CN104630578B

CN104630578B - 高塑性铸造铝合金及其重力铸造制备方法

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Publication number: CN104630578B
Application number: CN201510039614.5A
Authority: CN
Inventors: 王渠东; 隋育栋
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2018-04-17
Anticipated expiration: 2035-01-26
Also published as: CN104630578A

Abstract

本发明公开了一种高塑性铸造铝合金及其重力铸造制备方法，属于金属材料类及冶金领域；所述高塑性铸造铝合金包括成分及其重量含量为：Si 7.5～13.5％、Mg 0.5～0.8％、Mn 0.2～0.5％、Ti 0.1～0.4％、RE 0.01～1％、Fe≤0.4％、P≤100ppm、Sr 100～600ppm，余量为Al；其中，所述RE为Gd、Y、Nd、Sm、Er、Yb、La中的一种或几种。本发明的高塑性铸造铝合金经重力铸造制备并对其实施固溶和人工时效处理后，合金的延伸率δ≥18％。本发明制备的合金铸造性能优异，成本低廉，工艺简单，生产效率高，进步显著，扩大了Al‑Si系铸造铝合金的应用范围。

Description

高塑性铸造铝合金及其重力铸造制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种铸造铝合金及其制备方法，具体是一种高塑性铸造铝合金及其重力铸造制备方法，属于金属材料类及冶金领域。

背景技术

铸造铝合金作为传统的金属材料，因其密度小、比强度高等特点，广泛应用于航空、航天、汽车、机械等行业。随着现代工业及铸造新技术的发展，对铸造铝合金，如具有高强度、高塑性、优良的耐磨性和耐腐蚀性的铸造铝合金，需求量越来越大。经过几十年的发展，高强度铝合金已形成完整系列，性能趋于稳定，生产方法日趋完善，成为材料领域中不可或缺的合金体系。但目前高强度铸造铝合金的塑性较低，一般不能承受较大的变形量，从而使其应用受到较大的限制。许多需要高塑性的重要部件多采用变形铝合金制造。然而变形铝合金虽然具有理想的高塑性，但其加工过程对设备和工装模具要求高，工序多，因此生产周期长，成本很高。相比之下，铸造铝合金具有价格低廉，铸件组织各向同性，容易生产形状复杂的零件，既可以单件生产也可以大批量生产等许多优点。因此，开发能够代替部分变形铝合金并具有高塑性的铸造铝合金，规范其铸造成型工艺，缩短生产周期，降低制造成本，成为该领域目前的发展趋势。

中国专利CN85102364AA公布了一种硅锰碲系高塑性铸造铝合金，其成分含量为5.5～9.5％Si、0.2～0.8％Mn，0.1～0.2％Ti，0.001～0.2％Te，0.1～0.2％Sb，余量为Al，延伸率为16％左右。但是，该合金在提高塑性的同时，合金强度剧烈下降，其性能也不能满足目前工业生产的需要。在中国专利CN101248200A中，公布了一种铸造铝合金，其成分含量为2.5～3.3％Si、0.2～0.7％Mg、Fe＜0.18％，Mn＜0.5、Ti＜0.1、Sr＜0.03、其他＜0.1，余量为Al。该合金铸造状态时延伸率为13％，T6热处理后，延伸率仅为5％，远远达不到高塑性铸造铝合金铸件的应用需求。另外，由于合金中Si量较低，组织中共晶体量较少，使得合金成形温度较高、吸气倾向较大，存在难以避免的气孔、缩孔和缩松等铸造缺陷，难以获得高致密铸件，因而成型性(铸造性能)较差。在中国专利CN103305730A中，公布了一种新型Al-Si-Mg-Cu-Sr铸造合金，其成分含量为11.0～12.0％Si，0.30～0.50％Cu，0.35～0.55％Mg，0.01～0.02％Sr，Mn≤0.35％，Zn≤0.20％，Fe≤0.40％，Ti≤0.10％，Ni≤0.10％，Pb≤0.10％，Sn≤0.10％，Cr≤0.10％，其他≤0.6％，余量为Al。该合金的铸态抗拉强度在245～275MPa之间，延伸率在5～8％之间。但是，该Al-Si系合金中添加的Cu元素会增大合金的热裂和腐蚀倾向，降低铸造性能，因此限制了该合金在工业中的应用范围。

发明内容

本发明针对现有技术存在的铸造铝合金塑性普遍偏低并且没有考虑到铝合金的铸造性能的不足，在不降低合金强度和铸造性能的基础上，提供了一种高塑性铸造铝合金及其重力铸造制备方法，通过选择合适的成分参数以及调整相应的热处理工艺，从而制备出具有优异延伸率的铸造铝合金。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种高塑性铸造铝合金，包括成分及其重量含量为：Si 7.5～13.5％、Mg 0.5～0.8％、Mn 0.2～0.5％、Ti 0.1～0.4％、RE 0.01～1％、Fe≤0.4％、P≤100ppm、Sr 100～600ppm，余量为Al。

优选地，所述RE为Gd、Y、Nd、Sm、Er、Yb、La中的一种或几种。

优选地，所述RE为Gd、Er或Yb中的一种或几种时，RE的重量含量为0.05～1.0％；所述RE为Y、Nd、Sm或La中的一种或几种，RE的重量含量为0.05～0.6％。

优选地，所述P的重量含量为0.05～0.600ppm。

优选地，所述高塑性铸造铝合金中的Si、Mg、Mn、Ti、RE、Fe、P、Sr、Al来自工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、Al-Mn中间合金、稀土中间合金、Al-Sr中间合金、Al-P中间合金和Al-Ti-B中间合金。

第二方面，本发明提供一种所述高塑性铸造铝合金的重力铸造制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体；

第二步，对所述铝合金熔体进行重力铸造，获得铝合金铸件：

第三步，将所述铝合金铸件依次进行固溶处理和时效处理，即得所述高塑性铸造铝合金。

优选地，第一步中，所述熔炼合金的具体步骤如下：

(1)将工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、Al-Mn中间合金、稀土中间合金、Al-Sr中间合金、Al-P中间合金和Al-Ti-B中间合金预热至100～200℃，保温2小时以上；

(2)熔炼Al、Si：预热熔炼器具至400～500℃，在其底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖所需工业纯铝总重量的40％～80％的工业纯铝，升温至工业纯铝的熔点，得铝液；结晶硅在所述铝液的包裹下熔化，熔化后反复搅拌，再加入余下的工业纯铝；

(3)加Mn、RE：在720～740℃条件下，向步骤(2)所得熔液中加入Al-Mn中间合金、稀土中间合金；

(4)加Sr、P：在730～750℃条件下，向步骤(3)所得熔液中加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15～30分钟后搅拌3～5分钟，使其充分熔化；

(5)加Ti：在710～730℃条件下，向步骤(4)所得熔液中加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；

(6)加Mg：在700～720℃条件下，向步骤(5)所得熔液中加入工业纯镁，充分熔化；

(7)精炼：在710～740℃条件下，向步骤(6)所得熔液中加入精炼剂，精炼10～20分钟，静置15～40分钟，冷却至680～700℃，撇去表面浮渣，即得铝合金熔体。

优选地，步骤(1)中，所述预热具体采用烘箱。

优选地，步骤(2)中，所述熔炼器具具体为坩埚；工业纯铝的熔点在680℃左右；所述搅拌具体采用石墨棒。

优选地，步骤(7)中，所述精炼剂是常规的含钠盐、钾盐、氟盐等无机盐的铝合金精炼剂或六氯乙烷(C2Cl6)，其用量小于等于所述高塑性铸造铝合金重量的5％。

优选地，第二步中，所述重力铸造中铝合金熔体浇注温度为680～700℃，铸件模具温度为200～300℃。

优选地，第三步中，所述固溶处理是指在480～540℃的环境下固溶4～18小时。

优选地，第三步中，所述的冷却处理是指按照常规的炉冷、空冷或水淬方式进行冷却；

优选地，第三步中，所述时效处理是指在170～250℃的环境下进行10～40小时。

我们的研究发现，当稀土加入量不同时，稀土在铝合金中主要以三种形式存在：固溶在基体中，偏聚在相界、晶界和枝晶界，固溶在化合物中或以化合物形式存在。在合金中加入稀土元素后，稀土一方面起到有限固溶强化，提高强度的作用，另一方面稀土元素化学活性极强，可以在长大的晶粒界面上选择性吸附，阻碍晶粒的生长，细化晶粒，提高合金的力学性能，尤其是塑性。当进一步增加稀土的含量时，稀土与Al、Mg、Si等元素形成的金属间化合物弥散分布于基体中，使合金断裂过程中裂纹萌生位置与扩展途径发生改变，提高合金的塑性。稀土元素的加入也可以改善铸造铝合金的铸造性能，这是因为Fe是铝合金中有害的杂质，大多数含铁相的结晶组织都十分粗大，直接影响合金的机械性能，降低合金的流动性和塑性，增加组织不均匀性，添加稀土，则可以改变铁相的存在形态，提高合金的铸造性能及其塑性。另外，P和Sr对初晶Si和共晶Si的变质可以有效的提高合金的塑性。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明铸造铝合金中加入了稀土元素，通过成分优化和一系列工艺参数的调整，获得晶粒细小、致密、成分均匀、弥散分布于基体的富RE金属间化合物和少无缺陷的组织，能在不降低合金强度的基础上显著提高其塑性，能够更好地满足工业生产的服役要求；

(2)经过固溶和时效处理后，测试其室温抗拉强度σ≥260MPa，延伸率δ≥18％，突破了其他Al-Si系铸造铝合金强度较高但塑性较低的瓶颈，其较高的强度和延伸率可满足工业对该类材料的需求；

(3)本发明制备的合金铸造性能优异，成本低廉，工艺简单，生产效率高，进步显著，扩大了Al-Si系铸造铝合金的应用范围。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。本发明中所涉及的各种中间合金和精炼剂均为市售产品。

实施例1

本实施例涉及一种高塑性铸造铝合金及其重力铸造制备方法。

第一方面，本实施例提供一种高塑性铸造铝合金，所述合金成分(重量含量)：7.5％Si、0.5％Mg、0.2％Mn、0.1％Ti、0.01％Y、20ppm P，100ppm Sr，Fe以及其他不可避免的杂质小于0.4％，其余为Al。

第二方面，本实施例提供一种所述高塑性铸造铝合金的重力铸造制备方法，包括如下步骤：

第一步，熔炼合金；其中熔炼工艺具体步骤为：(1)将熔炼原料在烘箱中预热至100℃，保温2小时以上，将扒渣工具、钟罩等表面清洗除锈涂上涂料，该涂料采用25％滑石粉和5％水玻璃加入适量的水调和而成，再置于炉表面烘烤，烘烤温度为100℃，烘烤1小时后清理，以防止合金在熔炼过程中的增铁；(2)预热坩埚至400℃，在坩埚底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖烘干后所需纯铝量的2/3，一起升温，纯铝在680℃左右即熔，硅在铝液的包裹下慢慢熔化，熔化后用石墨棒反复搅拌，再加入余下纯铝；(3)降温至730℃加入Al-Mn中间合金、Al-5％Y中间合金，搅拌使其完全熔化；(4)升温至740℃加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15分钟；(5)降温至710℃加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；(6)在700℃时用钟罩将铝箔包裹的纯镁压入铝合金液中，搅拌使其充分熔化；(7)升温至720℃时进行精炼，精炼剂选用铝合金三合一精炼剂，精炼剂的加入量为合金液总重的1％，精炼时用钟罩将铝箔包裹的精炼剂压入铝液中水平迂回运动，约10min精炼完毕后测氢的含量，并进行炉前检查；

第二步，在680℃的浇注温度下静置20min，撇去表面浮渣，获得铝合金熔体，浇注准备；保持铝合金熔体温度为680℃，模具温度为200℃；

第三步，将制得的铸造铝合金进行530℃、10小时的固溶处理以及200℃、12小时的时效处理，最后获得高塑性铸造铝合金。

本实施例中铸造的高塑性铝合金室温抗拉强度为263Mpa，延伸率18.5％。

实施例2

第一方面，本实施例提供一种高塑性铸造铝合金，所述合金成分(重量含量)：8.5％Si、0.6％Mg、0.3％Mn、0.2％Ti、1.0％Gd、40ppm P，200ppm Sr，Fe以及其他不可避免的杂质小于0.4％，其余为Al。

第一步，熔炼合金；其中熔炼工艺具体步骤为：(1)将熔炼原料在烘箱中预热至200℃，保温2小时以上，将扒渣工具、钟罩等表面清洗除锈涂上涂料，该涂料采用25％滑石粉和5％水玻璃加入适量的水调和而成，再置于炉表面烘烤，烘烤温度为200℃，烘烤1小时后清理，以防止合金在熔炼过程中的增铁；(2)预热坩埚至450℃，在坩埚底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖烘干后所需纯铝量的2/3，一起升温，纯铝在680℃左右即熔，硅在铝液的包裹下慢慢熔化，熔化后用石墨棒反复搅拌，再加入余下纯铝；(3)降温至720℃加入Al-Mn中间合金、Mg-90Gd中间合金，搅拌使其完全熔化；(4)升温至730℃加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15分钟；(5)降温至720℃加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；(6)在710℃时用钟罩将铝箔包裹的纯镁压入铝合金液中，搅拌使其充分熔化；(7)升温至730℃时进行精炼，精炼剂选用六氯乙烷，精炼剂的加入量为合金液总重的1％，精炼时用钟罩将铝箔包裹的精炼剂压入铝液中水平迂回运动，约10min精炼完毕后测氢的含量，并进行炉前检查；

第二步，在690℃的浇注温度下静置30min，撇去表面浮渣，获得铝合金熔体，浇注准备；保持铝合金熔体温度为690℃，模具温度为225℃；

第三步，将制得的铸造铝合金进行520℃、9小时的固溶处理以及250℃、12小时的时效处理，最后获得高塑性铸造铝合金。

本实施例中铸造的高塑性铝合金室温抗拉强度为267Mpa，延伸率18.4％。

实施例3

第一方面，本实施例提供一种高塑性铸造铝合金，所述合金成分(重量含量)：9.5％Si、0.7％Mg、0.4％Mn、0.3％Ti、0.1％Gd、0.1％Y、0.02％Nd、60ppm P，300ppm Sr，Fe以及其他不可避免的杂质小于0.4％，其余为Al。

第一步，熔炼合金；其中熔炼工艺具体步骤为：(1)将熔炼原料在烘箱中预热至200℃，保温2小时以上，将扒渣工具、钟罩等表面清洗除锈涂上涂料，该涂料采用25％滑石粉和5％水玻璃加入适量的水调和而成，再置于炉表面烘烤，烘烤温度为200℃，烘烤1小时后清理，以防止合金在熔炼过程中的增铁；(2)预热坩埚至500℃，在坩埚底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖烘干后所需纯铝量的2/3，一起升温，纯铝在680℃左右即熔，硅在铝液的包裹下慢慢熔化，熔化后用石墨棒反复搅拌，再加入余下纯铝；(3)降温至730℃加入Al-Mn中间合金、Mg-90Gd中间合金、Mg-25Y中间合金、Mg-90Nd中间合金，搅拌使其完全熔化；(4)升温至740℃加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15分钟；(5)降温至730℃加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；(6)在720℃时用钟罩将铝箔包裹的纯镁压入铝合金液中，搅拌使其充分熔化；(7)升温至740℃时用铝合金精炼剂进行精炼，精炼剂的加入量为合金液总重的2％，精炼时用钟罩将铝箔包裹的精炼剂压入铝液中水平迂回运动，约10min精炼完毕后测氢的含量，并进行炉前检查；

第二步，在700℃的浇注温度下静置30min，撇去表面浮渣，获得铝合金熔体，浇注准备；保持铝合金熔体温度为700℃，模具温度为250℃；

第三步，将制得的铸造铝合金进行500℃、8小时的固溶处理以及170℃、24小时的时效处理，最后获得高塑性铸造铝合金。

本实施例中铸造的高塑性铝合金室温抗拉强度为263Mpa，延伸率18.0％。

实施例4

第一方面，本实施例提供一种高塑性铸造铝合金，所述合金成分(重量含量)：10.5％Si、0.8％Mg、0.5％Mn、0.4％Ti、0.2％Gd、0.3％Y、0.15％Nd、0.02％Sm、80ppm P，400ppm Sr，Fe以及其他不可避免的杂质小于0.4％，其余为Al。

第一步，熔炼合金；其中熔炼工艺具体步骤为：(1)将熔炼原料在烘箱中预热至200℃，保温2小时以上，将扒渣工具、钟罩等表面清洗除锈涂上涂料，该涂料采用25％滑石粉和5％水玻璃加入适量的水调和而成，再置于炉表面烘烤，烘烤温度为220℃，烘烤1小时后清理，以防止合金在熔炼过程中的增铁；(2)预热坩埚至400℃，在坩埚底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖烘干后所需纯铝量的2/3，一起升温，纯铝在680℃左右即熔，硅在铝液的包裹下慢慢熔化，熔化后用石墨棒反复搅拌，再加入余下纯铝；(3)降温至720℃加入Al-Mn中间合金、Mg-90Gd中间合金、Al-5Y中间合金、Mg-90Nd中间合金、Mg-20Sm中间合金，搅拌使其完全熔化；(4)升温至730℃加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15分钟；(5)降温至710℃加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；(6)在700℃时用钟罩将铝箔包裹的纯镁压入铝合金液中，搅拌使其充分熔化；(7)升温至710℃时进行精炼，精炼剂选用六氯乙烷，精炼剂的加入量为合金液总重的5％，精炼时用钟罩将铝箔包裹的精炼剂压入铝液中水平迂回运动，约10min精炼完毕后测氢的含量，并进行炉前检查；

第二步，在680℃的浇注温度下静置40min，撇去表面浮渣，获得铝合金熔体，浇注准备；保持铝合金熔体温度为680℃，模具温度为200℃；

第三步，将制得的铸造铝合金进行480℃、12小时的固溶处理以及200℃、12小时的时效处理，最后获得高塑性铸造铝合金。

本实施例中铸造的高塑性铝合金室温抗拉强度为262Mpa，延伸率18.7％。

实施例5

第一方面，本实施例提供一种高塑性铸造铝合金，所述合金成分(重量含量)：10.5％Si、0.8％Mg、0.5％Mn、0.4％Ti、0.1％Gd、0.1％Y、0.05％Nd、0.2％Sm、0.1％Er、90ppm P，500ppm Sr，Fe以及其他不可避免的杂质小于0.4％，其余为Al。

第一步，熔炼合金；其中熔炼工艺具体步骤为：(1)将熔炼原料在烘箱中预热至200℃，保温2小时以上，将扒渣工具、钟罩等表面清洗除锈涂上涂料，该涂料采用25％滑石粉和5％水玻璃加入适量的水调和而成，再置于炉表面烘烤，烘烤温度为200℃，烘烤1小时后清理，以防止合金在熔炼过程中的增铁；(2)预热坩埚至420℃，在坩埚底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖烘干后所需纯铝量的2/3，一起升温，纯铝在680℃左右即熔，硅在铝液的包裹下慢慢熔化，熔化后用石墨棒反复搅拌，再加入余下纯铝；(3)降温至720℃加入Al-Mn中间合金、Mg-90Gd中间合金、Al-5Y中间合金、Mg-90Nd中间合金、Mg-20Sm中间合金、Al-20Er中间合金，搅拌使其完全熔化；(4)升温至730℃加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15分钟；(5)降温至710℃加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；(6)在700℃时用钟罩将铝箔包裹的纯镁压入铝合金液中，搅拌使其充分熔化；(7)升温至710℃时用铝合金精炼剂进行精炼，精炼剂的加入量为合金液总重的2％，精炼时用钟罩将铝箔包裹的精炼剂压入铝液中水平迂回运动，约10min精炼完毕后测氢的含量，并进行炉前检查；

第二步，在690℃的浇注温度下静置20min，撇去表面浮渣，获得铝合金熔体，浇注准备；保持铝合金熔体温度为690℃，模具温度为200℃；

第三步，将制得的铸造铝合金进行480℃、18小时的固溶处理以及170℃、40小时的时效处理，最后获得高塑性铸造铝合金。

本实施例中铸造的高塑性铝合金室温抗拉强度为264Mpa，延伸率18.4％。

实施例6

第一方面，本实施例提供一种高塑性铸造铝合金，所述合金成分(重量含量)：11.5％Si、0.6％Mg、0.3％Mn、0.2％Ti、0.05％Gd、0.1％Y、0.05％Nd、0.02％Sm、0.7％Er、0.02％La、100ppm P，600ppm Sr，Fe以及其他不可避免的杂质小于0.4％，其余为Al。

第一步，熔炼合金；其中熔炼工艺具体步骤为：(1)将熔炼原料在烘箱中预热至200℃，保温2小时以上，将扒渣工具、钟罩等表面清洗除锈涂上涂料，该涂料采用25％滑石粉和5％水玻璃加入适量的水调和而成，再置于炉表面烘烤，烘烤温度为240℃，烘烤1小时后清理，以防止合金在熔炼过程中的增铁；(2)预热坩埚至430℃，在坩埚底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖烘干后所需纯铝量的2/3，一起升温，纯铝在680℃左右即熔，硅在铝液的包裹下慢慢熔化，熔化后用石墨棒反复搅拌，再加入余下纯铝；(3)降温至730℃加入Al-Mn中间合金、Mg-90Gd中间合金、Al-5Y中间合金、Mg-90Nd中间合金、Mg-20Sm中间合金、Al-20Er中间合金、Al-20La中间合金，搅拌使其完全熔化；(4)升温至740℃加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15分钟；(5)降温至720℃加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；(6)在710℃时用钟罩将铝箔包裹的纯镁压入铝合金液中，搅拌使其充分熔化；(7)升温至720℃时进行精炼，精炼剂选用六氯乙烷，精炼剂的加入量为合金液总重的2％，精炼时用钟罩将铝箔包裹的精炼剂压入铝液中水平迂回运动，约10min精炼完毕后测氢的含量，并进行炉前检查；

第二步，在690℃的浇注温度下静置30min，撇去表面浮渣，获得铝合金熔体，浇注准备；保持铝合金熔体温度为690℃，模具温度为200℃；

第三步，将制得的铸造铝合金进行540℃、4小时的固溶处理以及250℃、10小时的时效处理，最后获得高塑性铸造铝合金。

本实施例中铸造的高塑性铝合金室温抗拉强度为263Mpa，延伸率18.6％。

实施例7

第一方面，本实施例提供一种高塑性铸造铝合金，所述合金成分(重量含量)：13.5％Si、0.6％Mg、0.3％Mn、0.2％Ti、0.05％Gd、0.05％Y、0.02％Nd、0.02％Sm、0.1％Er、0.6％La、0.1％Yb、10ppm P，200ppm Sr，Fe以及其他不可避免的杂质小于0.4％，其余为Al。

第一步，熔炼合金；其中熔炼工艺具体步骤为：(1)将熔炼原料在烘箱中预热至200℃，保温2小时以上，将扒渣工具、钟罩等表面清洗除锈涂上涂料，该涂料采用25％滑石粉和5％水玻璃加入适量的水调和而成，再置于炉表面烘烤，烘烤温度为200℃，烘烤1小时后清理，以防止合金在熔炼过程中的增铁；(2)预热坩埚至440℃，在坩埚底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖烘干后所需纯铝量的2/3，一起升温，纯铝在680℃左右即熔，硅在铝液的包裹下慢慢熔化，熔化后用石墨棒反复搅拌，再加入余下纯铝；(3)降温至730℃加入Al-Mn中间合金、Mg-90Gd中间合金、Al-5Y中间合金、Mg-90Nd中间合金、Mg-20Sm中间合金、Al-20Er中间合金、Al-20La中间合金、Al-10Yb中间合金，搅拌使其完全熔化；(4)升温至740℃加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15分钟；(5)降温至720℃加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；(6)在710℃时用钟罩将铝箔包裹的纯镁压入铝合金液中，搅拌使其充分熔化；(7)升温至720℃时用铝合金精炼剂进行精炼，精炼剂的加入量为合金液总重的3％，精炼时用钟罩将铝箔包裹的精炼剂压入铝液中水平迂回运动，约10min精炼完毕后测氢的含量，并进行炉前检查；

第三步，将制得的铸造铝合金进行520℃、10小时的固溶处理以及200℃、14小时的时效处理，最后获得高塑性铸造铝合金。

本实施例中铸造的高塑性铝合金室温抗拉强度为270Mpa，延伸率18.4％。

实施例8

第一方面，本实施例提供一种高塑性铸造铝合金，所述合金成分(重量含量)：13.5％Si、0.6％Mg、0.3％Mn、0.2％Ti、0.05％Gd、0.05％Y、0.02％Nd、0.02％Sm、0.1％Er、0.02％La、0.7％Yb、10ppm P，200ppm Sr，Fe以及其他不可避免的杂质小于0.4％，其余为Al。

第一步，熔炼合金；其中熔炼工艺具体步骤为：(1)将熔炼原料在烘箱中预热至200℃，保温2小时以上，将扒渣工具、钟罩等表面清洗除锈涂上涂料，该涂料采用25％滑石粉和5％水玻璃加入适量的水调和而成，再置于炉表面烘烤，烘烤温度为200℃，烘烤1小时后清理，以防止合金在熔炼过程中的增铁；(2)预热坩埚至400℃，在坩埚底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖烘干后所需纯铝量的2/3，一起升温，纯铝在680℃左右即熔，硅在铝液的包裹下慢慢熔化，熔化后用石墨棒反复搅拌，再加入余下纯铝；(3)降温至730℃加入Al-Mn中间合金、Mg-90Gd中间合金、Al-5Y中间合金、Mg-90Nd中间合金、Mg-20Sm中间合金、Al-20Er中间合金、Al-20La中间合金、Al-10Yb中间合金，搅拌使其完全熔化；(4)升温至740℃加入Al-Sr中间合金和Al-P中间合金，静置15分钟；(5)降温至720℃加入Al-Ti-B中间合金，搅拌，静置3～5分钟；(6)在710℃时用钟罩将铝箔包裹的纯镁压入铝合金液中，搅拌使其充分熔化；(7)升温至720℃时进行精炼，精炼剂选用六氯乙烷，精炼剂的加入量为合金液总重的3％，精炼时用钟罩将铝箔包裹的精炼剂压入铝液中水平迂回运动，约10min精炼完毕后测氢的含量，并进行炉前检查；

第三步，将制得的铸造铝合金进行510℃、12小时的固溶处理以及200℃、14小时的时效处理，最后获得高塑性铸造铝合金。

本实施例中铸造的高塑性铝合金室温抗拉强度为271Mpa，延伸率18.2％。

对比例1

本对比例提供一种铝合金及其制备方法，所述铝合金的组分及含量和实施例8相同；不同之处在于：未对样品进行固溶和时效热处理。

本对比例中铸造的铝合金室温拉伸强度为200MPa，延伸率10％。

表1为本发明铸造铝合金与常用铸造铝硅合金在重力铸造条件下的室温性能对比

合金代号(热处理状态)	抗拉强度(MPa)	延伸率(％)
			ZL101A(T6)	≥285	≥5
ZL105A(T6)	≥295	≥2
			本发明专利(T6)	≥260	≥18

其中，ZL101A铝合金的化学成分及重量含量为：硅(Si)6.5～7.5％、镁(Mg)0.25～0.45％、钛(Ti)0.08～0.20％、铝(Al)余量；铜(Cu)≤0.1％(杂质)、锰(Mn)≤0.10％(杂质)、锌(Zn)≤0.1％(杂质)、锆(Zr)≤0.20％(杂质)、锡(Sn)≤0.01％(杂质)、铅(Pb)≤0.03％(杂质)。

ZL105A铝合金的化学成分及重量含量为：硅(Si)4.5～5.5％、铜(Cu)1.0～1.5％、镁(Mg)0.4～0.55％、铝(Al)为余量；锰(Mn)≤0.1％(杂质)、锌(Zn)≤0.1％(杂质)、锡(Sn)≤0.01％(杂质)、铅(Pb)≤0.05％(杂质)；注：杂质总和:(砂型铸造)≤0.5％，(金属型铸造)≤0.5％。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种高塑性铸造铝合金，其特征在于，所述高塑性铸造铝合金包括成分及其重量含量为：Si 13.5％、Mg 0.6％、Mn 0.3％、Ti 0.2％、Gd 0.05％、Y 0.05％、Nd 0.02％、Sm0.02％、Er 0.1％、La 0.02％、Yb 0.7％、P 10ppm、Sr 200ppm，Fe以及其他不可避免的杂质小于0.4％，其余为Al。

2.根据权利要求1所述的高塑性铸造铝合金，其特征在于，所述高塑性铸造铝合金中的Si、Mg、Mn、Ti、RE、Fe、P、Sr、Al来自工业纯铝、结晶硅、工业纯镁、Al-Mn中间合金、稀土中间合金、Al-Sr中间合金、Al-P中间合金和Al-Ti-B中间合金。

3.一种根据权利要求1所述的高塑性铸造铝合金的重力铸造制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

第一步，熔炼合金，获得铝合金熔体；

第二步，对所述铝合金熔体进行重力铸造，获得铝合金铸件；

第三步，将所述铝合金铸件依次进行固溶处理、冷却处理和时效处理，即得所述高塑性铸造铝合金。

4.根据权利要求3所述的高塑性铸造铝合金的重力铸造制备方法，其特征在于，第一步中，所述熔炼合金的具体步骤如下：

(2)熔炼Al、Si：预热熔炼器具至400～500℃，在其底部加入结晶硅，在结晶硅上面覆盖所需工业纯铝总重量的40～80％的工业纯铝，升温至工业纯铝的熔点，得铝液；结晶硅在所述铝液的包裹下熔化，熔化后反复搅拌，再加入余下的工业纯铝；

5.根据权利要求4所述的高塑性铸造铝合金的重力铸造制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预热具体采用烘箱。

6.根据权利要求4所述的高塑性铸造铝合金的重力铸造制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述熔炼器具具体为坩埚；所述搅拌具体采用石墨棒。

7.根据权利要求4所述的高塑性铸造铝合金的重力铸造制备方法，其特征在于，所述精炼剂是常规的含钠盐、钾盐、氟盐等无机盐的铝合金精炼剂或六氯乙烷。

8.根据权利要求3所述的高塑性铸造铝合金的重力铸造制备方法，其特征在于，第二步中，所述重力铸造中铝合金熔体浇注温度为680～700℃，金属型模具温度为200～300℃。

9.根据权利要求3所述的高塑性铸造铝合金的重力铸造制备方法，其特征在于，第三步中，所述固溶处理是指在480～540℃的环境下固溶4～18小时；所述冷却处理是指按照常规的炉冷、空冷或水淬方式进行冷却；所述时效处理是指在170～250℃的环境下进行10～40小时。