[发明专利]一种高强韧铸造铝合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强韧铸造铝合金材料及其制备方法。所述该铝合金中各组分的重量百分比为：Zn 3.0‑5.0wt.％，Mg 3.0‑5.0wt.％，Cu 0.8‑1.2wt.％，Mn 0.2‑0.4wt％，Zr0.005‑0.20wt.％，稀土元素RE 0.005‑0.20wt.％，Ti 0.005‑0.20wt.％，B 0.005‑0.20wt.％，余量为Al，其他杂质总量和≤0.30wt.％；所述Zr元素与所述RE元素添加量的质量比约为1：1；所述稀土元素为Sc、Er、Ce、Y、La中的一种或多种的组合。该合金经固溶和时效处理后，室温综合性能优越，并且可实现良好的铸造性能，满足了轻量化产业中复杂结构件的应用需求。

技术领域

本发明属于金属材料类技术领域，具体涉及一种高强韧铸造铝合金材料及其制备方法，尤其是一种适用于金属型或砂型重力铸造或低压铸造的高强韧铸造铝合金材料及其制备方法。

背景技术

随着全世界汽车行业的腾飞，资源及环境问题日益突出，各国均对汽车工业提出了节能减排的迫切要求。根据相关推算，汽车自重每降低10％，油耗可减少5.5％，燃料经济性可提高3-5％，污染排放降低约10％。铝合金因具有较高的比强度、比刚度高、耐腐蚀性、抗冲击性、耐磨性、导电及导热性能，且易于加工和回收，已成为汽车轻量化的重点研究对象。铸造铝合金已广泛应用于汽车工业，在降低能耗及减少环境污染等方面效果显著。然而，重力铸造或低压铸造铝合金由于其强韧性等力学性能较低，如ZL101、ZL114等传统铸造铝合金，难以满足现代汽车大载荷、大冲击等高性能使用要求。因此，提高铸造铝合金的综合力学性能是当前汽车等轻量化发展的迫切要求。

中国专利CN115786787A公布了一种高强韧Al-Cu系铸造铝合金及其制备方法，所述高强韧Al-Cu系铸造铝合金的化学成分按质量百分数计包括如下元素：Cu 4.6-5.3％；Mn0.45-0.55％；Mg 0.42-0.55％；Zr 0.05-0.15％；Ti 0.15-0.25％；B 0.001-0.02％。发明合金的室温屈服强度≥320MPa，抗拉强度≥450MPa，伸长率≥10％。然而，该铸造合金的Cu含量较高，结晶温度比较宽使得该合金的铸造性能比较差，尤其在大径厚比铸件的铸造过程中，容易产生偏析、缩松、热裂等铸造缺陷，成品合格率低。

中国专利CN102127665A公布了一种可作为超高强铸造铝合金使用的Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr-RE合金及其制备方法，合金的化学成分按质量百分数计包括如下元素：Zn 7.0-8.0％，Mg 1.5-2.5％，Cu 1.4-2.0％；Mn 0.2-0.5％；Sc 0.15-0.25％；Zr 0.10-0.20％；Er和/或Yb 0.1-0.3％，余为Al。该铸造合金的合金元素量过高，尤其是锌，使合金铸造性较差，需要通过长时变温均匀化、强化固溶处理和时效处理才能获得较高的强韧性能，工艺较为复杂，不适用于工业批量生产。

随着轻量化战略的越来越深入，对车身结构件用压铸铝合金的性能要求越来越高。例如，某汽车公司提出车身结构件管梁、均衡梁用铸造铝合金的性能需要满足屈服强度400MPa，延伸率6％，且希望铸件拥有较好的铸造性能，适用于批量生产。而目前现有的铸造铝合金中，很难找到合适的材料。因此，开发一种适用于金属型或砂型重力铸造或低压铸造铝合金，并研究其制备与工艺，以满足汽车行业日益提高的优质高性能铝合金铸件的实际使用要求，成为铝合金铸造领域追求的目标之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种高强韧铸造铝合金材料及其制备方法，具体涉及一种适用于金属型或砂型重力铸造和低压铸造的Al-Zn-Mg-Cu铝合金材料及其制备方法。在保证合金具备良好铸造性能的前提下，还具有优异的综合力学性能，从而满足车身结构件的性能要求。