一种高性能铝合金压铸件及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种高性能铝合金压铸件及其制备方法。

背景技术

压铸工艺原理是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。压铸生产效率高，能压铸形状复杂、尺寸精确、轮廓清晰、表面质量及强度、硬度都较高的压铸件，故应用较广，发展较快。目前压铸合金应用比较广泛的是压铸铝合金。压铸铝合金有良好的使用性能和工艺性能，因此铝合金的压铸发展迅速，在各个工业部门中得到广泛的应用，用量远远高于其他有色合金，在压铸生产中占有极其重要的地位。

铝合金是以铝为基础加入其它元素组成的合金，是结构工程中最常用的材料，具有比重小、传热性好、导电性好、环保、可回收循环利用，因而铝合金在所有压铸合金中应用最为广泛，但因强韧性不够理想导致其应用范围受到较大的限制，特别不适用于汽车、摩托车等结构受力和碰撞的零件。然而对铝合金强化的同时往往伴随着塑性或韧性的急剧下降，因此，开发高强韧的高性能压铸铝合金乃当务之急。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高性能铝合金压铸件及其制备方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种高性能铝合金压铸件的制备方法，包括以下步骤：

S1、选择工业纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-20Si、Al-10Mn、Al-50Cu和Al-8Ba中间合金作为合金原料，按比称取各原料；所述高性能铝合金压铸件的原料称量比例满足：硅3-6％，铜4.6-6.2％，镁2.5-3.5％，锌0.8-1.0％，锰0.2-0.35％，钡0.05-0.15％，余量为铝以及不可避免的其它杂质元素，所述不可避免的其它杂质元素的总量小于0.3％；

S2、先将所述纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭以及Al-20Si合金加入到熔炼炉中加热至750-780℃，搅拌使原料完全熔化，再加入Al-10Mn、Al-50Cu和Al-8Ba合金，继续升温至780-800℃，搅拌使原料完全熔化，得到合金熔体；

S3、将所述合金熔体的温度调整至750-780℃，加入精炼剂对所述合金熔体进行精炼除气，扒除漂浮在熔体表面的氧化杂质，搅拌均匀后得到精炼合金熔体；

S4、将所述精炼合金熔体静置，待温度冷却至700℃，压铸成型，将压铸件加热后淬水进行固溶处理，再进行时效处理后制得。

优选的，步骤S2中，所述合金熔体内还添加有0.01-0.1wt.％的变质剂。

优选的，步骤S2中，所述合金熔体内还添加有0.01-0.05wt.％的细化剂。

优选的，所述变质剂为Al-10Sr中间合金。

优选的，所述细化剂为Al-5Ti-B中间合金。

优选的，所述精炼剂为六氯乙烷、氩气、氯气、氟利昂中的一种或两种。

优选的，所述压铸成型具体是将模具型腔预热至200～230℃，再以所述精炼合金熔体进行充型，开始的充型流速为0.25-0.30m/s，充型率超过60％后，充型流速为1.7-2.0m/s，铸造压力70MPa，保压时间为100～110s，卸压脱模。

优选的，所述固溶处理条件为：加热温度535-540℃，固溶时间4-8h。

优选的，所述时效处理的时效制度为165℃×10h。

本发明的有益效果为：

针对现有技术中的压铸铝合金难以兼顾强化和韧塑性的问题，本发明通过合金组分调节，以较高含量的铜掺杂强化铝合金，同时通过镁掺杂和热机械处理，形成Mg-Cu固溶体，避免析出相与晶界无沉淀带等所引发的应力/应变集中，减少强化后的塑性失稳，提高延伸率；微量钡掺杂有助于形成热力学温稳定的Al-Si-Ba共晶硅，降低了应力集中，提高固溶强化效应，避免强度提高所伴随的塑性下降，进一步提高铝合金的综合性能。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

一种高性能铝合金压铸件，其制备方法包括以下步骤：

S1、选择工业纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-20Si、Al-10Mn、Al-50Cu和Al-8Ba中间合金作为合金原料，按比称取各原料；所述高性能铝合金压铸件的原料称量比例满足：硅4.0％，铜5.2％，镁2.5％，锌0.8％，锰0.23％，钡0.05％，余量为铝以及不可避免的其它杂质元素，所述不可避免的其它杂质元素的总量小于0.3％；

S2、先将所述纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭以及Al-20Si合金加入到熔炼炉中加热至750-780℃，搅拌使原料完全熔化，再加入Al-10Mn、Al-50Cu和Al-8Ba合金，加入0.05wt.％的Al-10Sr中间合金为变质剂，0.03wt.％的Al-5Ti-B中间合金为细化剂，继续升温至780-800℃，搅拌使原料完全熔化，得到合金熔体；

S3、将所述合金熔体的温度调整至750-780℃，加入六氯乙烷对所述合金熔体进行精炼除气，扒除漂浮在熔体表面的氧化杂质，搅拌均匀后得到精炼合金熔体；

S4、将所述精炼合金熔体静置，待温度冷却至700℃，压铸成型，将压铸件加热后淬水进行固溶处理，固溶温度535℃，固溶时间4h，再进行时效处理后制得，时效制度为165℃×10h；

所述压铸成型具体是将模具型腔预热至200～230℃，再以所述精炼合金熔体进行充型，开始的充型流速为0.25m/s，充型率超过60％后，充型流速为1.7m/s，铸造压力70MPa，保压时间为100～110s，卸压脱模。

实施例2

一种高性能铝合金压铸件，其制备方法包括以下步骤：

S1、选择工业纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-20Si、Al-10Mn、Al-50Cu和Al-8Ba中间合金作为合金原料，按比称取各原料；所述高性能铝合金压铸件的原料称量比例满足：硅5.0％，铜4.8％，镁3.0％，锌0.9％，锰0.25％，钡0.10％，余量为铝以及不可避免的其它杂质元素，所述不可避免的其它杂质元素的总量小于0.3％；

S2、先将所述纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭以及Al-20Si合金加入到熔炼炉中加热至750-780℃，搅拌使原料完全熔化，再加入Al-10Mn、Al-50Cu和Al-8Ba合金，加入0.05wt.％的Al-10Sr中间合金为变质剂，0.03wt.％的Al-5Ti-B中间合金为细化剂，继续升温至780-800℃，搅拌使原料完全熔化，得到合金熔体；

S3、将所述合金熔体的温度调整至750-780℃，加入六氯乙烷对所述合金熔体进行精炼除气，扒除漂浮在熔体表面的氧化杂质，搅拌均匀后得到精炼合金熔体；

S4、将所述精炼合金熔体静置，待温度冷却至700℃，压铸成型，将压铸件加热后淬水进行固溶处理，固溶温度537℃，固溶时间6h，再进行时效处理后制得，时效制度为165℃×10h；

所述压铸成型具体是将模具型腔预热至200～230℃，再以所述精炼合金熔体进行充型，开始的充型流速为0.25m/s，充型率超过60％后，充型流速为1.7m/s，铸造压力70MPa，保压时间为100～110s，卸压脱模。

实施例3

一种高性能铝合金压铸件，其制备方法包括以下步骤：

S1、选择工业纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-20Si、Al-10Mn、Al-50Cu和Al-8Ba中间合金作为合金原料，按比称取各原料；所述高性能铝合金压铸件的原料称量比例满足：硅4.6％，铜5.8％，镁3.5％，锌1.0％，锰0.28％，钡0.15％，余量为铝以及不可避免的其它杂质元素，所述不可避免的其它杂质元素的总量小于0.3％；

S2、先将所述纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭以及Al-20Si合金加入到熔炼炉中加热至750-780℃，搅拌使原料完全熔化，再加入Al-10Mn、Al-50Cu和Al-8Ba合金，加入0.04wt.％的Al-10Sr中间合金为变质剂，0.05wt.％的Al-5Ti-B中间合金为细化剂，继续升温至780-800℃，搅拌使原料完全熔化，得到合金熔体；

S3、将所述合金熔体的温度调整至750-780℃，加入六氯乙烷对所述合金熔体进行精炼除气，扒除漂浮在熔体表面的氧化杂质，搅拌均匀后得到精炼合金熔体；

S4、将所述精炼合金熔体静置，待温度冷却至700℃，压铸成型，将压铸件加热后淬水进行固溶处理，固溶温度535℃，固溶时间8h，再进行时效处理后制得，时效制度为165℃×10h；

所述压铸成型具体是将模具型腔预热至200～230℃，再以所述精炼合金熔体进行充型，开始的充型流速为0.25m/s，充型率超过60％后，充型流速为1.7m/s，铸造压力70MPa，保压时间为100～110s，卸压脱模。

对比例1

一种高性能铝合金压铸件，其制备方法包括以下步骤：

S1、选择工业纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-20Si、Al-10Mn和Al-50Cu中间合金作为合金原料，按比称取各原料；所述高性能铝合金压铸件的原料称量比例满足：硅4.0％，铜5.2％，镁2.5％，锌0.8％，锰0.23％，钡0.05％，余量为铝以及不可避免的其它杂质元素，所述不可避免的其它杂质元素的总量小于0.3％；

S2、先将所述纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭以及Al-20Si合金加入到熔炼炉中加热至750-780℃，搅拌使原料完全熔化，再加入Al-10Mn、Al-50Cu和Al-8Ba合金，加入0.05wt.％的Al-10Sr中间合金为变质剂，0.03wt.％的Al-5Ti-B中间合金为细化剂，继续升温至780-800℃，搅拌使原料完全熔化，得到合金熔体；

S3、将所述合金熔体的温度调整至750-780℃，加入六氯乙烷对所述合金熔体进行精炼除气，扒除漂浮在熔体表面的氧化杂质，搅拌均匀后得到精炼合金熔体；

S4、将所述精炼合金熔体静置，待温度冷却至700℃，压铸成型。

对比例2

一种高性能铝合金压铸件，其制备方法包括以下步骤：

S1、选择工业纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、Al-20Si、Al-10Mn和Al-50Cu中间合金作为合金原料，按比称取各原料；所述高性能铝合金压铸件的原料称量比例满足：硅4.0％，铜5.2％，镁2.5％，锌0.8％，锰0.23％，钡0.05％，余量为铝以及不可避免的其它杂质元素，所述不可避免的其它杂质元素的总量小于0.3％；

S2、先将所述纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭以及Al-20Si合金加入到熔炼炉中加热至750-780℃，搅拌使原料完全熔化，再加入Al-10Mn、Al-50Cu和Al-8Ba合金，加入0.05wt.％的Al-10Sr中间合金为变质剂，0.03wt.％的Al-5Ti-B中间合金为细化剂，继续升温至780-800℃，搅拌使原料完全熔化，得到合金熔体；

S3、将所述合金熔体的温度调整至750-780℃，加入六氯乙烷对所述合金熔体进行精炼除气，扒除漂浮在熔体表面的氧化杂质，搅拌均匀后得到精炼合金熔体；

S4、将所述精炼合金熔体静置，待温度冷却至700℃，压铸成型，将压铸件加热后淬水进行固溶处理，固溶温度560℃，固溶时间4h，再进行时效处理后制得，时效制度为165℃×10h；

所述压铸成型具体是将模具型腔预热至200～230℃，再以所述精炼合金熔体进行充型，开始的充型流速为0.25m/s，充型率超过60％后，充型流速为1.7m/s，铸造压力70MPa，保压时间为100～110s，卸压脱模。

对实施例1-3、对比例1-2所述铝合金压铸件进行力学性能测试，结果如下表：

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。