專利名稱：：一種擠壓鑄造鋁硅銅合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋁合金材料，具體是指一種力學(xué)性能優(yōu)良和鑄造成形性好的擠壓鑄造鋁硅銅合金材料。
背景技術(shù)：
：汽車(chē)零部件的輕量化是汽車(chē)減重而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的主要途徑之一。它既可以通過(guò)采用輕金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)采用高強(qiáng)度材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。鋁合金強(qiáng)韌化涵括了零部件輕量化發(fā)展的上述兩個(gè)方面，因而備受廣泛重視。鋁合金主要有變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類(lèi)。變形鋁合金通過(guò)擠壓、軋制、拉拔、鍛造等手段減少了缺陷，細(xì)化了晶粒，提高了組織致密度，因而強(qiáng)度高、韌性好，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，變形鋁合金對(duì)加工設(shè)備和工裝模具要求高、工序多，因而生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本很高。與變形鋁合金相比，鑄造鋁合金具有工藝流程短、易于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零部件、即可小批量生產(chǎn)也可大批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于汽車(chē)零部件的成形制造。A356(Al-7%Si-0.4%Mg)是目前使用最為廣泛的鑄造鋁合金，具有優(yōu)異的鑄造成形性能，良好的抗磨損和抗腐蝕性能，F(xiàn)e元素含量不超過(guò)0.25%,因此，鑄件的澆冒系統(tǒng)和報(bào)廢鑄件可以回爐重新使用，提高了材料利用率，可降低生產(chǎn)成本。但是，該合金在T6熱處理后，其參照抗拉強(qiáng)度為290MPa，伸長(zhǎng)率為3%，力學(xué)性能偏低，在使用該合金進(jìn)行零部件"以鋁代鐵"的換代中，通常要改變零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加零件壁厚等，降低了"以鋁代鐵"的減重效果。為了提高鑄造鋁合金的性能，各國(guó)研究者開(kāi)發(fā)了一些高強(qiáng)度鑄造鋁合金，法國(guó)牌號(hào)的A-U5GT合金、美國(guó)鋁協(xié)會(huì)牌號(hào)的A201.0合金和我國(guó)牌號(hào)的ZL205A合金是其中的典型代表。這些鑄造鋁合金都屬于Al-Cu-Mn系合金，但這些高強(qiáng)度鑄造鋁合金存在以下不足1)這些合金結(jié)晶溫度范圍寬，鑄造性能很差，具體表現(xiàn)為偏析和熱裂傾向嚴(yán)重、流動(dòng)性較差、補(bǔ)縮困難，容易出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷；同時(shí)，難以應(yīng)用于剛性模生產(chǎn)，主要采用砂型鑄造工藝進(jìn)行零件的成形，成形零件性能與試棒性能相差很遠(yuǎn)，與剛性模鑄造成形相比，成形零件表面質(zhì)量不高，尺寸精度差。2)為了獲得良好的性能，上述合金對(duì)雜質(zhì)元素含量的控制非常嚴(yán)格，如A-U5GT合金要求鐵控制在0.1%以下，ZL205A合金要求鐵控制在0.15%以下，因此，原材料需要使用成本貴的高純鋁錠，且工藝控制的難度大，鑄件的澆冒系統(tǒng)和報(bào)廢鑄件難以回收利用，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用困難。3)為了獲得良好的性能，這些合金還需要添加一些貴重合金元素，如美國(guó)鋁協(xié)會(huì)牌號(hào)201.0合金(AlCu4AgMgMn)含有0.401.00%的銀，國(guó)標(biāo)ZL205A合金中含有鎘等貴金屬，導(dǎo)致這些合金材料的成本較高。4)這些合金熔點(diǎn)高，均超過(guò)63(TC，為了保證鑄造成形需要，通常熔煉溫度達(dá)到750°C，合金燒損、氧化、吸氣嚴(yán)重，能源消耗大；此外，這些合金液態(tài)金屬粘度達(dá)到0.4Pa.s，約為Al-Si系合金的4倍，精煉處理中清渣、除氣困難，鑄件易出現(xiàn)缺陷。鋁硅銅系(Al-Si-Cu)鑄造合金，利用Si元素可提高成形和抗腐蝕性能，以及Qi元素的固溶強(qiáng)化作用，提高合金的抗拉強(qiáng)度。但是，現(xiàn)有該系列鑄造合金由于成分及制備方法的不足，力學(xué)性能不高，其中ZL105A(4.50~5.50%Si,1.00~1.50%Cu，0.40~0.55%Mg,其余為Al)參照的力學(xué)性能最高，T5狀態(tài)下抗拉強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到290MPa和2X(《鑄造工程師手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2001年)。擠壓鑄造是一種結(jié)合鑄造和鍛造特點(diǎn)于一體的成形工藝，兼有鑄造和鍛造的優(yōu)點(diǎn)。擠壓鑄造成形技術(shù)主要針對(duì)輕合金，可獲得內(nèi)部組織致密、晶粒細(xì)小、表面光潔的優(yōu)質(zhì)擠壓鑄造件，具有廣泛的適用性、技術(shù)上的領(lǐng)先性和經(jīng)濟(jì)上的低成本，是一種獲得高性能鑄件的液態(tài)成形技術(shù)。通過(guò)優(yōu)化與改進(jìn)鋁合金化學(xué)成分，開(kāi)發(fā)高性能鋁合金新材料，同時(shí)結(jié)合擠壓鑄造成形工藝，提高成形零件的力學(xué)性能，可實(shí)現(xiàn)零件的高性能化和輕量化，在汽車(chē)、航空等工業(yè)中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有鑄造鋁合金的不足，通過(guò)優(yōu)化合金成分設(shè)計(jì)和采用擠壓鑄造工藝開(kāi)發(fā)出一種力學(xué)性能優(yōu)良和鑄造成形性好的擠壓鑄造鋁硅銅合金材料，以實(shí)現(xiàn)鑄造鋁合金零件的高性能化和輕量化。本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種擠壓鑄造鋁硅銅合金材料，其特征在于采用擠壓鑄造技術(shù)，并分別采用固溶熱處理(T4熱處理)和固溶熱處理+完全人工時(shí)效(T6熱處理)工藝制備的擠壓鑄造鋁硅銅合金材料；其主要成分及其質(zhì)量百分比含量為硅5.306.20%，銅3.804.30%，微量合金強(qiáng)化元素0.600.91%，雜質(zhì)元素鐵為0.20~0.30%，其余為鋁和不可避免的微量雜質(zhì)；所添加的微量合金強(qiáng)化元素為鎂0.190.40%，鈦0.240.30%，硼0.010.03%，鋅0.080.09%，錳0.080.09%。上述原材料采用A356、工業(yè)鋁錠、鋁銅合金和鋁鈦硼合金配制而成。本發(fā)明合金與現(xiàn)有鑄造鋁合金相比具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的合金材料同時(shí)具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性。例如，在擠壓比壓為75MPa，淬火+完全人工時(shí)效(T6)熱處理?xiàng)l件下，本發(fā)明合金材料的典型力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度370MPa，伸長(zhǎng)率5.1%，大幅超過(guò)現(xiàn)有A356、ZL105A合金的力學(xué)性能。2、本發(fā)明鋁備金含有硅5.306.20%，合金熔煉溫度為720730°C，粘度低，精煉處理易于除氣、清渣，在鑄造成形性能方面，與A356、ZL105合金相當(dāng)，而明顯優(yōu)于ZL205、A201合金。3、本發(fā)明合金的要求雜質(zhì)元素鐵控制在0.30%即可，對(duì)比ZL205A合金，可以采用成本較低的99.8%工業(yè)鋁錠作為原材料，合金舊料可回收重熔鑄造。4、本發(fā)明合金不含銀、鎘等貴重金屬，成本低于ZL205A、A201合金。5、綜上所述，本發(fā)明不僅具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，且鑄造成形性能好，原材料成本低、來(lái)源方便；特別適用于制造具有輕量化和減重要求的零部件，在汽車(chē)、航空等工業(yè)中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，本發(fā)明實(shí)施方式不僅限于此。實(shí)施例一步驟一配料<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>步驟二熔煉合金在石墨坩堝電阻爐中熔煉。加料前將坩堝燒至暗紅，爐溫在300400。C時(shí)，同時(shí)加入A356鋁硅鎂合金和工業(yè)鋁錠；70(TC時(shí)加入鋁銅合金；72(TC時(shí)加入鋁鈦硼合金，然后攪拌3min。用商用固體精煉劑在720730"C下精煉除氣、除渣，加少量覆蓋劑，靜置5min，攪拌均勻后在70(TC下澆注。步驟三擠壓鑄造擠壓鑄造用壓機(jī)為100噸四柱液壓機(jī)，在直接擠壓鑄造模具上進(jìn)行，擠壓比壓分別為25，50，75MPa，擠壓速度為0.010.03m/s，保壓30s左右，鑄件外形為長(zhǎng)100mmX寬80mmX高40mm。步驟四熱處理將鑄件切割成條形方塊進(jìn)行熱處理，熱處理爐為帶鼓風(fēng)機(jī)的電阻爐，溫控精度士rC。采用的熱處理工藝分別為T(mén)4和T6，T4工藝參數(shù)為495。C固溶6小時(shí)，室溫水淬；T6工藝參數(shù)為495°。固溶6小時(shí)，室溫水淬，然后在170"C下時(shí)效6小時(shí)，空冷。通過(guò)上述步驟獲得的合金材料含有硅6.18%，銅3.80%,鎂0.40%，鈦0.29%，硼0.02%，鋅0.09%，錳0.09%，鐵0.29%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。不同比壓下合金材料T4和T6熱處理后的力學(xué)性能如表1和表2所示。表1不同擠壓比壓下T4熱處理后的合金力學(xué)性能表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>2不同擠壓比壓下T6熱處理后的合金力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例二:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>步驟二熔煉；步驟三擠壓鑄造；步驟四熱處理均與實(shí)施例一相同。通過(guò)上述步驟獲得的合金材料含有硅5.30%，銅4.25%,鎂0.19%，鈦0.30%,硼0.03%，鋅0.08%，錳0.08%，鐵0.20%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。不同比壓下合金材料T4和T6熱處理后的力學(xué)性能如表3和表4所示。表3不同擠壓比壓下T4熱處理后的合金力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>4不同擠壓比壓下T6熱處理后的合金力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例三步驟一配料成分規(guī)格質(zhì)量百分比用量成分規(guī)格質(zhì)量百分比用量<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>步驟二熔煉；步驟三擠壓鑄造；步驟四熱處理均與實(shí)施例一相同。通過(guò)上述步驟獲得的合金材料含有硅5.80%，銅4.15%,鎂0.29%，鈦0.24%，鋅0.09%，硼0.01%，錳0.08%，鐵0.26%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)。不同比壓下合金材料T4和T6熱處理后的力學(xué)性能如表5和表6所示。表5不同擠壓比壓下T4熱處理后的合金力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表6不同擠壓比壓下T6熱處理后的合金力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種擠壓鑄造鋁硅銅合金材料，其特征在于采用擠壓鑄造技術(shù)，并分別采用固溶熱處理和固溶熱處理+完全人工時(shí)效工藝制備的擠壓鑄造鋁硅銅合金材料；其主要成分及其質(zhì)量百分比含量為硅5.30～6.20％，銅3.80～4.30％，微量合金強(qiáng)化元素0.60～0.91％，雜質(zhì)元素鐵為0.20～0.30％，其余為鋁和不可避免的微量雜質(zhì)；所添加的微量合金強(qiáng)化元素為鎂0.19～0.40％，鈦0.24～0.30％，硼0.01～0.03％，鋅0.08～0.09％，錳0.08～0.09％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種擠壓鑄造鋁合金材料，其特征在于采用A356、工業(yè)鋁錠、鋁銅合金和鋁鈦硼合金配制而成。全文摘要本發(fā)明涉及鋁合金材料，具體是一種采用擠壓鑄造技術(shù)，并分別采用固溶熱處理(T4熱處理)和固溶熱處理+完全人工時(shí)效(T6熱處理)工藝制備的擠壓鑄造鋁硅銅合金材料；其主要成分及其質(zhì)量百分比含量為硅5.30～6.20％，銅3.80～4.30％，微量合金強(qiáng)化元素0.60～0.91％，雜質(zhì)元素鐵為0.20～0.30％，其余為鋁和不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明不僅具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，且鑄造成形性能好，原材料成本低、來(lái)源方便；特別適用于制造具有輕量化和減重要求的零部件，在汽車(chē)、航空等工業(yè)中有著十分廣闊的應(yīng)用前景。文檔編號(hào)C22C21/02GK101376937SQ200810199018公開(kāi)日2009年3月4日申請(qǐng)日期2008年10月8日優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日發(fā)明者張克武,張衛(wèi)文,李元元,趙海東申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)