一种免热处理高强韧压铸铝合金及其制备方法与制品

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种免热处理高强韧压铸铝合金及其制备方法与制品。

背景技术

铝及铝合金具有密度小、比强度高、塑性好、力学性能优良、热膨胀系数低、良好的耐腐蚀性能、导电性和导热性优良、易加工、可回收等特点，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶、化学工业及包装等领域得到了广泛应用，成为现代工业（特别是汽车工业）中应用最广泛的一类有色金属材料，也是一种绿色环保的、可持续发展的有色金属材料。随着汽车制造业的发展，对铝合金材料的性能提出了更高的要求，开发新型高强度、高塑性、高韧性和良好加工制造性能的铝合金具有重要的研究意义。

现有技术中，传统的压铸铝合金以ADC12、A380铝合金牌号为主要原材料，虽然具备较高的强度，但伸长率较低，无法满足结构件的力学性能需求。同时传统普通压铸因会卷气使得铸件存在气孔，气孔受热时会发生鼓泡，导致普通压铸的铸件无法通过热处理对其性能进行优化，因此，传统压铸件性能受到限制，往往只适合压铸链条盖、油底壳等功能性铸件，而无法制备高性能需求的铸件。

随着压铸工艺与铸造装备的提升，铸造领域发展出了高真空压铸技术，解决了合金液在型腔充型过程中产生卷气的问题，因此高真空压铸生产的铸件可以通过热处理工序获得更优异的性能。与之相应材料方面，可热处理强化的Silafont 36合金，即AlSi10MnMg铝合金(专利公开号：US6364970B1)，被广泛用于压铸对力学性能有一定要求的结构性铸件，如减震塔、纵梁。

轻量化是汽车行业发展的大趋势。其中一体化压铸成为了实现汽车轻量化的重要途径，例如特斯拉Model Y后地板总成采用一体压铸后，其重量降低了30%。Silafont 36合金虽然热处理后具备高强韧的特点，但大尺寸的铸件在热处理过程中易变形，因此不适用于一体化压铸。一体化压铸的发展对免热处理材料提出了需求，即铸态下便具备高强韧力学性能的铝合金材料。

目前国内有多家企业和科研院校公开一些可用于一体化压铸的免热处理铝合金材料，如上海交通大学的CN 114411020 A和CN 109881056 A，这些专利除了添加常见的Si、Mg、Mn的元素外，还通过添加稀土作为强化元素来保证铝合金的高强度和高韧性，但因含有价格较高稀土元素，使得原本对熔炼质量要求很高的高强韧铝合金生产成本更加昂贵。类似的，清华大学也有相关研究的两种铝合金，并命名THAS-1（申请公布号 CN 110079712 A）和THAS-2（申请公布号CN 111455228 A），其强度较高，但从实施例来看，性能测试时的铝液是2kg小批量熔炼所得，所采用的试棒为圆棒，在产品上取板材试样的性能未可知。保定隆达铝业有限公司（隶属立中集团）的CN 111139381 A则控制了太多杂质元素的含量，对大批量连续生产的铝液质量控制有较大的难度，且一定程度上限制了回炉料的使用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种免热处理高强韧压铸铝合金及其制备方法与制品，本发明所制备的铝合金不仅具备高强韧的力学性能特点，同时还具备良好的流动性，铝液能够在压力的推动下流畅的填充模具型腔，确保大型压铸件的成型质量，实现大体量的连续生产。

为实现上述目的，本发明提供一种免热处理高强韧压铸铝合金，所述铝合金包括下述质量百分比含量的组分：7.0~10.0wt.%的硅，不大于0.05wt.%的铜，不大于0.4wt.%的镁，0.3~0.7wt.%的锰，不大于0.2wt.%的铁，不大于0.07wt.%的锌，不大于0.2wt.%的钛，0.015~0.03wt.%的锶，0.01~0.1wt.%的钒，0.01~0.1wt.%的锆，其他不可避免的杂质元素单个不大于0.05wt.%，其他不可避免的杂质元素总和不大于0.25wt.%，其余为铝。

作为本发明的进一步优选，所述铝合金包括下述质量百分比含量的组分：8.5~9.5wt.%的硅，不大于0.05wt.%的铜，0.2~0.3wt.%的镁，0.45~0.55wt.%的锰，不大于0.2wt.%的铁，不大于0.07wt.%的锌，不大于0.2wt.%的钛，0.015~0.03wt.%的锶，0.02~0.05wt.%的钒，0.01~0.05wt.%的锆，其他不可避免的杂质元素单个不大于0.05wt.%，其他不可避免的杂质元素总和不大于0.25wt.%，其余为铝。

作为本发明的进一步优选，所述铝合金包括下述质量百分比含量的组分：8.5~9.5wt.%的硅，不大于0.05wt.%的铜，不大于0.1wt.%的镁，0.45~0.55wt.%的锰，不大于0.2wt.%的铁，不大于0.07wt.%的锌，不大于0.2wt.%的钛，0.015~0.03wt.%的锶，0.02~0.05wt.%的钒，0.01~0.05wt.%的锆，其他不可避免的杂质元素单个不大于0.05wt.%，其他不可避免的杂质元素总和不大于0.25wt.%，其余为铝。

作为本发明的进一步优选，所述钒的质量百分比含量和所述锆的质量百分比含量比值为1.2:1~2.4:1。

此外，本发明还提供了一种免热处理高强韧压铸铝合金制备方法，用于制备上述免热处理高强韧压铸铝合金，包括如下步骤：

S1、按照重量比称取铝原料、硅原料、镁原料、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Ti-B中间合金；

S2、将称取出的金属原料分批次添加至熔炼炉熔炼，得到熔融铝液；

S3、待所述熔融铝液中的金属全部融化后，静置所述熔融铝液，并分析其化学成分是否符合要求；若是则进入步骤S5；若否则进入步骤S4；

S4、根据所述化学成分的分析确定成分调整方案及材料，之后进入步骤S2；

S5、对所述熔融铝液进行初步精炼，并将初步精炼的熔融铝液注入转运包内；

S6、对所述转运包中初步精炼的所述熔融铝液进行二次精炼，并添加粉末态Al-Ti-B中间合金，得到精炼铝液；

S7、将所述精炼铝液进行质量检测，判断所述精炼铝液是否符合质量要求；若是则进入步骤S9；若否则进入步骤S8；

S8、根据所述质量检测确定质量调整方案及材料，之后进入步骤S2；

S9、将所述精炼铝液注入压铸机中压铸，得到免热处理高强韧压铸铝合金产品和一级回炉料。

作为本发明的进一步优选，所述S2包括如下步骤：

S21、将所述铝原料添加到所述熔炼炉中，之后所述熔炼炉中的温度升温至680℃，保持所述熔炼炉中温度直至所述铝原料全部熔化；

S22、将所述熔炼炉中的温度升温至720℃~750℃，之后加入硅原料、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金，并保持所述熔炼炉中的温度，直至中间合金和所述硅原料全部熔化；

S23、将所述熔炼炉温度降低至700℃~730℃，之后将所述镁原料压入熔体内，并保持所述熔炼炉中温度，直至所述镁原料完全熔化。

作为本发明的进一步优选，所述铝原料为纯铝或不低于Al99.80牌号品质的重熔用铝锭中的一种或多种，和/或所述硅原料为纯硅或不低于Si4410牌号品质的工业硅中的一种或多种。

作为本发明的进一步优选，所述S2中，添加有不超过总铝需求重量30%的所述一级回炉料。

作为本发明的进一步优选，所述S9中，所述转运包中的所述精炼铝液转入设置在所述压铸机一侧的保温炉中保温。

此外本发明还公开可一种免热处理高强韧压铸铝合金制品，所述铝合金制品具有上述所述的免热处理高强韧压铸铝合金；

或所述铝合金制品具有上述所述的免热处理高强韧压铸铝合金制备方法所制备的免热处理高强韧压铸铝合金；

或所述铝合金制品的至少一部分由上述所述的免热处理高强韧压铸铝合金再加工得到；

或所述铝合金制品的至少一部分采用上述所述的免热处理高强韧压铸铝合金制备方法所制备的免热处理高强韧压铸铝合金再加工得到。

上述技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：

（1）本发明的一种免热处理高强韧压铸铝合金，其通过采用7.0~10.0wt.%的硅，确保铝液具有优良的流动性，同时使得铝合金材料能够具备更为良好的伸长率，确保该铝合金熔液能够快速、流畅、准确的填充压铸机的型腔，进而保障压铸件的成型质量。通过降低铁元素占比并对应增加锰元素含量的方式平衡铝合金铸件的脱模与高韧性的需求。并且，为了提升铝合金材料的屈服强度，添加了质量占比不大于0.4wt.%的镁元素，使得铝合金材料的屈服强度在120MPa以上；同时，通过添加质量百分比占比在0.01~0.1wt.%的钒元素，0.01~0.1wt.%的锆元素，用于细化预结晶，进一步的保障了该铝合金材料在具备较高的结构强度的同时具备良好的伸长率。添加了质量百分比占比在0.015~0.03wt.%的锶元素，以作为细化共晶硅组织的变质剂，保障该高强韧铝合金材料的结构强度。

（2）本发明的一种免热处理高强韧压铸铝合金，其制备的铝合金能够通过了小批量的一体化后地板试制，在充型良好的区域性能满足汽车底盘结构件性能需求，可应用于生产一体化后地板、前机舱、电池托盘等结构件。并且通过了一体式后地板零件性能验证，在充型良好的区域，本体取样抗拉强度达到277MPa，屈服强度达到130MPa，伸长率达到11.7%，性能达到结构需要的同时，在不同位置取样的性能测试结果稳定。同时通过减震塔零件的性能验证，力学性能和连接性能达标，采用本发明铝合金铸造的减震塔满足装配要求，并通过碰撞验证测试。

（3）本发明的一种免热处理高强韧压铸铝合金，其制备的铝合金材料α-Al平均晶粒尺寸不大于20μm，硅相的平均晶粒尺寸不大于1μm。根据细晶强化原理，晶粒越细小，材料的强度和韧性可以同时得到增强。本发明的铝合金晶粒尺寸细小，是促使其高强韧性能的关键因素。

（4）本发明的一种免热处理高强韧压铸铝合金制备方法，其通过采用压铸机压铸过后形成的一级回炉料在下次熔炼中的重复使用，实现高性能铝合金铸件回炉料的同级循环利用，能够显著提升材料的使用效率，降低制备成本，减少了电解铝需求量，节能环保，对降低压铸产业链的能耗、降低碳排放具有重要意义。

（5）本发明中的一种免热处理高强韧压铸铝合金及其制备方法与制品，材料性能优良，制备工艺便捷，通过对铝合金材料组分的准确设计，使得该制备出的铝合金能够在强度、伸长率、流动性等方面有良好的平衡，综合性能优于现有压铸铝合金材料。使用本发明生产的铝合金铸件，能够避免热处理工序造成铸件的形变，不仅降低了铸件产品报废率，还能够省去热处理过程中所需要消耗的能源，达到节能减排的效果。通过一级回炉料的同级循环利用，提高了材料的使用率，进一步降低生产成本，具有优良的经济效益和推广价值。

附图说明

图1是本发明中一种免热处理高强韧压铸铝合金按实施例1制备试样在1k倍视场下的扫描电镜图片；

图2是本发明中一种免热处理高强韧压铸铝合金按实施例1制备试样在5k倍视场下的扫描电镜图片；

图3是本发明中一种免热处理高强韧压铸铝合金按实施例1制备试样在15k倍视场下的扫描电镜图片；

图4是本发明免热处理高强韧压铸铝合金制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请优选实施例中的免热处理高强韧压铸铝合金及其制备方法与制品能够实现较大体量的批量生产，且其所制备的铝合金不仅具备高强韧的力学性能特点，同时，该铝合金还具备较好的流动性，以确保铝液能够在压力的推动下流畅的填充模具型腔，确保大型压铸件的成型质量，并且能够实现压铸过程中回炉料的重复使用，提高原料的使用效率。

具体而言，在本申请优选实施例中，该免热处理高强韧压铸铝合金按照质量百分比计算包括如下组分：7.0~10.0wt.%的硅，不大于0.05wt.%的铜，不大于0.4wt.%的镁，0.3~0.7wt.%的锰，不大于0.2wt.%的铁，不大于0.07wt.%的锌，不大于0.2wt.%的钛，0.015~0.03wt.%的锶，0.01~0.1wt.%的钒，0.01~0.1wt.%的锆，其他不可避免的杂质元素单个不大于0.05wt.%，其他不可避免的杂质元素总和不大于0.25wt.%，其余为铝。

更细节地，在上述免热处理高强韧压铸铝合金的组分当中，硅元素的实际添加量相对于AlSi10MnMg等材料较少，其在重量占比控制在7.0~10.0wt.%的范围中，确保铝液具有优良的流动性，同时使得铝合金材料能够具备更为良好的伸长率，在实际使用过程中，确保该铝合金熔液能够快速、流畅、准确的填充压铸机的型腔，进而保障压铸件的成型质量。并且，由于铁元素在铝合金内会形成针状组织，割裂α-Al晶粒，造成铝合金材料韧性的降低，因此，为了保障铝合金材料的韧性，在本申请优选实施例中，将铁元素的质量占比控制在不大于0.2wt.%，并对应添加了质量占比在0.3~0.7wt.%的锰元素，进而保障了铝合金材料在压铸成型后能够顺利脱模。同时，为了提升铝合金材料的屈服强度，在本申请优选实施例中，添加了质量占比不大于0.4wt.%的镁元素，使得铝合金材料的屈服强度在120MPa以上，保证压铸件满足屈服强度要求。此外，在本申请优选实施例中，该铝合金中添加有质量百分比占比在0.01~0.1wt.%的钒元素和0.01~0.1wt.%的锆元素，用来细化预结晶，进一步的保障了该铝合金材料在具备较高的结构强度的同时具备良好的伸长率。添加了质量百分比占比在0.015~0.03wt.%的锶元素，以作为细化共晶硅组织的变质剂，进一步提升该铝合金材料的结构强度。如图1~3中所示，由上述成分制备的免热处理高强韧压铸铝合金的α-Al平均晶粒尺寸不大于20μm，硅相的平均晶粒尺寸不大于1μm，较细的晶粒使得该免热处理高强韧压铸铝合金能够同时具备较高的强度和韧性。

进一步地，在本申请一个优选实施例中，该免热处理高强韧压铸铝合金包括下述质量百分比含量的组分：8.5~9.5wt.%的硅，不大于0.05wt.%的铜，0.2~0.3wt.%的镁，0.45~0.55wt.%的锰，不大于0.2wt.%的铁，不大于0.07wt.%的锌，不大于0.2wt.%的钛，0.015~0.03wt.%的锶，0.02~0.05wt.%的钒，0.01~0.05wt.%的锆，其他不可避免的杂质元素单个不大于0.05wt.%，其他不可避免的杂质元素总和不大于0.25wt.%，其余为铝。在该优选实施例中，通过控制免热高强韧压铸铝合金中的硅、铜、镁、锰、铁、锌、钛、锶、钒、锆分别为上述含量，不仅能够显著降低铝硅合金中铁元素带来的性能恶化，减轻粘膜热裂的倾向，还可以细化晶粒，通过固溶强化、细晶强化等作用提升了合金材料力学性能，同时，合金熔体具有良好的流动性和成型性，使得压铸得到的硅铝合金不需要进行后续的热处理就可以到达高的强韧性，且合格率高。

进一步优选地，在本申请另一个优选实施例中，该免热处理高强韧压铸铝合金包括下述质量百分比含量的组分：8.5~9.5wt.%的硅，不大于0.05wt.%的铜，不大于0.1wt.%的镁，0.45~0.55wt.%的锰，不大于0.2wt.%的铁，不大于0.07wt.%的锌，不大于0.2wt.%的钛，0.015~0.03wt.%的锶，0.02~0.05wt.%的钒，0.01~0.05wt.%的锆，其他不可避免的杂质元素单个不大于0.05wt.%，其他不可避免的杂质元素总和不大于0.25wt.%，其余为铝。在该优选实施例中，其采用的镁元素的质量百分比含量不大于0.1wt.%，能够确保免热处理高强韧压铸铝合金的伸长率。

进一步地，在本申请优选实施例中，在该免热处理高强韧压铸铝合金中，钒元素的质量百分比占比大于锆元素的质量百分比占比，优选地，钒元素的质量百分比含量和锆元素的质量百分比含量之间的比值为1.2:1~2.4:1。

进一步地，如图4中所示，本申请还公开了一种免热处理高强韧压铸铝合金制备方法，用于制备上述免热处理高强韧压铸铝合金，其包括如下步骤：

S1、按照重量比称取铝原料、硅原料、镁原料、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Ti-B中间合金；

优选地，铝原料为纯铝（纯铝锭或纯铝粉）或不低于Al99.80牌号品质的重熔用铝锭中的一种或多种，和/或硅原料为纯硅或不低于Si4410牌号品质的工业硅中的一种或多种。进一步优选地，镁原料采用纯镁锭。

S2、将称取出的金属原料分批次添加至熔炼炉熔炼，得到熔融铝液；

优选地，该S2包括如下步骤：

S21、将铝原料添加到熔炼炉中，之后熔炼炉中的温度升温至680℃，保持熔炼炉中温度直至铝原料全部熔化；

S22、将熔炼炉中的温度升温至720℃~750℃，之后加入硅原料、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金，并保持熔炼炉中的温度，直至中间合金和硅原料全部熔化；

S23、将熔炼炉温度降低至700℃~730℃，之后将镁原料压入熔体内，并保持熔炼炉中温度，直至纯镁锭完全熔化。

S3、待熔融铝液中的金属全部融化后，静置熔融铝液，并分析其化学成分是否符合要求；若是则进入步骤S5；若否则进入步骤S4；

S4、根据化学成分的分析确定成分调整方案及材料，之后进入步骤S2；

S5、对熔融铝液进行初步精炼，并将初步精炼的熔融铝液注入转运包内；

S6、对转运包中初步精炼的熔融铝液进行二次精炼，并添加Al-Ti-B中间合金，得到精炼铝液；

S7、将精炼铝液进行质量检测，判断精炼铝液是否符合质量要求；若是则进入步骤S9；若否则进入步骤S8；

优选地，该质量检测包括化学成分检测、密度检测、含渣量检测，其中K模值不大于0/20，即含渣面为零。

S8、根据质量检测确定质量调整方案及材料，之后进入步骤S2；

S9、将精炼铝液注入压铸机中压铸，得到免热处理高强韧压铸铝合金产品和一级回炉料。

优选地，转运包中的精炼铝液转入设置在压铸机一侧的保温炉中保温，该保温炉中的温度维持在680℃~700℃之间。

进一步优选地，内浇口速度40~60m/s，铸造压力60~80MPa，脱模剂比例1：80，模具温度180~230℃，真空度在30mbar以上。

此外，在本申请优选实施例中，初步精炼和/或二次精炼采用通入气体和添加固态精炼剂的方式进行精炼作业。优选地，该气体为氩气或氮气。

进一步地，在本申请有限实施例中，该初步精炼具体如下：16~22L/min的流量通入气体和添加熔体重量的0.1~0.3%固体精炼剂，除渣除气时间5~30min，随后扒除表面浮渣，转运包容量1~1.5T。

相应地，在本申请优选实施例中，该二次精炼具体如下：捞去铝液表面浮渣后加入5kg/吨的AlTi5B1细化剂，压入熔体内部搅拌使其熔解。其后以25~30L/min的流量通入氮气和150~200g/吨固体精炼剂，再进行5min旋转精炼除渣除气，转速450~550r/min，其后进行捞渣。

进一步优选地，不超过铝锭需求量30%的一级回炉料可以添加到下一次制备高强韧压铸铝合金的S2中，即在S2中，添加有不超过总铝需求重量30%的一级回炉料，进而实现对压铸成型后产生的一级回炉料的重复使用，提高原材料的使用率，显著降低生产成本。经测试，70%的Al99.80铝锭（含中间合金）加上30%的一级回炉料生产铝液所压铸的试棒，其铸态抗拉强度依然为270~300MPa，屈服强度为120~150MPa，伸长率为11~16%，和全部采用Al99.80铝锭熔融铝液铸造的试棒性能基本一致。本发明的高强韧铝合金废料可以大比例的同级循环利用，极大地降低了纯铝锭使用量，从而减少了电解铝需求量，节能环保，对降低压铸产业链的能耗、碳排放具有重要意义。

进一步地，在本申请优选实施例中，还公开了一种免热处理高强韧压铸铝合金制品，具体而言，该免热处理高强韧压铸铝合金制品具有上述免热处理高强韧压铸铝合金；

或该免热处理高强韧压铸铝合金制品具有上述免热处理高强韧压铸铝合金制备方法所制备的免热处理高强韧压铸铝合金；

或者，该免热处理高强韧压铸铝合金制品的至少一部分由上述免热处理高强韧压铸铝合金再加工得到；

或该免热处理高强韧压铸铝合金制品的至少一部分采用上述免热处理高强韧压铸铝合金制备方法所制备的免热处理高强韧压铸铝合金再加工得到。

更细节地，在本申请优选实施例中，该铝合金通过了小批量的一体化后地板试制，在充型良好的区域，其性能满足汽车底盘结构件性能需求，可应用于生产一体化后地板、前机舱、电池托盘等结构件。并且通过了一体式后地板零件性能验证，在充型良好的区域，本体取样抗拉强度为270~300MPa，屈服强度为120~150MPa，伸长率为12~17%，性能达到结构需要的同时，在不同位置取样的性能测试结果稳定。将其应用在大型结构件上，可实现后地板一次压铸成型，将原有的七十多个零件合并成一个，减少冲压工序，效率提升90%，产品减重10%，满足汽车行业以铝代钢的轻量化需求。同时通过减震塔零件的性能验证，力学性能和铆接性能达标，采用本发明铝合金铸造的减震塔满足装配要求。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

该免热处理高强韧压铸铝合金的各组分重量百分比为：硅：9.0wt％；镁：0.22wt％；锰：0.5wt％；钛：0.03wt％；锶：0.022wt％；钒：0.024wt％；锆：0.014wt%，铁：0.1wt％；其他不可避免的杂质元素单个不大于0.05wt.%，其他不可避免的杂质元素总和不大于0.25wt.%，其余为铝。采用该组分制备的铝合金的牌号为HTDA02plus。

该免热处理高强韧压铸铝合金的制备方法包括如下步骤：

S1、按照重量比称取Al99.80铝锭、Si4410工业硅、纯镁锭、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Ti-B中间合金；

S2、将称取出的金属原料分批次添加至熔炼炉熔炼，得到熔融铝液；

该S2包括如下步骤：

S21、将纯铝锭添加到熔炼炉中，之后熔炼炉中的温度升温至680℃，保持熔炼炉中温度直至纯铝锭全部熔化；

S22、将熔炼炉中的温度升温至720℃~750℃，之后加入Si4410工业硅、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金，并保持熔炼炉中的温度，直至中间合金和Si4410工业硅全部熔化；

S23、将熔炼炉温度降低至700℃~730℃，之后将纯镁锭压入熔体内，并保持熔炼炉中温度，直至纯镁锭完全熔化。

S3、待熔融铝液中的金属全部融化后，维持温度在700℃~730℃之间静置熔融铝液10min，并分析其化学成分是否符合要求；若是则进入步骤S5；若否则进入步骤S4；

S4、根据化学成分的分析确定成分调整方案及材料，之后进入步骤S2；

S5、向熔融铝液以18L/min的流量通入氩气并添加6kg固体精炼剂，进行精炼10min，对熔融铝液进行除渣除气处理，随后扒除表面浮渣，完成初步精炼，并将初步精炼的熔融铝液注入1吨容量转运包内；

S6、捞去铝液表面浮渣后加入5kg的AlTi5B1细化剂，压入熔体内部搅拌1min使其熔解，其后以25L/min的流量通入氮气和150g固体精炼剂再进行5min旋转精炼除渣除气，转速500r/min，其后进行捞渣，得到精炼铝液；

S7、将精炼铝液进行质量检测，判断精炼铝液是否符合质量要求；若是则进入步骤S9；若否则进入步骤S8；

S8、根据质量检测确定质量调整方案及材料，之后进入步骤S2；

S9、在铝液设定温度690℃，铸造压力80MPa，脱模剂比例1：80，模具温度200℃，真空度30~40mbar条件下进行压铸，得到免热处理高强韧压铸铝合金产品和一级回炉料。

如图1~3中所示，由上述成分制备的免热处理高强韧压铸铝合金α-Al平均晶粒尺寸不大于20μm，硅相的平均晶粒尺寸不大于1μm，根据细晶强化原理，晶粒越细小，材料的强度和韧性可以同时得到增强，进而确保该压铸铝合金能够具备较高的强度和韧性。

实施例2

该免热处理高强韧压铸铝合金的各组分重量百分比为：硅：9.0wt％；镁：0.006wt％；锰：0.5wt％；钛：0.03wt％；锶：0.022wt％；钒：0.024wt％；锆：0.014wt%，铁：0.1wt％；其他不可避免的杂质元素单个不大于0.05wt.%，其他不可避免的杂质元素总和不大于0.25wt.%，其余为铝。采用该组分制备的铝合金的牌号为HTDA02。

该免热处理高强韧压铸铝合金的制备方法包括如下步骤：

S1、按照重量比称取Al99.80铝锭、Si4410工业硅、纯镁锭、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Ti-B中间合金；

S2、将称取出的金属原料分批次添加至熔炼炉熔炼，得到熔融铝液；

该S2包括如下步骤：

S21、将纯铝锭添加到熔炼炉中，之后熔炼炉中的温度升温至680℃，保持熔炼炉中温度直至纯铝锭全部熔化；

S22、将熔炼炉中的温度升温至720℃~750℃，之后加入Si4410工业硅、Al-Mn中间合金、Al-V中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Sr中间合金，并保持熔炼炉中的温度，直至中间合金和Si4410工业硅全部熔化；

S23、将熔炼炉温度降低至700℃~730℃，之后将纯镁锭压入熔体内，并保持熔炼炉中温度，直至纯镁锭完全熔化。

S3、待熔融铝液中的金属全部融化后，维持温度在700℃~730℃之间静置熔融铝液10min，并分析其化学成分是否符合要求；若是则进入步骤S5；若否则进入步骤S4；

S4、根据化学成分的分析确定成分调整方案及材料，之后进入步骤S2；

S5、向熔融铝液以18L/min的流量通入氩气并添加6kg固体精炼剂，进行精炼10min，对熔融铝液进行除渣除气处理，随后扒除表面浮渣，完成初步精炼，并将初步精炼的熔融铝液注入1吨容量转运包内；

S6、捞去铝液表面浮渣后加入5kg的AlTi5B1细化剂，压入熔体内部搅拌1min使其熔解，其后以25L/min的流量通入氮气和150g固体精炼剂再进行5min旋转精炼除渣除气，转速500r/min，其后进行捞渣，得到精炼铝液；

S7、将精炼铝液进行质量检测，判断精炼铝液是否符合质量要求；若是则进入步骤S9；若否则进入步骤S8；

S8、根据质量检测确定质量调整方案及材料，之后进入步骤S2；

S9、在铝液设定温度690℃，铸造压力80MPa，脱模剂比例1：80，模具温度200℃，真空度30~40mbar条件下进行压铸，得到免热处理高强韧压铸铝合金产品和一级回炉料。

此外，本发明实施例1和实施例2中所制备的免热处理高强韧压铸铝合金与对比例1、对比例2、对比例3在化学成分（有差异的主要元素）和试棒力学性能上的对比如表1和表2所示。

其中，对比例1为Silafont 36（AlSi10MnMg铝合金）合金，Silafont 36合金和AlSi10MnMg铝合金为同一种物质，AlSi10MnMg为欧盟铝合金牌号，其为专利US6364970B1公开的一种可热处理强化的压铸合金。

对比例2为C611合金，C611铝合金材料是美国铝业公司为大型压铸件开发的一款免热处理材料。对比例3为本发明的、非最佳力学性能的其他V、Zr元素含量组合。3种对比例材料的制备方法与实施例一致。

表1压铸铝合金化学成分（有差异的主要元素）wt.%

表2压铸铝合金力学性能

根据上述表1、表2中各对比例和实施例的数据可以看出，通过在压铸铝合金中加入V、Zr强化，加入Al-Ti-B作为细化剂，在保证良好的压铸性能的同时，具有最佳的综合力学性能，并具有较低的成本。

除了Sr含量，铝合金很少研究含量低于0.1wt.%含量的合金元素影响，0.05wt.%以下的含量在生产过程中甚至被视为其他元素。本发明工作研究了低含量V、Zr元素对高强韧铝合金性能的影响，并且证明这两种元素微量（≤0.1wt.%）的添加量也可以对铝合金产生显著的性能影响。

本发明中的一种免热处理高强韧压铸铝合金及其制备方法与制品，材料性能优良，制备工艺便捷，通过对铝合金材料组分的准确设计，使得该制备出的铝合金能够在强度、伸长率、流动性等方面有良好的平衡，综合性能优于现有压铸铝合金材料。使用本发明生产的铝合金铸件，能够避免热处理工序造成铸件的形变，不仅降低了铸件产品报废率，还能够省去热处理过程中所需要消耗的能源，达到节能减排的效果。通过一级回炉料的同级循环利用，提高了材料的使用率，进一步降低生产成本，具有优良的经济效益和推广价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。