高性能铸造亚共晶ALSICUMG合金.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210432284.2	申请日：	2012.11.02
公开号：	CN102952975A	公开日：	2013.03.06
当前法律状态：	驳回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C22C 21/04申请公布日:20130306\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C22C 21/04申请日:20121102\|\|\|公开
IPC分类号：	C22C21/04	主分类号：	C22C21/04
申请人：	沈阳工业大学
发明人：	李润霞; 于宝义; 焦文祝; 吴雪峰; 杨叶
地址：	110870 辽宁省沈阳市经济技术开发区沈辽西路111号
优先权：
专利代理机构：	沈阳智龙专利事务所(普通合伙) 21115	代理人：	宋铁军;周楠
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内容摘要

本发明涉及一种高性能铸造亚共晶Al-Si-Cu-Mg合金，所述高性能铸造亚共晶Al-Si-Cu-Mg合金包括下述质量百分比的原料：Si6.5-7.5%，Cu1.0-1.5%，Mg0.4-0.6%，Sr0.035-0.045%，Zr0.15-0.25%，余量为Al。本发明这种高性能铸造亚共晶Al-Si-Cu-Mg合金在一定的熔炼、熔体净化、合金化、晶粒细化、变质工艺条件下具有较高的强度和良好的韧性。在金属型重力铸造条件下，本合金室温抗拉强度大于220Mpa，延伸率大于4.1%，布氏硬度大于85HB，适用于生产大型薄壁以及需承受高负荷的铝合金铸件。

权利要求书

权利要求书一种高性能铸造亚共晶Al‑Si合金，其特征在于：所述合金是由下述质量百分比的原料制备而成：Si 6.5‑7.5%，Cu 1.0‑1.5%，Mg 0.4‑0.6%，Sr 0.035‑0.045%，Zr 0.15‑0.25%，余量为Al。
根据权利要求1所述的高性能铸造亚共晶Al‑Si合金，其特征在于：所述合金在金属型重力铸造条件下，室温抗拉强度大于220Mpa，延伸率大于4.1%，布氏硬度大于85HB。

说明书

说明书高性能铸造亚共晶Al‑Si‑Cu‑Mg合金
技术领域
本发明涉一种铝合金材料，尤其是涉及一种高性能铸造亚共晶Al‑Si‑Cu‑Mg合金。
背景技术
Al‑Si系合金的流动性好、铸件致密、不易产生铸造裂纹，具有良好的铸造性能、抗蚀性能和中等的切削加工性能，但是简单的二元Al‑Si合金强度、硬度、韧性一般。铝合金的强化方法一般包括加工硬化、固溶强化、第二相强化、晶界强化和复合强化等。其中，提高铸造铝合金的强韧性的具体途径是熔体处理（变质、熔体的净化和纯化、晶粒细化）、合金化以及热处理等。Al‑Si合金中加入Mg元素以后组织中出现Mg2Si强化相，Al‑Si‑Mg合金中加入Cu元素后，在一定范围内，随着Cu含量的提高，其强度显著增加，延伸率不断下降，合金的热强性也不断增加。随着近年来航天航空工业和汽车工业的迅速发展，人们对铸件的可靠性等要求越来越高，同时对合金综合性能和特种性能的要求也不断提高，常规的铝合金已经不能满足一些交通、航天等领域对材料的要求，所以开发高性能铝合金成为迫切需要。
发明内容
发明目的：
本发明通过熔炼、熔体净化、合金化、晶粒细化、变质工艺提供一种高性能铸造亚共晶Al‑Si‑Cu‑Mg合金及其制备方法，制成的铸态合金具有良好的铸造性能、较高的延伸率以及良好的切削性能。
技术方案：
一种高性能铸造亚共晶Al‑Si合金，其特征在于：所述合金是由下述质量百分比的原料制备而成：Si 6.5‑7.5%，Cu 1.0‑1.5%，Mg 0.4‑0.6%，Sr 0.035‑0.045%，Zr 0.15‑0.25%，余量为Al。
所述合金在金属型重力铸造条件下，室温抗拉强度大于220Mpa，延伸率大于4.1%，布氏硬度大于85HB。
优点效果：
本发明的技术效果是：通过熔炼、熔体净化、合金化、晶粒细化、变质综合处理工艺，能显著净化熔体，减少吸气量和杂质含量；细化初生α‑Al，共晶组织由粗大的针片状变为细小的珊瑚状，合金内部形成强化相有Mg2Si、Al2Cu等。本合金在金属型重力铸造条件下，其室温抗拉强度大于220Mpa，伸长率大于4.1%，布氏硬度大于85HB，本合金还具有良好的机械性能及流动性能，合金的综合性能得到显著提高。
具体实施方式：
本发明涉及一种高性能铸造亚共晶Al‑Si合金，其特征在于：所述合金是由下述质量百分比的原料制备而成：Si 6.5‑7.5%，Cu 1.0‑1.5%，Mg 0.4‑0.6%，Sr 0.035‑0.045%，Zr 0.15‑0.25%，余量为Al。
所述合金在金属型重力铸造条件下，室温抗拉强度大于220Mpa，延伸率大于4.1%，布氏硬度大于85HB。
本发明所述的高性能铸造亚共晶Al‑Si合金，采用常规铝合金熔炼工艺，在Al‑Si合金中加入合金强化元素Cu、Mg，晶粒细化元素Zr，变质元素Sr。其中最佳配比为Si 6.5‑7.5%，Cu 1.0‑1.5%，Mg 0.4‑0.6%，Sr 0.035‑0.045%，Zr 0.15‑0.25%，余量为Al。所用覆盖剂为KCl和NaCl混合物（质量比为1：1），加入量为1%（合金总质量的1%）；精炼剂为3/4C2Cl6+1/4Na2SiF6的混合物，加入量0.6%，Na2SiF6使用前要烘干。熔炼前将钟罩、撇渣勺、等熔炼工具和坩埚内壁清理干净，并预热喷刷涂料。石墨坩埚所用涂料配比（质量比）为：滑石粉（90%）、水玻璃（10%）、余量水。熔炼金属工具涂料配比（质量比）为：氧化锌（25~30%）、水玻璃（3~5%）、余量水。
本发明所涉及的高性能铸造亚共晶Al‑Si合金，其熔炼工艺为：将坩埚预热至暗红色，先将纯铝锭放入坩埚中，待纯铝熔化后，将预热至300℃左右的Al‑Si中间合金压入熔体中，等熔体温度到达720℃后，再将预热后的Al‑Cu、Al‑Zr中间合金压入熔体中。15min后用钟罩将纯镁（铝箔包裹）加入熔体中，并轻轻搅拌。保温一段时间，在熔体温度达到730℃时，加入精炼剂总量的2/3进行第一次精炼，精炼过程中要缓缓搅动钟罩（不要刮碰坩埚内壁及底部），精炼完成后在加入变质剂中间合金Al‑10Sr并在液面上撒入1/2的覆盖剂。保温20min后扒渣，再加入剩余的1/3精炼剂，随后扒渣并迅速加入剩余的1/2覆盖剂。降温到720℃，静置15min后浇注。浇注金属型模具温度为200℃。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明：
合金熔炼在7.5KW坩埚式电阻炉中进行。
实施例1
熔炼所用材料：高纯Al（99.99%）、工业纯Mg（99.9%）、中间合金Al‑26Si、Al‑50Cu、Al‑5Zr、Al‑10Sr、分析纯NaCl、分析纯KCl、分析纯Na2SiF6、C2Cl6。
原材料配比（重量百分比）：Si 6.5%，Cu 1.0%，Mg 0.4%，Sr 0.035%，Zr 0.15%，余量为Al。
按上述成分配制合金，先把高纯铝放入石墨坩埚中，熔炼温度设定720℃，待高纯铝完全熔化后加入Al‑26Si中间合金，等其熔化后加入Al‑50Cu、Al‑5Zr，金属完全熔化后，用钟罩将工业纯镁（用铝箔包裹）压入合金液中，保温5min，在730℃时第一次加入精炼剂，用量为总量的2/3，精炼完成后加入变质剂中间合金Al‑10Sr并在液面上撒入1/2的覆盖剂。保温20min后扒渣，然后加入剩余的1/3精炼剂，随后扒渣并迅速加入剩余的1/2覆盖剂。降温到720℃，静置15min后浇注。浇注金属型模具温度为200℃。细化剂Al‑5Zr加入量为合金量的0.15%，变质剂Al‑10Sr加入量为0.035%，精炼剂加入量为合金量的0.6%。本合金在金属型重力铸造条件下，室温抗拉强度大于220Mpa，延伸率大于4.1%，布氏硬度大于85HB。
实施例2
熔炼所用材料和设备与实施例1相同。
合金成分原材料配比（重量百分比）：Si 7%，Cu 1.2%，Mg 0.5%，Sr 0.04%，Zr 0.2%，余量为Al。
按上述成分配制合金，先把高纯铝放入石墨坩埚中，熔炼温度设定720℃，待高纯铝完全熔化后加入Al‑26Si中间合金，等其熔化后加入Al‑50Cu、Al‑5Zr，金属完全熔化后，用钟罩将工业纯镁（用铝箔包裹）压入合金液中，保温5min，在730℃时第一次加入精炼剂，用量为总量的2/3，精炼完成后加入变质剂Al‑10Sr中间合金并在液面上撒入1/2的覆盖剂。保温20min后扒渣，然后加入剩余的1/3精炼剂，随后扒渣并迅速加入剩余的1/2覆盖剂。降温到720℃，静置15min后浇注。浇注金属型模具温度为200℃。细化剂Al‑5Zr加入量为合金量的0.2%，变质剂Al‑10Sr加入量为0.04%，精炼剂加入量为合金量的0.6%。本合金在金属型重力铸造条件下，室温抗拉强度大于220Mpa，延伸率大于4.1%，布氏硬度大于85HB。
实施例3
熔炼所用材料和设备与实施例1相同。
合金成分原材料配比（重量百分比）：Si 7.5%，Cu 1.5%，Mg 0.6%，Sr 0.045%，Zr 0.25%，余量为Al。
按上述成分配制合金，先把高纯铝放入石墨坩埚中，熔炼温度设定720℃，待高纯铝完全熔化后加入Al‑26Si中间合金，等其熔化后加入Al‑50Cu、Al‑5Zr，金属完全熔化后，用钟罩将工业纯镁（用铝箔包裹）压入合金液中，保温5min，在730℃时第一次加入精炼剂，用量为总量的2/3，精炼完成后加入变质剂中间合金Al‑10Sr并在液面上撒入1/2的覆盖剂。保温20min后扒渣，然后加入剩余的1/3精炼剂，随后扒渣并迅速加入剩余的1/2覆盖剂。降温到720℃，静置15min后浇注。浇注金属型模具温度为200℃。细化剂Al‑5Zr加入量为合金量的0.25%，变质剂Al‑10Sr加入量为0.045%，精炼剂加入量为合金量的0.6%。本合金在金属型重力铸造条件下抗拉强度大于220Mpa，延伸率大于4.1%，布氏硬度大于85HB。

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1、(10)申请公布号 CN 102952975 A (43)申请公布日 2013.03.06 CN 102952975 A *CN102952975A* (21)申请号 201210432284.2 (22)申请日 2012.11.02 C22C 21/04(2006.01) (71)申请人沈阳工业大学地址 110870 辽宁省沈阳市经济技术开发区沈辽西路 111 号 (72)发明人李润霞于宝义焦文祝吴雪峰杨叶 (74)专利代理机构沈阳智龙专利事务所 ( 普通合伙 ) 21115 代理人宋铁军周楠 (54) 发明名称高性能铸造亚共晶 Al-Si-Cu-Mg 合金 (57。

2、) 摘要本发明涉及一种高性能铸造亚共晶 Al-Si-Cu-Mg 合金，所述高性能铸造亚共晶 Al-Si-Cu-Mg 合金包括下述质量百分比的原料： Si6.5-7.5%，Cu1.0-1.5%，Mg0.4-0.6%， Sr0.035-0.045%， Zr0.15-0.25%，余量为 Al。本发明这种高性能铸造亚共晶 Al-Si-Cu-Mg 合金在一定的熔炼、熔体净化、合金化、晶粒细化、变质工艺条件下具有较高的强度和良好的韧性。在金属型重力铸造条件下，本合金室温抗拉强度大于 220Mpa，延伸率大于 4.1%，布氏硬度。

3、大于 85HB，适用于生产大型薄壁以及需承受高负荷的铝合金铸件。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 1 页说明书 3 页 1/1 页 2 1. 一种高性能铸造亚共晶 Al-Si 合金，其特征在于：所述合金是由下述质量百分比的原料制备而成： Si 6.5-7.5%， Cu 1.0-1.5%， Mg 0.4-0.6%， Sr 0.035-0.045%， Zr 0.15-0.25%，余量为 Al。 2. 根据权利要求 1 所述的高性能铸造亚共晶 Al-Si 合金，其特。

4、征在于：所述合金在金属型重力铸造条件下，室温抗拉强度大于 220Mpa，延伸率大于 4.1%，布氏硬度大于 85HB。权利要求书 CN 102952975 A 2 1/3 页 3 高性能铸造亚共晶 Al-Si-Cu-Mg 合金技术领域 0001 本发明涉一种铝合金材料，尤其是涉及一种高性能铸造亚共晶 Al-Si-Cu-Mg 合金。背景技术 0002 Al-Si 系合金的流动性好、铸件致密、不易产生铸造裂纹，具有良好的铸造性能、抗蚀性能和中等的切削加工性能，但是简单的二元 Al-Si 合金强度、硬度、韧性一般。铝合金的强化方法一般包括加工硬化、固。

5、溶强化、第二相强化、晶界强化和复合强化等。其中，提高铸造铝合金的强韧性的具体途径是熔体处理（变质、熔体的净化和纯化、晶粒细化）、合金化以及热处理等。Al-Si 合金中加入 Mg 元素以后组织中出现 Mg2Si 强化相， Al-Si-Mg 合金中加入 Cu 元素后，在一定范围内，随着 Cu 含量的提高，其强度显著增加，延伸率不断下降，合金的热强性也不断增加。随着近年来航天航空工业和汽车工业的迅速发展，人们对铸件的可靠性等要求越来越高，同时对合金综合性能和特种性能的要求也不断提高，常规的铝合金已经不能满足一些交通、航天等领域对材料的要求，所以开发高。

6、性能铝合金成为迫切需要。发明内容 0003 发明目的：本发明通过熔炼、熔体净化、合金化、晶粒细化、变质工艺提供一种高性能铸造亚共晶 Al-Si-Cu-Mg 合金及其制备方法，制成的铸态合金具有良好的铸造性能、较高的延伸率以及良好的切削性能。 0004 技术方案：一种高性能铸造亚共晶 Al-Si 合金，其特征在于：所述合金是由下述质量百分比的原料制备而成： Si 6.5-7.5%， Cu 1.0-1.5%， Mg 0.4-0.6%， Sr 0.035-0.045%， Zr 0.15-0.25%，余量为 Al。 0005 所述合金在金属型重力铸造条件下，室温。

7、抗拉强度大于 220Mpa，延伸率大于 4.1%，布氏硬度大于 85HB。 0006 优点效果：本发明的技术效果是：通过熔炼、熔体净化、合金化、晶粒细化、变质综合处理工艺，能显著净化熔体，减少吸气量和杂质含量；细化初生 -Al，共晶组织由粗大的针片状变为细小的珊瑚状，合金内部形成强化相有 Mg2Si、 Al2Cu 等。本合金在金属型重力铸造条件下，其室温抗拉强度大于 220Mpa，伸长率大于 4.1%，布氏硬度大于 85HB，本合金还具有良好的机械性能及流动性能，合金的综合性能得到显著提高。 0007 具体实施方式：本发明涉及一种高性能铸造。

8、亚共晶 Al-Si 合金，其特征在于：所述合金是由下述质量百分比的原料制备而成： Si 6.5-7.5%， Cu 1.0-1.5%， Mg 0.4-0.6%， Sr 0.035-0.045%， Zr 说明书 CN 102952975 A 3 2/3 页 4 0.15-0.25%，余量为 Al。 0008 所述合金在金属型重力铸造条件下，室温抗拉强度大于 220Mpa，延伸率大于 4.1%，布氏硬度大于 85HB。 0009 本发明所述的高性能铸造亚共晶 Al-Si 合金，采用常规铝合金熔炼工艺，在 Al-Si 合金中加入合金强化元素 Cu、 Mg，晶粒细化元素 Zr。

9、，变质元素 Sr。其中最佳配比为 Si 6.5-7.5%， Cu 1.0-1.5%， Mg 0.4-0.6%， Sr 0.035-0.045%， Zr 0.15-0.25%，余量为 Al。所用覆盖剂为 KCl 和 NaCl 混合物（质量比为 1 ： 1），加入量为 1%（合金总质量的 1%）；精炼剂为 3/4C2Cl6+1/4Na2SiF6的混合物，加入量0.6%， Na2SiF6使用前要烘干。熔炼前将钟罩、撇渣勺、等熔炼工具和坩埚内壁清理干净，并预热喷刷涂料。石墨坩埚所用涂料配比（质量比）为：滑石粉（90%）、水玻璃（10%）、余量水。熔炼金。

10、属工具涂料配比（质量比）为：氧化锌（2530%）、水玻璃（35%）、余量水。 0010 本发明所涉及的高性能铸造亚共晶 Al-Si 合金，其熔炼工艺为：将坩埚预热至暗红色，先将纯铝锭放入坩埚中，待纯铝熔化后，将预热至 300左右的 Al-Si 中间合金压入熔体中，等熔体温度到达720后，再将预热后的Al-Cu、 Al-Zr中间合金压入熔体中。 15min 后用钟罩将纯镁（铝箔包裹）加入熔体中，并轻轻搅拌。保温一段时间，在熔体温度达到 730时，加入精炼剂总量的 2/3 进行第一次精炼，精炼过程中要缓缓搅动钟罩（不要刮碰坩埚内壁及底部），。

11、精炼完成后在加入变质剂中间合金 Al-10Sr 并在液面上撒入 1/2 的覆盖剂。保温20min后扒渣，再加入剩余的1/3精炼剂，随后扒渣并迅速加入剩余的1/2覆盖剂。降温到 720，静置 15min 后浇注。浇注金属型模具温度为 200。 0011 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明：合金熔炼在 7.5KW 坩埚式电阻炉中进行。 0012 实施例 1 熔炼所用材料：高纯 Al（99.99%）、工业纯 Mg（99.9%）、中间合金 Al-26Si、 Al-50Cu、 Al-5Zr、 Al-10Sr、分析纯 NaCl、分析纯 KCl、分析纯 Na2Si。

12、F6、 C2Cl6。 0013 原材料配比（重量百分比）： Si 6.5%， Cu 1.0%， Mg 0.4%， Sr 0.035%， Zr 0.15%，余量为 Al。 0014 按上述成分配制合金，先把高纯铝放入石墨坩埚中，熔炼温度设定 720，待高纯铝完全熔化后加入 Al-26Si 中间合金，等其熔化后加入 Al-50Cu、 Al-5Zr，金属完全熔化后，用钟罩将工业纯镁（用铝箔包裹）压入合金液中，保温 5min，在 730时第一次加入精炼剂，用量为总量的 2/3，精炼完成后加入变质剂中间合金 Al-10Sr 并在液面上撒入 1/2 的覆盖剂。保温 20。

13、min 后扒渣，然后加入剩余的 1/3 精炼剂，随后扒渣并迅速加入剩余的 1/2 覆盖剂。降温到 720，静置 15min 后浇注。浇注金属型模具温度为 200。细化剂 Al-5Zr 加入量为合金量的 0.15%，变质剂 Al-10Sr 加入量为 0.035%，精炼剂加入量为合金量的 0.6%。本合金在金属型重力铸造条件下，室温抗拉强度大于 220Mpa，延伸率大于 4.1%，布氏硬度大于 85HB。 0015 实施例 2 熔炼所用材料和设备与实施例 1 相同。 0016 合金成分原材料配比（重量百分比）： Si 7%， Cu 1.2%， Mg 0.5%， Sr 0。

14、.04%， Zr 0.2%，余量为 Al。说明书 CN 102952975 A 4 3/3 页 5 0017 按上述成分配制合金，先把高纯铝放入石墨坩埚中，熔炼温度设定 720，待高纯铝完全熔化后加入 Al-26Si 中间合金，等其熔化后加入 Al-50Cu、 Al-5Zr，金属完全熔化后，用钟罩将工业纯镁（用铝箔包裹）压入合金液中，保温 5min，在 730时第一次加入精炼剂，用量为总量的 2/3，精炼完成后加入变质剂 Al-10Sr 中间合金并在液面上撒入 1/2 的覆盖剂。保温 20min 后扒渣，然后加入剩余的 1/3 精炼剂，随后扒渣并迅速加入。

15、剩余的 1/2 覆盖剂。降温到 720，静置 15min 后浇注。浇注金属型模具温度为 200。细化剂 Al-5Zr 加入量为合金量的0.2%，变质剂Al-10Sr加入量为0.04%，精炼剂加入量为合金量的0.6%。本合金在金属型重力铸造条件下，室温抗拉强度大于 220Mpa，延伸率大于 4.1%，布氏硬度大于 85HB。 0018 实施例 3 熔炼所用材料和设备与实施例 1 相同。 0019 合金成分原材料配比（重量百分比）： Si 7.5%， Cu 1.5%， Mg 0.6%， Sr 0.045%， Zr 0.25%，余量为 Al。 0020 按上述成分配制合金。

16、，先把高纯铝放入石墨坩埚中，熔炼温度设定 720，待高纯铝完全熔化后加入 Al-26Si 中间合金，等其熔化后加入 Al-50Cu、 Al-5Zr，金属完全熔化后，用钟罩将工业纯镁（用铝箔包裹）压入合金液中，保温 5min，在 730时第一次加入精炼剂，用量为总量的 2/3，精炼完成后加入变质剂中间合金 Al-10Sr 并在液面上撒入 1/2 的覆盖剂。保温 20min 后扒渣，然后加入剩余的 1/3 精炼剂，随后扒渣并迅速加入剩余的 1/2 覆盖剂。降温到 720，静置 15min 后浇注。浇注金属型模具温度为 200。细化剂 Al-5Zr 加入量为合金量的 0.25%，变质剂 Al-10Sr 加入量为 0.045%，精炼剂加入量为合金量的 0.6%。本合金在金属型重力铸造条件下抗拉强度大于 220Mpa，延伸率大于 4.1%，布氏硬度大于 85HB。说明书 CN 102952975 A 5 。

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