一种铝合金的制备方法
文献发布时间：2023-06-19 19:30:30
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种铝合金的制备方法。
背景技术
铝合金作为车身常用的金属结构材料，密度小，比强度高，减震效果好，应用到汽车减震塔、汽车后纵梁等部件，其减重优势明显，可实现良好的强度和刚度，耐疲劳性高。集成化设计、一体化压铸成型有利于减少加工过程，同时铸件结构设计灵活，可满足不同产品需求。
随着一体压铸技术概念的提出与应用落地，新型免热处理压铸铝合金的研究与应用逐渐成为热点，主要集中在Al-Si系和Al-Mg系两大类。这两类铝合金本身普遍具备中等强度与韧性，新型压铸合金的开发要求进一步提升其强度和(或)韧性，兼有良好的流动性和铸造性能。一旦免去热处理工艺，直接在铸态下使用，要想获得理想的组织和性能，材料成分、熔体质量及压铸工艺控制为关键手段，因为铸件性能对材料成分和铸造缺陷都很敏感，尤其是断后伸长率。Al-Mg系铝合金中的Mg元素容易氧化造渣，熔体质量尤其难控制，由此导致压铸件的性能降低。
本发明提出了一种Al-Mg系压铸铝合金的制备方法，通过一系列措施解决了熔炼质量难控制的问题，并且通过微合金化进一步改善了材料性能，可满足一体化压铸成型车身结构件的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于一体化压铸成型，特别是大型薄壁车身结构件压铸成型且具有高的强度、断后伸长率和疲劳强度的铝合金的制备方法，
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铝合金的制备方法，其特征在于：该铝合金的质量百分比组成为Mg：5.0～6.0wt％，Si：2.3～3.3wt％，Mn：0.5～0.8wt％，Ti：0.01～0.2wt％，Hf：0.1～0.3wt％，Fe≤0.15wt％，Cu≤0.03wt％，Zn≤0.07wt％，余量为Al及不可避免的杂质，其中Mg、Si的质量比满足：1.8～2.1：1；包括以下制备步骤：
1)配料：按照所需成分进行配料，原料包括铝锭、铝硅合金、铝镁合金、铝钛合金、铝锰合金、铝铪合金，烘干处理去除水分，烘干温度范围180～210℃；
2)熔炼：熔炼温度为700～730℃，采用旋转喷吹装置在熔体中通入氮气或氩气进行精炼处理，精炼过程中加入精炼剂，精炼剂加入量为熔体质量的0.2％～0.5％；旋转喷吹装置工艺参数为转数：300～350r/min，时间：5～10min，气体压力：0.2～0.4MPa，气体流量：7～10L/min；
3)添加保护剂：在熔体表面覆盖一层保护剂，保护剂为氟化锂、氯化锂的混合物，保护剂的添加量为熔体质量的0.02％～0.05％；
4)炉前检测：浇注试样，检测合格的熔体可用于压铸；
5)压铸：模具温度220～250℃，浇注温度680～700℃，压射速度3～5m/s，铸造压力80～100MPa，铸件脱模后在10秒内淬入水中。
将Mg、Si含量控制在本发明范围内，且Mg、Si的质量添加比满足：1.8～2.1:1，主要是为了Mg、Si尽可能形成Mg
Mn元素的添加是为了降低粘模倾向，当Mn含量高于0.8wt％时，会形成粗大的Al
Ti元素的添加是为了细化晶粒，过少细化效果不足，过多会初生的Al
Hf元素的添加是为了进一步细化晶粒和Mg
保护剂在熔体表面形成致密的氧化膜，有效抑制镁的烧损和氧化。LiCl和LiF在铝熔体中与Al、Mg相互反应，释放出Li原子，Li原子比Mg原子优先氧化，在熔体表面形成致密的氧化层，阻碍了镁原子与空气中氧气的反应，氟化锂(LiF)和氯化锂(LiCl)的混合物还可以俘获MgO、Al
压铸完成后立即淬入水中，可提高合金元素在铝中的过饱和度，抑制第二相的析出，能有效降低合金的屈服强度，提高断后伸长率。
作为优选，所述步骤2)中，精炼剂的质量百分比组成为KCl：34～40wt％、CaF
作为优选，所述步骤3)中，所述氟化锂、氯化锂的质量比为1：2～8，该配比可保证氟化锂、氯化锂的熔点较低，加入到铝合金熔体表面以后，呈液态在熔体表面铺展开来，形成一层致密的氧化膜，避免镁元素的继续氧化。
作为优选，该铝合金的相组织中包括基体相α-Al相以及第二相，第二相包括Mg
Mg
Mg
作为优选，所述α-Al相呈球状，平均晶粒尺寸≤45μm；所述Mg
作为优选，所述步骤4)中，铝液的密度当量值<1％，夹杂物质量含量小于1％。如此，可将铝合金的氢含量控制在0.20ml/100gAl以下，铝铸件的针孔度达到2级以内，低的孔隙率有助于提高合金的强度和塑性。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过控制铝合金的成分以及制备方法，实现Mg
附图说明
图1为本发明实施例1的金相组织照片(放大200倍)。
图2为本发明实施例1的金相组织照片(放大500倍)。
图3为本发明对比例1的金相组织照片(放大200倍)。
图4为本发明对比例1的金相组织照片(放大500倍)。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提供3个实施例和2个对比例，具体成分见表1。
实施例1铝合金压铸件为汽车车门，制备步骤如下：
1)配料：按照所需成分进行配料，原料包括铝锭、Al-20Si中间合金、Al-20Mg中间合金、Al-10Mn中间合金、Al-10Ti中间合金、Al-4Hf中间合金，烘干处理去除水分，烘干温度范围200℃；
2)熔炼：熔炼温度为720℃，采用旋转喷吹装置在熔体中通入高纯氮气进行精炼处理，精炼过程中加入精炼剂，精炼剂加入量为熔体质量的0.4％；旋转喷吹装置工艺参数为转数：300r/min，时间：10min，气体压力：0.4MPa，气体流量：7L/min；精炼剂的质量百分比组成为KCl：34wt％、CaF
3)添加保护剂：在熔体表面覆盖一层保护剂，保护剂为氟化锂、氯化锂的混合物，保护剂的添加量为熔体质量的0.02％；氟化锂、氯化锂的质量比为1：2。
4)炉前检测：浇注圆柱型试样，采用光谱仪进行化学成分分析，分析结果应在材料成分范围以内；采用密度当量仪对铝液中的气体含量进行评定，密度当量值小于1％；采用K模法评定夹杂物含量，MgO、Al
5)压铸：经炉前检验合格的熔体可用于压铸，模具温度230℃，浇注温度690℃，压射速度为3m/s，铸造压力80MPa，铸件脱模后在10秒内淬入水中。
实施例2铝合金压铸件为汽车车门，制备步骤如下：
1)配料：按照所需成分进行配料，原料包括铝锭、纯铝、Al-30Si中间合金、Al-30Mg中间合金、Al-10Mn中间合金、Al-5Ti中间合金、Al-4Hf中间合金，烘干处理去除水分，烘干温度范围200℃；
2)熔炼：熔炼温度为720℃，采用旋转喷吹装置在熔体中通入高纯氩气进行精炼处理，精炼过程中加入精炼剂，精炼剂加入量为熔体质量的0.5％；旋转喷吹装置工艺参数为转数：350r/min，时间：8min，气体压力：0.4MPa，气体流量：10L/min；精炼剂的质量百分比组成为KCl：40wt％、CaF
3)添加保护剂：在熔体表面覆盖一层保护剂，保护剂为氟化锂、氯化锂的混合物，保护剂的添加量为熔体质量的0.03％；氟化锂、氯化锂的质量比为1：5。
4)炉前检测：浇注圆柱型试样，采用光谱仪进行化学成分分析，分析结果应在材料成分范围以内；采用密度当量仪对铝液中的气体含量进行评定，密度当量值小于1％；采用K模法评定夹杂物含量，MgO、Al
5)压铸：经炉前检验合格的熔体可用于压铸，模具温度225℃，浇注温度690℃，压射速度为4m/s，铸造压力90MPa，铸件脱模后在10秒内淬入水中。
实施例3铝合金压铸件为汽车车门，制备步骤如下：
1)配料：按照所需成分进行配料，原料包括铝锭、Al-30Si中间合金、Al-30Mg中间合金、Al-10Mn中间合金、Al-10Ti中间合金、Al-4Hf中间合金，烘干处理去除水分，烘干温度范围200℃；
2)熔炼：熔炼温度为710℃，采用旋转喷吹装置在熔体中通入高纯氮气进行精炼处理，精炼过程中加入精炼剂，精炼剂加入量为熔体质量的0.5％；旋转喷吹装置工艺参数为转数：350r/min，时间：6min，气体压力：0.4MPa，气体流量：8L/min；精炼剂的质量百分比组成为KCl：38wt％、CaF
3)添加保护剂：在熔体表面覆盖一层保护剂，保护剂为氟化锂、氯化锂的混合物，保护剂的添加量为熔体质量的0.04％；氟化锂、氯化锂的质量比为1：8。
4)炉前检测：浇注圆柱型试样，采用光谱仪进行化学成分分析，分析结果应在材料成分范围以内；采用密度当量仪对铝液中的气体含量进行评定，密度当量值小于1％；采用K模法评定夹杂物含量，MgO、Al
5)压铸：经炉前检验合格的熔体可用于压铸，模具温度250℃，浇注温度690℃，压射速度为5m/s，铸造压力100MPa，铸件脱模后在10秒内淬入水中。
对比例1与实施例1相比，其不同之处在于：Mn、Ti、Fe、Hf的含量不同。
对比例2与实施例1相比，其不同之处在于：省去了步骤3)，即不添加保护剂。
对得到的实施例和对比例进行以下检测：
晶粒尺寸大小检测：采用金相显微镜下观察，测量晶粒尺寸。
第二相以及含量检测：采用金相显微镜、扫描电镜进行观察，通过图像分析专用软件对Mg
从图1、2可以看出，实施例1的晶粒细小，呈球状，尺寸≤45μm，Mg
从图3、4可以看出，对比例1的晶粒粗大，呈树枝状，尺寸为80μm左右，Mg
铝液的密度当量值检测：测量常压下凝固和80mbar负压下凝固试样的密度，密度差与常压下凝固试样的密度之间的百分比即为铝液的密度当量值。
夹杂物含量测试：采用K模法测试。
具体检测结果见表2、3。
表1本发明实施例、对比例的成分/wt％
表2本发明实施例、对比例的微观组织
表3本发明实施例、对比例的性能
/>