一種液態(tài)模鍛成形用鋁合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合金制備領(lǐng)域，具體涉及一種液態(tài)模鍛成形用鋁合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 液態(tài)模鍛是將金屬液澆注到模具型腔中，在壓力直接作用下使金屬液凝固與成 形。液態(tài)模鍛成形是鑄鍛相結(jié)合的一種金屬成形技術(shù)，它既具有鑄造的工藝簡單、生產(chǎn)成本 低、可成形形狀復(fù)雜零部件的優(yōu)點，又具有模鍛零部件的晶粒細(xì)密、組織均勻、力學(xué)性能好、 成形精度高的特點，在電子電器、汽車、軌道交通、航空航天、武器裝備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng) 用前景。
[0003] 目前，用于液態(tài)模鍛成形的金屬材料主要為鑄造鋁合金，包括Al-Si系鑄造鋁合 金和Al-Cu系鑄造鋁合金。Al-Si系鑄造鋁合金的典型牌號有我國的ZL101、美國的A356 和A380、日本的ADClO和ADC12等。Al-Si系鑄造鋁合金的共同特點是鑄造性能較好，具體 表現(xiàn)為鋁合金液流動性好，熱裂傾向小，但塑性較差，且不能進(jìn)行表面氧化著色處理。Al-Cu 系鑄造鋁合金的典型牌號有我國的ZL205A、美國的A201和A206、法國的A-U5GT等。Al-Cu 系鑄造鋁合金的共同特點是強(qiáng)度較高，但鑄造性能一般，熱裂傾向較大，且不耐腐蝕。
[0004] 隨著液態(tài)模鍛技術(shù)的發(fā)展，越來越多的液態(tài)模鍛零部件都希望采用變形鋁合金來 進(jìn)行生產(chǎn)，以滿足零部件高強(qiáng)韌、耐腐蝕和氧化著色等需要。以606U6063等牌號為代表的 Al-Mg-Si系變形鋁合金具有良好的塑性、耐腐蝕性能和氧化著色性能，但Al-Mg-Si系變形 鋁合金的強(qiáng)度一般，特別是鋁合金液的流動性較差，用于液態(tài)模鍛成形時，具體表現(xiàn)為補(bǔ)縮 困難，熱裂傾向大，液態(tài)模鍛零部件容易出現(xiàn)收縮裂紋和縮孔等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有鋁合金存在的問題與不足，本發(fā)明提供了一種強(qiáng)度高、塑性好、熱裂傾向 小、耐腐蝕、可氧化著色的液態(tài)模鍛成形用鋁合金。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的液態(tài)模鍛成形用鋁合金由以下成分及質(zhì)量百分比 組成：MgO. 6~1· 2%，SiO. 4~0· 8%，ZnO. 3~0· 6%，MnO. 2~0· 5%，ErO. 2~0· 5%，LiO. 1~0· 4%， SrO. 1~0· 3%，Ti0.0 25~0· 075%，C0.00 5~0· 015% 和混合稀土 0· 1~0· 4%，其余為 Al 和不可避 免的雜質(zhì)。
[0007] 優(yōu)選的成分及質(zhì)量百分比為：MgO. 8~L 1%，SiO. 6~0· 8%，ZnO. 4~0· 5%， MnO. 3~0· 4%，ErO. 3~0· 4%，LiO. 2~0· 3%，SrO. 2~0· 3%，Ti0.0 25~0· 05%，C0.00 5~0· 01% 和混合 稀土 0. 2~0. 3%，其余為Al和不可避免的雜質(zhì)。
[0008] 最佳的的成分及質(zhì)量百分比為：MgL 0%，Si 0. 6%，Zn 0. 4%，MnO. 3%，ErO. 3%， LiO. 3%，SrO. 2%，Ti0.0 5%，C0.0 1%和混合稀土 0. 3%，其余為Al和不可避免的雜質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明的液態(tài)模鍛成形用鋁合金采用現(xiàn)有普通熔煉工藝配制而成，原材料為工業(yè) 鋁錠、鎂錠、鋅錠、鋁錳合金、鋁鉺合金、鋁鋰合金、鋁鍶合金、鋁鈦碳合金和混合稀土；澆注 溫度為710~760°C，液態(tài)模鍛成形的比壓為75~125MPa ;熱處理方法為在540~550°C固溶處 理1~2小時，水淬后，在190~200°C時效處理12~16小時，然后隨爐空冷。
[0010] 本發(fā)明的液態(tài)模鍛鋁合金的成分及質(zhì)量百分比的選擇理由和依據(jù)如下： Mg :Mg與Si在時效熱處理過程會析出Mg2Si強(qiáng)化相，是鋁合金的主要強(qiáng)化相。Mg含量 越高，Mg2Si強(qiáng)化相越多，鋁合金的強(qiáng)度越高。但Mg含量過高也會降低鋁合金的塑形。因 此，Mg含量選擇在0. 6~1. 2%較為合適，優(yōu)選含量0. 8~1. 1%，最佳含量1. 0%。
[0011] Si :Si在鋁合金中作用，首先是與Mg形成Mg2Si強(qiáng)化相，增強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度，其次 是可以改善鋁合金液的流動性，減小熱裂傾向。Si含量越高，鋁合金的強(qiáng)度越高，鋁合金 液的流動性越好，熱裂傾向越小。但是當(dāng)Si含量超過1. 2%時，會使鋁合金的陽極氧化光 度變差，出現(xiàn)表面發(fā)灰、發(fā)黑、顏色不均等現(xiàn)象。因此，Si含量選擇在0.4~0. 8%，優(yōu)選含量 0. 6~0. 8%，最佳含量 0. 6%。
[0012] Zn :Zn與Mg可形成MgZn2強(qiáng)化相增強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度，并增加鋁合金液的共晶液相 體積分?jǐn)?shù)，改善鋁合金液的流動性，減小熱裂傾向。但Zn含量過高也會降低鋁合金的塑性， 因此，選擇添加0. 3~0. 6%的Zn，優(yōu)選含量0. 4~0. 5%，最佳含量0. 4%。
[0013] Mn :Mn與Al可形成MnAlf^t合物彌散質(zhì)點，首選是可細(xì)化鋁合金的再結(jié)晶晶 粒，阻礙再結(jié)晶晶粒的長大。其次是可溶解鋁合金中的雜質(zhì)元素 Fe，消除雜質(zhì)元素 Fe的 有害影響，從而可以提尚錯合金的耐腐蝕性能，因此，選擇添加〇. 2~0. 5%的Mn，優(yōu)選含量 0. 3~0. 4%，最佳含量 0. 3%。
[0014] Er :Er與Al可形成熱力學(xué)穩(wěn)定的Al3Er相，既有細(xì)化錯合金晶粒的作用，還能固溶 到鋁基體中析出納米尺寸的Al 3Er相，釘扎位錯、亞晶及晶界，提高鋁合金的強(qiáng)度和塑性，因 此，選擇添加0. 2~0. 5%的Er，優(yōu)選含量0. 3~0. 4%，最佳含量0. 3%。
[0015] Li :Li與Al可形成Al3Li強(qiáng)化相，提高鋁合金的強(qiáng)度和塑性。Li還是一種表面活 性元素，可降低鋁合金液的表面張力，提高鋁合金液的流動性，因此，選擇添加0. 1~〇. 4%的 Li，優(yōu)選含量0. 2~0. 3%，最佳含量0. 3%。
[0016] Sr :Sr是共晶Si的變質(zhì)元素，具有變質(zhì)效果好、持續(xù)性和再現(xiàn)性好的優(yōu)點，可顯 著細(xì)化共晶Si的尺寸，增加鋁合金液流動性。因此，選擇添加0. 1~0. 3%的Sr，優(yōu)選含量 0. 2~0. 3%，最佳含量 0. 2%。
[0017] Ti、C :Ti和C是以Al-Ti-C合金形式加入，Al-Ti-C合金是一種高效晶粒細(xì)化 劑，具有持續(xù)時間長、細(xì)化效果穩(wěn)定等優(yōu)點，可顯著細(xì)化鋁合金的晶粒，提高鋁合金液的 流動性和組織均勻性，因此，選擇添加0. 025~0. 075%的Ti，0. 005~0. 015%的C ;優(yōu)選含量 Ti0.0 25~0· 05%，C0.00 5~0· 01% ;最佳含量 Ti0.0 5%，C0.0 1%。
[0018] 混合稀土：混合稀土含有鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧 和釔共17中稀土元素，稀土元素化學(xué)性質(zhì)活潑，添加0. 1~0. 4%的混合稀土，對鋁合金有細(xì) 化晶粒組織、凈化鋁合金液、減少氣體和夾雜物含量的作用，既可以提高鋁合金液流動性， 還能提尚錯合金接受陽極氧化的能力，改善錯合金的氧化著色性能，優(yōu)選含量〇. 2~0. 3%，最 佳含量〇. 3%。
[0019] 本發(fā)明的液態(tài)模鍛成形用鋁合金具有以下優(yōu)點： (1)強(qiáng)度高、塑性好。在液態(tài)模鍛成形比壓多75MPa和熱處理條件下，抗拉強(qiáng)度大于 380MPa，伸長率大于12%，適合于液態(tài)模鍛成形各種受力結(jié)構(gòu)件。
[0020] (2)熱裂傾向小。本發(fā)明通過增加共晶液相的含量、細(xì)化晶粒、凈化熔體、降低鋁合 金液的表面張力等措施，使鋁合金液具有良好的流動性，增強(qiáng)了鋁合金的補(bǔ)縮能力，從而減 小鋁合金的熱裂傾向，可以避免液態(tài)模