本申請(qǐng)涉及鋁合金，具體涉及一種復(fù)合微合金化鋁合金及其凝固成形制備工藝。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代制造業(yè)中，al-si-mg-mn合金憑借其低密度、高比強(qiáng)度以及優(yōu)良的加工性能，在各類復(fù)雜構(gòu)件制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著制造技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，擠壓鑄造工藝融合傳統(tǒng)鑄造與鍛造工藝的優(yōu)勢(shì)，逐步成為鋁合金構(gòu)件生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)手段，該工藝不僅能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形狀構(gòu)件的近凈成形，還能有效提高構(gòu)件的組織致密性和綜合力學(xué)性能。

2、然而，隨著新能源汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)底盤及車身結(jié)構(gòu)件的服役性能提出了更高要求?，F(xiàn)有的al-si-mg-mn合金在耐疲勞性能、抗變形能力以及高溫服役性能等方面，已難以滿足高性能應(yīng)用場(chǎng)景的需求。具體而言，傳統(tǒng)鑄造工藝不可避免地會(huì)產(chǎn)生微觀孔洞缺陷，這些缺陷極易引發(fā)應(yīng)力集中現(xiàn)象；同時(shí)，現(xiàn)有的al-si-mg-mn合金難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)300mpa級(jí)屈服強(qiáng)度和8％延伸率的使用目標(biāo)要求；此外，該體系合金中如mg元素等在晶界處的非平衡偏析會(huì)在高溫條件下加速晶界滑移，進(jìn)而使該合金的高溫力學(xué)性能不佳?；谏鲜霈F(xiàn)狀，研發(fā)一種性能更優(yōu)的鋁合金材料及其制備工藝迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種復(fù)合微合金化鋁合金及其凝固成形制備工藝，以解決現(xiàn)有al-si-mg-mn合金存在的不足，滿足不斷增長(zhǎng)的高性能應(yīng)用需求。

2、本申請(qǐng)的實(shí)施例可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種復(fù)合微合金化鋁合金，按照質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分構(gòu)成：

4、si?0.7％-1.3％，

5、mg?0.6％-1.2％，

6、mn?0.4％-1.0％，

7、微合金元素0.2％-0.6％，

8、余量為al；

9、其中，所述微合金元素為sc和cr，或，所述微合金元素為sc、cr和zr。

10、優(yōu)選地，按照質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分構(gòu)成：si?0.7％-1.3％，mg?0.6％-1.2％，mn?0.4％-1.0％，sc?0.1％-0.5％，cr?0.1％，余量為al。

11、優(yōu)選地，按照質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分構(gòu)成：si?0.7％-1.3％，mg?0.6％-1.2％，mn?0.4％-1.0％，sc?0.3％，zr?0.2％，cr?0.1％，余量為al。

12、一種上述的復(fù)合微合金化鋁合金的凝固成形制備工藝，包括如下步驟：

13、s1，按設(shè)計(jì)的合金組分完成配料；

14、s2，將配料置于加熱爐中直至完全熔化，并進(jìn)行機(jī)械攪拌；

15、s3，向完全熔化的熔融合金施加超聲波振動(dòng)；

16、s4，精煉、扒渣、控溫靜置，得到鋁合金溶液；

17、s5，將靜置后的金屬溶液澆鑄至預(yù)熱的模具中、擠壓鑄造成形并保壓、冷卻得到鋁合金鑄件；

18、s6，將擠壓鑄造成形后的鋁合金鑄件進(jìn)行固溶淬火處理和時(shí)效處理。

19、進(jìn)一步地，所述s2包括以下步驟：

20、s21，將al、si、mg、mn原料置于加熱爐中，保持750-780℃的溫度直至完全熔化；

21、s22，維持750-780℃的溫度，繼續(xù)向其中加入al-sc、al-zr和al-cr中間合金原料直至完全熔化。

22、進(jìn)一步地，所述s3中施加超聲波振動(dòng)具體參數(shù)為：超聲波功率為1000-2000w，振幅為0.1-100μm，超聲時(shí)間為100?-1000s，超聲波頻率為10-20khz。

23、進(jìn)一步地，所述s4具體工藝包括：向完全熔化的金屬溶液中添加精煉劑進(jìn)行精煉，精煉時(shí)溫度維持在750-780℃，精煉后進(jìn)行扒渣，并控制溫度維持在750-780℃靜置10min。

24、進(jìn)一步地，所述精煉劑為c2cl6，精煉劑的添加量為金屬溶液總質(zhì)量的1wt％。

25、進(jìn)一步地，所述s5中的具體工藝條件為：模具預(yù)熱溫度為280-300℃，擠壓鑄造成形的壓力為150-200mpa，保壓條件為在100-200mpa的壓力下保持30-120s。

26、進(jìn)一步地，所述s6中固溶淬火處理是將鋁合金鑄件在520-540℃的溫度下保溫10-12h后冷卻至室溫；所述時(shí)效處理是將固溶淬火處理后的鋁合金鑄件在170-190℃的溫度下保溫11-13h后冷卻至室溫。

27、本申請(qǐng)的實(shí)施例提供的一種復(fù)合微合金化鋁合金及其凝固成形制備工藝至少具有以下有益效果：

28、本申請(qǐng)?jiān)赼l-si-mg-mn合金中復(fù)合添加微量的sc、zr和cr以得到一種新型復(fù)合微合金化的鋁合金，通過形成al3(sc1-xzrx)第二相粒子以及al-(femncr)si相，實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用，結(jié)合制備工藝的進(jìn)一步改進(jìn)，可制備得到成本低、組織致密、綜合力學(xué)性能優(yōu)異并且在高溫服役時(shí)仍維持良好力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的鋁合金構(gòu)件。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合微合金化鋁合金，其特征在于，按照質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分構(gòu)成：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合微合金化鋁合金，其特征在于，按照質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分構(gòu)成：si?0.7％-1.3％，mg?0.6％-1.2％，mn?0.4％-1.0％，sc?0.1％-0.5％，cr0.1％，余量為al。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合微合金化鋁合金，其特征在于，按照質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分構(gòu)成：si?0.7％-1.3％，mg?0.6％-1.2％，mn?0.4％-1.0％，sc?0.3％，zr?0.2％，cr0.1％，余量為al。

4.一種如權(quán)利要求1所述的復(fù)合微合金化鋁合金的凝固成形制備工藝，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝固成形制備工藝，其特征在于，所述s2包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝固成形制備工藝，其特征在于，所述s3中施加超聲波振動(dòng)具體參數(shù)為：超聲波功率為1000-2000w，振幅為0.1-100μm，超聲時(shí)間為100-1000s，超聲波頻率為10-20khz。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝固成形制備工藝，其特征在于，所述s4具體工藝包括：向完全熔化的金屬溶液中添加精煉劑進(jìn)行精煉，精煉時(shí)溫度維持在750-780℃，精煉后進(jìn)行扒渣，并控制溫度維持在750-780℃靜置10min。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的凝固成形制備工藝，其特征在于，所述精煉劑為c2cl6，精煉劑的添加量為金屬溶液總質(zhì)量的1wt％。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝固成形制備工藝，其特征在于，所述s5中的具體工藝條件為：模具預(yù)熱溫度為280-300℃，擠壓鑄造成形的壓力為150-200mpa，保壓條件為在100-200mpa的壓力下保持30-120s。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝固成形制備工藝，其特征在于，所述s6中固溶淬火處理是將鋁合金鑄件在520-540℃的溫度下保溫10-12h后冷卻至室溫；所述時(shí)效處理是將固溶淬火處理后的鋁合金鑄件在170-190℃的溫度下保溫11-13h后冷卻至室溫。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開了一種復(fù)合微合金化鋁合金，按照質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分構(gòu)成：Si?0.7％?1.3％，Mg?0.6％?1.2％，Mn?0.4％?1.0％，微合金元素0.2％?0.6％，余量為Al；其中，所述微合金元素為Sc和Cr，或，所述微合金元素為Sc、Cr和Zr。通過微合金元素的添加，使本申請(qǐng)所得的鋁合金在室溫以及高溫均具有優(yōu)異的力學(xué)性能，本申請(qǐng)還公開了上述鋁合金的凝固成形制備工藝，并通過超聲波輔助振動(dòng)進(jìn)一步促進(jìn)元素均勻分散，提高整體性能。

技術(shù)研發(fā)人員：陳剛,常旭升,陳強(qiáng),魏方鳴,趙祖德
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8