CN115418537A - 一种免热处理压铸铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种免热处理压铸铝合金及其制备方法和应用，以所述压铸铝合金总重量为基准，所述压铸铝合金中包括：6.0~8.0重量%的Si，0.3~1.2重量%的Mg，0.4~0.8重量%的Cu，0.1~0.3重量%的Fe，0.6~0.8重量%的Mn，0.05~0.20重量%的Ti，0.03~0.07重量%的Sr，0.03~0.07重量%的Ce，0.01~0.04重量%的La，0.01~0.1重量%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。本公开提供的免热处理压铸铝合金极限抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率较现有汽车结构件合金有显著提升，适合于生产新能源电动汽车车身大型结构薄壁件。
Description
技术领域
本公开涉及铝合金技术领域，具体地，涉及一种免热处理压铸铝合金及其制备方法和应用。
背景技术
汽车轻量化对推进节能减排、实现“双碳”目标具有重要意义。铝合金比强度高，是实现汽车轻量化的理想材料。随着汽车铝合金用量增加，车身结构件拼接工艺难度升级、效率下降。开发高性能压铸铝合金并实现车身结构件一体化压铸有望突破这一瓶颈。
对于汽车车身结构件用压铸铝合金，后续热处理易引起汽车结构件尺寸变形和产生表面缺陷，所以目前一体化压铸大构件仍以传统免热处理Al-Si系合金为主。但传统Al-Si系合金综合力学性能较低，因此亟需开发高性能汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金。
目前多家生产企业或研究单位公开了一些通过合金化/微合金化来保证合金的流动性、强度和韧性的压铸铝合金。如采用真空压铸工艺的专利CN105316542A和CN110079712A，结合后续热处理的CN104471090B和CN110257675A，结合低温时效处理的专利CN114717455A。但真空压铸工艺和后续热处理都会增加合金生产成本，增加能源消耗。而在大气压铸条件下，未进行后续处理的专利CN11647785A，虽然合金强度极高，但合金断裂伸长率仅有2.1~3.9%，无法满足汽车行业对结构件对断裂伸长率6%的性能要求。
发明内容
本公开的目的在于提供一种免热处理压铸铝合金，以强化相提升铝合金强度，增加铝合金塑性。
为了实现上述目的，本公开的第一方面提供一种免热处理压铸铝合金，以所述压铸铝合金总重量为基准，所述压铸铝合金中包括：6.0~8.0重量%的Si，0.3~1.2重量%的Mg，0.4~0.8重量%的Cu，0.1~0.3重量%的Fe，0.6~0.8重量%的Mn，0.05~0.20重量%的Ti，0.03~0.07重量%的Sr，0.03~0.07重量%的Ce，0.01~0.04重量%的La，0.01~0.1重量%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
可选地，以所述压铸铝合金总重量为基准，所述压铸铝合金中包括：6.0~8.0重量%的Si，0.3~0.9重量%的Mg，0.4~0.8重量%的Cu，0.1~0.3重量%的Fe，0.65~0.75重量%的Mn，0.05~0.20重量%的Ti，0.03~0.07重量%的Sr，0.03~0.07重量%的Ce，0.01~0.04重量%的La，0.01~0.1重量%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
可选地，所述压铸铝合金还含有Sn元素；以所述压铸铝合金总重量为基准，所述压铸铝合金中包括0.05~0.15重量%的Sn。
可选地，所述压铸铝合金中，Sn元素与Fe元素的质量比不高于1.0，Mn元素与Fe元素的质量比不低于3.0，Ce元素和La元素的质量比不低于2.0。
可选地，所述压铸铝合金的极限抗拉强度为300~350MPa，屈服强度为150~180MPa，断裂延伸率为11.0~16.0%，3.2mm截面厚度下的弯曲角度为23.0~27.0°。
本公开的第二方面提供一种免热处理压铸铝合金的制备方法，包括：将铝置于熔炼炉中熔化并加入硅、镁、Cu原料、Fe原料和Mn原料进行第一熔炼，得到第一熔体；在所述第一熔体降温后移至中转炉，将第一物料置于所述第一熔体底部进行第二熔炼和第一除气精炼除渣，得到第二熔体；将所述第二熔体降温后移至保温炉后进行成分检测，成分检测合格后进行高压压铸得到免热处理压铸铝合金；其中，所述第一物料由Ti原料、Sr原料、Ce原料、La原料、Zr原料和Sn原料组成，或者所述第一物料由Ti原料、Sr原料、Ce原料、La原料和Zr原料组成。
可选地，所述Cu原料为Al-Cu系合金；所述Fe原料为Al-Fe系合金；所述Mn原料为Al-Mn系合金；所述Ti原料为Al-Ti系合金；所述Sr原料为Al-Sr系合金；所述Ce原料为Al-Ce系合金；所述La原料为Al-La系合金；所述Zr原料为Al-Zr系合金；所述Sn原料为Al-Sn系合金。
可选地，所述Al-Cu系合金为Al-50Cu中间合金；所述Al-Fe系合金为Al-5Fe中间合金；所述Al-Mn系合金为Al-20Mn中间合金；所述Al-Ti系合金为Al-5Ti中间合金；所述Al-Sr系合金为Al-5Sr中间合金；所述Al-Ce系合金为Al-10Ce中间合金；所述Al-La系合金为Al-10La中间合金；所述Al-Zr系合金为Al-5Zr中间合金；所述Al-Sn系合金为Al-12Sn中间合金。
可选地，所述熔炼炉的熔炼温度为740~760℃；所述中转炉的中转温度为710~730℃；所述保温炉的保温温度为690~710℃。
可选地，所述第一除气精炼除渣包括：在惰性气体气氛或氮气下，向所述中转炉炉体内加入精炼剂粉末；所述惰性气体为氩气；所述保温炉的保温温度为690~710℃。
可选地，所述高压压铸的条件包括：压力为26~70MPa，压射速度为5.5~7.0m/s，压铸温度为690~710℃。
可选地，所述制备方法还包括：将铝、硅、镁、Cu原料、Fe原料、Mn原料、Ti原料、Sr原料、Ce原料、La原料、Zr原料和Sn原料进行烘干处理后再进行后续的熔化或熔炼步骤；所述烘干处理的温度为150~200℃。
本公开的第三方面提供一种汽车车身结构件，包括压铸铝合金，所述压铸铝合金为前述的免热处理压铸铝合金或通过前述的制备方法制备得到的免热处理压铸铝合金。
通过上述技术方案，本公开提供的免热处理压铸铝合金极限抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率较现有汽车结构件合金有显著提升，适合于生产新能源电动汽车车身大型结构薄壁件。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1示出了本公开的免热处理压铸铝合金的制备方法的工艺流程图；
图2示出了本公开实施例1和实施例2制备的铝合金铸件的微观组织观察图像；其中，图2中(a)、图2中(c)和图2中(e)是实施例1制备的铝合金铸件的微观组织观察图像，图2中(b)、图2中(d)和图2中(f)是实施例2制备的铝合金铸件的微观组织观察图像；具体的，图2中(a)和图2中(b)为光学显微照片，图2中(c)和图2中(d)电子显微照片，图2中(e)和图2中(f)为断口形貌；
图3示出了本公开实施例1和实施例2制备的铝合金铸件的应力-应变曲线；
图4示出了本公开实施例中的平板模样件；
图5示出了本公开的一种实施方式中的除铁机制示意图。
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开的第一方面提供一种免热处理压铸铝合金，以所述压铸铝合金总重量为基准，所述压铸铝合金中包括：6.0~8.0重量%的Si，0.3~1.2重量%的Mg，0.4~0.8重量%的Cu，0.1~0.3重量%的Fe，0.6~0.8重量%的Mn，0.05~0.20重量%的Ti，0.03~0.07重量%的Sr，0.03~0.07重量%的Ce，0.01~0.04重量%的La，0.01~0.1重量%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本公开提供的免热处理压铸铝合金极限抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率较现有汽车结构件合金有显著提升，适合于生产新能源电动汽车车身大型结构薄壁件。
本公开的免热处理压铸铝合金中添加Si元素不仅能增加合金强度，还能保证合金的铸造流动性。添加Mg和Cu元素，在压铸条件下，一部分会固溶到基体中增加基体强度，另一部分在共晶区域处析出中间相，增强共晶组织的结合强度。Mn元素的添加可置换出Fe元素，在一定程度上减少富Fe相的危害，且适量大的Mn元素有助于提升合金的脱模性能。本公开的免热处理压铸铝合金中添加的Ti元素和Zr元素起着异质形核质点的作用，增大初生（Al）晶粒的形核，实现晶粒细化，而含量过多形核质点粗化，细化效果减弱，性能下降。Sr元素可将共晶Si由层片状变质为细小的颗粒状，从而提高合金的塑性。稀土金属Ce元素和La元素在铝合金中主要富集于晶界位置，消除杂质元素的有害作用，且与其它合金元素相互作用形成化合物，改变合金组织结构。在Al-Si系合金中添加Ce元素能够形成较硬的AlCeSi2相，从而进一步提升合金强度。
本公开的一种示例性的实施方式，以所述压铸铝合金总重量为基准，所述压铸铝合金中包括：6.0~8.0重量%的Si，0.3~0.9重量%的Mg，0.4~0.8重量%的Cu，0.1~0.3重量%的Fe，0.65~0.75重量%的Mn，0.05~0.20重量%的Ti，0.03~0.07重量%的Sr，0.03~0.07重量%的Ce，0.01~0.04重量%的La，0.01~0.1重量%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。上述配比可以通过晶粒细化/组织改性增加合金塑性，提升合金强度。
本公开的发明人发现，Sn元素在合金中可与β-AlFeSi相结合，在合金熔炼过程中沉降成渣从而净化熔体；此外，微小的质点在结晶过程作为异质形核晶核从而细化晶粒。本公开的一种示例性的实施方式，所述压铸铝合金还含有Sn元素；以所述压铸铝合金总重量为基准，所述压铸铝合金中包括0.05~0.15重量%的Sn。合金中β-Sn相与β-AlFeSi相之间存在共格界面关系，熔体中的β-Sn相和β-AlFeSi相形成高密度（β-Sn+β-AlFeSi）结合体，由于新结合体相较于铝熔体具有更大的原子质量，熔炼过程中会沉降于熔体底部，从而达到净化熔体的效果，进而减少压铸件中针状β-AlFeSi相的含量，提高合金性能。可选的，所述压铸铝合金中，Sn元素与Fe元素的质量比不高于1.0，Mn元素与Fe元素的质量比不低于3.0，Ce元素和La元素的质量比不低于2.0。
图5示出了Sn添加的除铁机制示意图。当往合金中添加Al-12Sn中间合金，熔体中出现β-Sn粒子，由于β-Sn与β-AlFeSi的界面存在共格关系，β-Sn与β-AlFeSi会优先结合在一起，形成新的结合体。由于新的结合体较铝熔体具有较大的质量，从而沉降于熔体底部，达到降低熔体中β-AlFeSi含量的效果。高压压铸后，压铸件中针状β-AlFeSi相的含量大大减少，减少压铸件服役过程中的应力集中，达到提升合金性能的目的。
根据本公开，所述压铸铝合金的极限抗拉强度可以为300~350MPa，屈服强度可以为150~180MPa，断裂延伸率可以为11.0~16.0%，3.2mm截面厚度下的弯曲角度可以为23.0~27.0°。本公开的免热处理压铸铝合金满足汽车行业对结构件的性能要求，适合于生产汽车车身大型结构薄壁件。
本公开的第二方面提供一种免热处理压铸铝合金的制备方法，包括：将铝置于熔炼炉中熔化并加入硅、镁、Cu原料、Fe原料和Mn原料进行第一熔炼，得到第一熔体；在所述第一熔体降温后移至中转炉，将第一物料置于所述第一熔体底部进行第二熔炼和第一除气精炼除渣，得到第二熔体；将所述第二熔体降温后移至保温炉并进行成分检测，成分检测合格后进行高压压铸得到免热处理压铸铝合金；其中，所述第一物料由Ti原料、Sr原料、Ce原料、La原料、Zr原料和Sn原料组成，或者所述第一物料由Ti原料、Sr原料、Ce原料、La原料和Zr原料组成。
本公开的免热处理压铸铝合金的制备方法无需进行热处理工序就可以取得优异的性能，这不仅能够解决铸件因热处理发生变形和气泡的问题，还有助于简化一体化压铸工艺、提升成品率。
根据本公开，所述Cu原料可以为Al-Cu系合金；所述Fe原料可以为Al-Fe系合金；所述Mn原料可以为Al-Mn系合金；所述Ti原料可以为Al-Ti系合金；所述Sr原料可以为Al-Sr系合金；所述Ce原料可以为Al-Ce系合金；所述La原料可以为Al-La系合金；所述Zr原料可以为Al-Zr系合金；所述Sn原料可以为Al-Sn系合金。
本公开的一种示例性的实施方式，所述Al-Cu系合金为Al-50Cu中间合金；所述Al-Fe系合金为Al-5Fe中间合金；所述Al-Mn系合金为Al-20Mn中间合金；所述Al-Ti系合金为Al-5Ti中间合金；所述Al-Sr系合金为Al-5Sr中间合金；所述Al-Ce系合金为Al-10Ce中间合金；所述Al-La系合金为Al-10La中间合金；所述Al-Zr系合金为Al-5Zr中间合金；所述Al-Sn系合金为Al-12Sn中间合金。
根据本公开，所述熔炼炉的熔炼温度可以为740~760℃；所述中转炉的中转温度可以为710~730℃；所述保温炉的保温温度可以为690~710℃。
根据本公开，所述第一除气精炼除渣可以包括：在惰性气体气氛或氮气下，向所述中转炉炉体内加入精炼剂粉末；所述惰性气体为氩气。
根据本公开，所述高压压铸的条件可以包括：压力为26~70MPa，压射速度为5.5~7.0m/s，压铸温度为690~710℃。
本公开的一种示例性的实施方式，所述制备方法还包括：将铝、硅、镁、Cu原料、Fe原料、Mn原料、Ti原料、Sr原料、Ce原料、La原料、Zr原料和Sn原料进行烘干处理后再进行后续的熔化或熔炼步骤；所述烘干处理的温度为150-200℃。
本公开的第三方面提供一种汽车车身结构件，包括压铸铝合金，所述压铸铝合金为前述的免热处理压铸铝合金或通过前述的制备方法制备得到的免热处理压铸铝合金。
以下通过实施例进一步详细说明本公开。实施例中所用到的原材料均可通过商购途径获得。
实施例1
本实施例制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本实施例的一种免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺包括以下步骤：
1）备料：按合金成分称取合金原料，并进行原料烘干处理。所用原料包括Al、Si、Mg、Al-50Cu中间合金、Al-5Fe中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-5Ti中间合金、Al-5Sr中间合金、Al-10Ce中间合金、Al-10La中间合金和Al-5Zr中间合金。
2）熔炼：熔炼炉升温至750℃将Al熔化，随后添加Si、Mg、Al-50Cu中间合金、Al-5Fe中间合金和Al-20Mn中间合金，待中间合金熔化后将熔液转移至恒温730℃的中转炉，随后添加Al-5Ti中间合金、Al-5Sr中间合金、Al-10Ce中间合金、Al-10La中间合金和Al-5Zr中间合金，待中间合金熔化后在熔体中通入高纯氮气，并带入精炼剂粉末，通气15min除气除渣。随后静置12min，并将熔体转移至恒温690℃的保温炉并进行炉前成分分析测试。
3）压铸：成分检测合格后将温度为690℃的熔体转移至力劲LK630T卧式冷室压铸机进行高压压铸。铸造压力为30MPa，压射速度为6.5m/s，模具温度为200℃，所用模具为长30厘米，宽20厘米的平板模具。
实施例2
本实施例中制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，0.11wt.%的Sn，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本实施例的一种免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺包括以下步骤：
1）备料：按合金成分称取合金原料，并进行原料烘干处理。所用原料包括Al、Si、Mg、Al-50Cu中间合金、Al-5Fe中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-5Ti中间合金、Al-5Sr中间合金、Al-10Ce中间合金、Al-10La中间合金、Al-5Zr中间合金和Al-12Sn中间合金。
2）熔炼：熔炼炉升温至750℃将Al熔化，随后添加Si、Mg、Al-50Cu中间合金、Al-5Fe中间合金和Al-20Mn中间合金，待中间合金熔化后将熔液转移至恒温730℃的中转炉，随后添加Al-5Ti中间合金、Al-5Sr中间合金、Al-10Ce中间合金、Al-10La中间合金、Al-5Zr中间合金和Al-12Sn中间合金，待中间合金熔化后在熔体中通入高纯氮气，并带入精炼剂粉末，通气15min除气除渣。随后静置12min，并将熔体转移至恒温690℃的保温炉并进行炉前成分分析测试。
3）压铸：成分检测合格后将温度为690℃的熔体转移至力劲LK630T卧式冷室压铸机进行高压压铸。铸造压力为30MPa，压射速度为6.5m/s，模具温度为200℃，所用模具为长30厘米，宽20厘米的平板模具。
实施例3
本实施例的免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例1，所不同的是，本实施例中制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：6.21wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
实施例4
本实施例的免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例2，所不同的是，本实施例中制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.92wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，0.11wt.%的Sn，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
实施例5
本实施例的免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例2，所不同的是，本实施例中制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.35wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，0.11wt.%的Sn，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
实施例6
本实施例的免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例2，所不同的是，本实施例中制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.40wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，0.11wt.%的Sn，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
实施例7
本实施例的免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例2，所不同的是，本实施例中制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.40wt.%的Cu，0.28wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，0.15wt.%的Sn，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
实施例8
本实施例的免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例2，所不同的是，本实施例制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，0.20wt.%的Sn，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
实施例9
本实施例的免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例1，所不同的是，本实施例中所用压铸机为海天金属HDC8800T超大型智能压铸机，所用模具为横梁长2.0米，纵梁长1.4米的新能源汽车一体化压铸后地板模具，取横梁部位做拉伸测试和弯曲试验。
实施例10
本实施例的免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例2，所不同的是，本实施例中所用压铸机为海天金属HDC8800T超大型智能压铸机，所用模具为横梁长2.0米，纵梁长1.4米的新能源汽车一体化压铸后地板模具，取横梁部位做拉伸测试和弯曲试验。
对比例1
本对比例制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本对比例的一种免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例1，所不同的是，制备过程不添加Al-5Ti中间合金和Al-5Zr中间合金。
对比例2
本对比例制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本对比例的一种免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例1，所不同的是，制备过程不添加Al-5Sr中间合金和Al-5Zr中间合金。
对比例3
本对比例制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本对比例的一种免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例1，所不同的是，制备过程不添加Al-10Ce中间合金、Al-10La中间合金和Al-5Zr中间合金。
对比例4
本对比例制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本对比例的一种免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例1，所不同的是，制备过程不添加Al-5Zr中间合金。
对比例5
本对比例制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.12wt.%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本对比例的一种免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例1。
对比例6
本对比例制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.25wt.%的Mg，0.25wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本对比例的一种免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例1。
对比例7
本对比例制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：7.32wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.4wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本对比例的一种免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例1。
对比例8
本对比例制备的一种汽车车身结构件用免热处理压铸铝合金，其化学组分为：5.65wt.%的Si，0.49wt.%的Mg，0.58wt.%的Cu，0.18wt.%的Fe，0.69wt.%的Mn，0.15wt.%的Ti，0.05wt.%的Sr，0.05wt.%的Ce，0.02wt.%的La，0.04wt.%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
本对比例的一种免热处理压铸铝合金的制备及其压铸工艺同实施例1。
表1示出了实施例1-10和对比例1-8制备的压铸铝合金的成分
表1
测试例1
对实施例1-10和对比例1-8制备的铝合金铸件进行力学性能检测，对实施例9-10制备的铝合金铸件进行弯曲试验测试，具体结果见表2。
表2
通过表2可以看出：本实施例制备得到的铝合金铸件抗压强度和屈服强度显著增加，特别是在其他各组分添加量相同的前提下，当同时加入Zr和Sn的压铸铝合金，抗拉强度显著增强，屈服强度显著提升，伸长率显著提升。
测试例2
对实施例1和2制备的铝合金铸件进行微观组织观察，具体结果见图2。
通过光学显微照片（图2中(a)和图2中(b)）发现，Sn的添加可进一步细化合金中初生α-Al的尺寸，这是由于合金中Sn添加形成的微小异质形核质点达到细化晶粒的效果。通过电子显微照片（图2中(c)和图2中(d)）发现，无Sn添加时，合金中存在粗大的针状β-AlFeSi相；当Sn添加进合金中后，合金中针状β-AlFeSi相几乎完全消失。进一步通过断口电子显微照片（图2中(e)和图2中(f)）发现，无Sn添加时，合金的断裂几乎为脆性断裂，而Sn添加后，合金断裂形貌中存在较为细小韧窝。
本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (13)
1.一种免热处理压铸铝合金，其特征在于，以所述压铸铝合金总重量为基准，所述压铸铝合金中包括：
6.0~8.0重量%的Si，0.3~1.2重量%的Mg，0.4~0.8重量%的Cu，0.1~0.3重量%的Fe，0.6~0.8重量%的Mn，0.05~0.20重量%的Ti，0.03~0.07重量%的Sr，0.03~0.07重量%的Ce，0.01~0.04重量%的La，0.01~0.1重量%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
2.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其中，以所述压铸铝合金总重量为基准，所述压铸铝合金中包括：
6.0~8.0重量%的Si，0.3~0.9重量%的Mg，0.4~0.8重量%的Cu，0.1~0.3重量%的Fe，0.65~0.75重量%的Mn，0.05~0.20重量%的Ti，0.03~0.07重量%的Sr，0.03~0.07重量%的Ce，0.01~0.04重量%的La，0.01~0.1重量%的Zr，小于或等于0.01重量%的其他杂质元素和余量的Al。
3.根据权利要求1或2所述的压铸铝合金，其中，所述压铸铝合金还含有Sn元素；以所述压铸铝合金总重量为基准，所述压铸铝合金中包括0.05~0.15重量%的Sn。
4.根据权利要求3所述的压铸铝合金，其中，所述压铸铝合金中，Sn元素与Fe元素的质量比不高于1.0，Mn元素与Fe元素的质量比不低于3.0，Ce元素和La元素的质量比不低于2.0。
5.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其中，所述压铸铝合金的极限抗拉强度为300~350MPa，屈服强度为150~180MPa，断裂延伸率为11.0~16.0%，3.2mm截面厚度下的弯曲角度为23.0~27.0°。
6.一种适用于权利要求1-5任意一项所述的免热处理压铸铝合金的制备方法，其特征在于，包括：
将铝置于熔炼炉中熔化并加入硅、镁、Cu原料、Fe原料和Mn原料进行第一熔炼，得到第一熔体；
在所述第一熔体降温后移至中转炉，将第一物料置于所述第一熔体底部进行第二熔炼和第一除气精炼除渣，得到第二熔体；
将所述第二熔体降温后移至保温炉并进行成分检测，成分检测合格后进行高压压铸得到免热处理压铸铝合金；
其中，所述第一物料由Ti原料、Sr原料、Ce原料、La原料、Zr原料和Sn原料组成，或者所述第一物料由Ti原料、Sr原料、Ce原料、La原料和Zr原料组成。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，
所述Cu原料为Al-Cu系合金；所述Fe原料为Al-Fe系合金；所述Mn原料为Al-Mn系合金；所述Ti原料为Al-Ti系合金；所述Sr原料为Al-Sr系合金；所述Ce原料为Al-Ce系合金；所述La原料为Al-La系合金；所述Zr原料为Al-Zr系合金；所述Sn原料为Al-Sn系合金。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，
所述Al-Cu系合金为Al-50Cu中间合金；所述Al-Fe系合金为Al-5Fe中间合金；所述Al-Mn系合金为Al-20Mn中间合金；所述Al-Ti系合金为Al-5Ti中间合金；所述Al-Sr系合金为Al-5Sr中间合金；所述Al-Ce系合金为Al-10Ce中间合金；所述Al-La系合金为Al-10La中间合金；所述Al-Zr系合金为Al-5Zr中间合金；所述Al-Sn系合金为Al-12Sn中间合金。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其中，
所述熔炼炉的熔炼温度为740~760℃；
所述中转炉的中转温度为710~730℃；
所述保温炉的保温温度为690~710℃。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其中，
所述第一除气精炼除渣包括：在惰性气体气氛或氮气下，向所述中转炉炉体内加入精炼剂粉末；所述惰性气体为氩气。
11.根据权利要求6所述的制备方法，其中，所述高压压铸的条件包括：压力为26~70MPa，压射速度为5.5~7.0m/s，压铸温度为690~710℃。
12.根据权利要求6-11任意一项所述的制备方法，其中，所述制备方法还包括：
将铝、硅、镁、Cu原料、Fe原料、Mn原料、Ti原料、Sr原料、Ce原料、La原料、Zr原料和Sn原料进行烘干处理后再进行后续的熔化或熔炼步骤；
所述烘干处理的温度为150~200℃。
13.一种汽车车身结构件，其特征在于，包括压铸铝合金，所述压铸铝合金为权利要求1-5任意一项所述的免热处理压铸铝合金或通过权利要求6-12任意一项所述的制备方法制备得到的免热处理压铸铝合金。
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