了一种Al-Si-Cu-Mg铸造合金的热处理方法，Si：5.5～6.5％，Cu：1.8～2.2％，Mg：0.45～0.55％，其余为Al，其中Cu/Mg比为4:1，采用双级固溶和双级时效的方法，合金的最高抗拉强度可以达到364MPa,但延伸率仅有2.3％。

综上可知，目前的铸造铝硅合金室温强度难以突破400MPa，限制了铸造铝硅合金在工业领域的进一步应用，因而，开发出一种具有高的室温强度和更高使用温度的亚共晶铝硅合金具有重要的应用价值。

发明内容

本发明为了解决现有亚共晶铸造铝硅合金在室温和250℃下强度偏低的问题，提供了一种高强耐热铸造铝合金及其热处理方法。该合金经重力铸造后，室温抗拉强度大于420MPa、延伸率大于4％；250℃抗拉强度大于290MPa、延伸率大于9.5％。

本发明完整的技术方案包括：