一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金及其制备方法与流程

1.本发明属于冶金领域，具体涉及一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.汽车的轻量化研究越来越受到研究者的青睐，铝合金作为应用最多的轻合金在汽车工业中将得到更广泛的应用。在汽车的结构件中，越来越多的部分用铸造铝合金来代替。
3.随着汽车工业的发展，对铸造铝合金的性能要求也越来越高，但现在常用的铸造铝合金已经满足不了汽车工艺性能的要求，特别是强塑性匹配的要求。对于汽车结构件来说，ji在论文“development of a super ductile diecast al-mg-si alloy”(materials science&engineering a,2012,556,824-833)总结出屈服强度、抗拉强度和延伸率分别到达150mpa、300mpa和12％才符合汽车结构件的要求。tesla汽车公司于2020年申请了al-ni基高性能压铸铝合金“high performance aluminum alloys with enhanced castability for die casting”(wo2020028730)，该合金铸态具有优异的塑性，延伸率可达15％，但强度较低，屈服强度和抗拉强度分别为90mpa和150mpa。所以找到合适的方式在保持现有塑性的条件下提高强度是铸造铝合金的一个研究热点。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的不足，本发明提出了一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金及其制备方法，由于第二相的尺寸、形貌和分布是影响合金强度的很重要的因素，本申请的高塑高强铸造铝合金中弥散分布的棒状al3ni相可以起到一定的强化作用，同时ce的加入可以细化al3ni相；另外ce还可以和cu结合，在基体中形成弥散分布的纳米尺度析出相，有效的钉扎位错，使合金的强度提高。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金，其化学元素质量百分比为：
7.ni：3.0％-6.2％，cu：0.01％-2.3％，ce：0.2％-1.2％，mn：0.2％-0.7％，ti：0.01％-0.04％，fe小于0.2％，余量为al和其他不可避免的杂质。
8.进一步，其化学元素质量百分比为：ni：5.2％-6.0％，cu：0.72％-1.0％，ce：0.41％-1.0％，mn：0.46％-0.7％，ti：0.02％-0.04％，fe：0.1％-0.12％，余量为al和其他不可避免的杂质。
9.进一步，其化学元素质量百分比为：ni：3.1％-5％，cu：0.21％-0.65％，ce：0.24％-0.36％，mn：0.23％-0.39％，ti：0.01％-0.02％，fe：0.20％，余量为al和其他不可避免的杂质。
10.进一步，其化学元素质量百分比为：ni：6.2％，cu：2.3％，ce：1.2％，mn：0.68％，ti：0.04％，fe：0.19％，余量为al和其他不可避免的杂质。
11.一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金制备方法，包括如下步骤：
12.将工业纯铝加热至720～730℃，再加入al-ni中间合金、al-cu中间合金和al-mn中间合金；继续加热至750℃后加入al-ce中间合金，以及al-ti中间合金，保温20分钟并搅拌；待合金降温到730℃，精炼30分钟，最后通入氩气除气15分钟，等温度稳定在720℃进行浇注。
13.本发明的有益效果：
14.本申请的铸造铝合金中，ni的加入可形成弥散分布的棒状al3ni相，起到弥散强化的效果。ce的加入可以进一步细化al3ni相，同时ce可以和cu结合在基体中形成弥散分布的纳米尺度析出相，有效的钉扎位错，使合金的强度提高。
15.由于合金的制备性能好，在铸态的情况下屈服强度可以达到120-150mpa，抗拉强度可以达到210mpa-270mpa，塑性可以达到12-16％。经过热处理(t6)，力学性能屈服强度可以达到170-230mpa，抗拉强度可以达到280mpa-350mpa，塑性可以达到8-13％。
附图说明
16.图1是本申请铸造铝合金中的细小析出相。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
18.本申请提出的一种高塑高强铸造铝合金，其化学元素质量百分比为：ni：3.0％-6.0％，cu：0.01％-2％，ce：0.2％-1.0％，mn：0.2％-0.7％，ti：0.01％-0.04％，fe小于0.2％，余量为al和其他不可避免的杂质。
19.本申请给出以下三组实施例进行说明：
20.合金nicucemntife实施例15.2％0.72％0.41％0.46％0.02％0.12％实施例23.1％0.21％0.24％0.23％0.01％0.20％实施例36.2％2.3％1.2％0.68％0.04％0.19％
21.通过对上述三组实施例的合金进行检测，分别得到三组实施例合金的性能如下：
22.实施例1的合金,室温屈服强度为153mpa，抗拉强度为264mpa，延伸率为15.8％，热处理(t6)后，力学性能屈服强度可以达到213mpa，抗拉强度可以达到326mpa，塑性可以达到11.7％。
23.实施例2合金,室温屈服强度为128mpa，抗拉强度为224mpa，延伸率为16.3％，热处理(t6)后，力学性能屈服强度可以达到178mpa，抗拉强度可以达到286mpa，塑性可以达到12.8％。
24.实施例3合金,室温屈服强度为158mpa，抗拉强度为276mpa，延伸率为11.7％，热处理(t6)后，力学性能屈服强度可以达到235mpa，抗拉强度可以达到357mpa，塑性可以达到8.3％。
25.由上述三组实施例合金的性能可以看出，本发明所制备的合金，强度较已有的al-ni基铝合金有明显的提升，这是由于合金元素ce的加入可以进一步细化al3ni相，起到弥散
强化的效果；同时，ce可以和cu结合形成纳米尺度的析出相，有效钉扎位错，使合金的强度提高。
26.另外，本申请还提出了一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金制备方法，包括如下步骤：
27.将工业纯铝加热至720～730℃，再加入al-ni中间合金、al-cu中间合金和al-mn中间合金；继续加热至750℃后加入al-ce中间合金，以及al-ti中间合金，保温20分钟并搅拌；待合金降温到730℃，精炼30分钟，最后通入氩气除气15分钟，等温度稳定在720℃进行浇注。
28.以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金，其特征在于，其化学元素质量百分比为：ni：3.0％-6.2％，cu：0.01％-2.3％，ce：0.2％-1.2％，mn：0.2％-0.7％，ti：0.01％-0.04％，fe小于0.2％，余量为al和其他不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金，其特征在于，其化学元素质量百分比为：ni：5.2％-6.0％，cu：0.72％-1.0％，ce：0.41％-1.0％，mn：0.46％-0.7％，ti：0.02％-0.04％，fe：0.1％-0.12％，余量为al和其他不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金，其特征在于，其化学元素质量百分比为：ni：3.1％-5％，cu：0.21％-0.65％，ce：0.24％-0.36％，mn：0.23％-0.39％，ti：0.01％-0.02％，fe：0.20％，余量为al和其他不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金，其特征在于，其化学元素质量百分比为：ni：6.2％，cu：2.3％，ce：1.2％，mn：0.68％，ti：0.04％，fe：0.19％，余量为al和其他不可避免的杂质。5.一种如权利要求1所述含镍和铜的高塑高强铸造铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将工业纯铝加热至720～730℃，再加入al-ni中间合金、al-cu中间合金和al-mn中间合金；继续加热至750℃后加入al-ce中间合金，以及al-ti中间合金，保温并搅拌；待合金降温到730℃，精炼30分钟，最后通入氩气除气15分钟，等温度稳定在720℃进行浇注。

技术总结
本发明公开了一种含镍和铜的高塑高强铸造铝合金及其制备方法，合金中各组分的重量百分比为Ni 3.0％-6.0％，Cu 0.01％-2％，Ce 0.2％-1.0％，Mn 0.2％-0.7％，Ti 0.01％-0.04％，Fe小于0.2％，余量为Al和其他不可避免的杂质。本申请中，镍的加入可以在基体形成细小弥散的柱状Al3Ni相，起到弥散强化的效果；Ce的加入可以细化第二相，同时Ce可以和Cu结合在基体中形成弥散分布的细小析出相，有效的钉扎位错，提高强度。提高强度。


技术研发人员：黄诗尧 赵海龙 黄理 陈秋任 包祖国 郑江 韩维建
受保护的技术使用者：长三角先进材料研究院
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2022/2/18