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CN118497565A - 免热处理铝合金材料及其制备方法和应用 - Google Patents

免热处理铝合金材料及其制备方法和应用 Download PDF

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CN118497565A CN202410755513.7A CN202410755513A CN118497565A CN 118497565 A CN118497565 A CN 118497565A CN 202410755513 A CN202410755513 A CN 202410755513A CN 118497565 A CN118497565 A CN 118497565A
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Abstract

本发明公开了免热处理铝合金材料及其制备方法和应用，属于合金技术领域。该免热处理铝合金材料包括以下质量百分比的各元素组分：Si7.5％‑8.5％、Mg0.4％‑0.8％、Cu0.6％‑0.7％、Zn0.1％‑0.4％、Mn0.4％‑0.8％、Fe0‑0.4％、Ca0.13％‑0.25％、Sr0.015％‑0.050％、Ti0.05％‑0.30％、V0.03％‑0.05％、RE0.05％‑0.2％、不可避免的杂质＜0.03％、Al为余量，RE元素为La和/或Ce。该铝合金材料在保证其熔液流动性优异的前提下，还兼具优异的强度、韧性特征。

Description

免热处理铝合金材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及合金技术领域，特别涉及免热处理铝合金材料及其制备方法和应用。
背景技术
基于铝合金材料的铝合金压铸件，具有集成化、轻量化、高韧性等特点，通常用于制备汽车的结构件，这对于汽车的轻量化设计较为有利。
Al-Si系铝合金材料的铸造性能较为优异，更适于制备汽车的结构件，特别是免热处理的Al-Si系铝合金材料，还利于降低生产成本。然而，目前已知的免热处理的Al-Si系铝合金材料，其强度和韧性仍然有待提高。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种免热处理铝合金材料及其制备方法和应用，能够解决相关技术中存在的技术问题。
具体而言，包括以下的技术方案：
一方面，提供了一种免热处理铝合金材料，所述免热处理铝合金材料包括以下质量百分比的各元素组分：Si 7.5％-8.5％、Mg 0.4％-0.8％、Cu 0.6％-0.7％、Zn 0.1％-0.4％、Mn 0.4％-0.8％、Fe 0-0.4％、Ca 0.13％-0.25％、Sr 0.015％-0.050％、Ti0.05％-0.30％、V 0.03％-0.05％、RE 0.05％-0.2％、不可避免的杂质＜0.03％、Al为余量，其中，RE元素为La和/或Ce。
在一些可能的实现方式中，Si元素与Ca元素的质量比为40-65:1。
在一些可能的实现方式中，Si元素的质量与Ca元素、V元素和RE元素三者的总质量之比为20-35:1。
在一些可能的实现方式中，Ca元素的质量百分比为0.15％-0.19％。
另一方面，提供了一种免热处理铝合金材料的制备方法，所述免热处理铝合金材料如上述任一所述；
所述免热处理铝合金材料的制备方法包括：根据所述免热处理铝合金材料中各元素的质量百分比，提供制备原料；
对所述制备原料依次作熔炼处理、扒渣处理、压铸处理，制备得到所述免热处理铝合金材料。
在一些可能的实现方式中，所述制备原料中的至少部分原料选自铝材废料。
在一些可能的实现方式中，所述铝材废料包括1系铝合金废料、5系铝合金废料、6系铝合金废料、A356铝合金废料、A380铝合金废料、AlSi7Mg0.3Cu0.5铝合金废料、AlSi9Cu3铝合金废料中的至少一种。
在一些可能的实现方式中，所述制备原料中，Ca元素以Al-10Ca合金形式加入；Si元素中的至少一部分以Al-20Si合金形式加入；Mg元素中的至少一部分以纯Mg形式加入；Mn元素中的至少一部分以Al-20Mn合金形式加入；Cu元素中的至少一部分以Al-50Cu合金形式加入；Zn元素中的至少一部分以Al-20Zn合金形式加入；V元素中的至少一部分以Al-5V合金形式加入；Ti元素中的至少一部分以Al-10Ti合金形式加入，Sr元素中的至少一部分以Al-10Sr合金形式加入。
在一些可能的实现方式中，所述根据所述免热处理铝合金材料中各元素的质量百分比，提供制备原料，包括：
对所述铝材废料依次进行分类、破碎、除杂，获得铝材废料原料并作为第一部分的制备原料；
在确定所述第一部分的制备原料之后，根据所述免热处理铝合金材料的配方，确定并提供第二部分的制备原料；
根据所述免热处理铝合金材料中各元素的质量百分比，对所述第一部分的制备原料和所述第二部分的制备原料进行配料，获得所述制备原料。
在一些可能的实现方式中，所述对所述制备原料依次作熔炼处理、扒渣处理、压铸处理，制备得到所述免热处理铝合金材料，包括：
对所述第一部分的制备原料依次进行熔炼处理、浮渣去除处理，获得第一原料熔液；
将所述第二部分的制备原料中所含组分，采用分步加入方式加入至所述第一原料熔液并作熔炼处理，获得铝合金熔液；
对所述铝合金熔液作压铸处理，制备得到所述免热处理铝合金材料。
再一方面，本发明实施例还提供了免热处理铝合金材料在制备铝合金结构件中的应用，所述免热处理铝合金材料如上述任一所述，或者，采用上述任一所述的免热处理铝合金材料的制备方法制备得到。
又一方面，本发明实施例还提供了一种铝合金结构件，所述铝合金结构件通过免热处理铝合金材料制备得到，所述免热处理铝合金材料如上述任一所述，或者，采用上述任一所述的免热处理铝合金材料的制备方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的免热处理铝合金材料，其包括以下质量百分比的各元素组分：Si 7.5％-8.5％、Mg 0.4％-0.8％、Cu 0.6％-0.7％、Zn 0.1％-0.4％、Mn0.4％-0.8％、Fe 0-0.4％、Ca 0.15％-0.25％、Sr 0.015％-0.050％、Ti 0.05％-0.30％、V 0.03％-0.05％、RE 0.05％-0.2％、不可避免的杂质＜0.03％、Al为余量，其中，RE元素为La和/或Ce。通过选用特定类型的各元素并使它们以特定的质量百分比相组合，各组分协同作用，一方面，这利于降低铝合金材料的液相线温度，提高铝合金熔液的流动性，从而保证铝合金材料的充型能力，更利于采用一体压铸工艺进行成型。另一方面这利于提升铝合金材料的强度、韧性、变形抗力等性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例3对应的铝合金压铸件的显微组织图像；
图2为实施例3对应的铝合金压铸件的在一分辨率条件下的扫描电镜图；
图3为实施例3对应的铝合金压铸件的在另一分辨率条件下的扫描电镜图。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
近年来，在双碳目标的要求下，人们越来越意识到节能减排对人类持续发展的重要性。在汽车行业，有分析数据表明汽车质量每减轻10％，可降低汽车燃油消耗6％～8％，排放量下降4％；新能源汽车重量降低100Kg，续航里程可提升10-11％，还可以减少20％的电池成本以及20％的日常损耗成本。因此，汽车轻量化问题也已逐步成为汽车行业发展的迫切需求。
铝合金材料由于自身质轻，在汽车上得到越来越多的使用。特别是铝压铸件由于其集成化、轻量化、高韧性等优点，在汽车上应用的得到不断提升。这样就要求压铸件集成化程度的不断提高，传统AlSi10MnMg合金由于必须要热处理而难以满足需求，从而需要新型免热处理压铸铝合金材料，同时汽车行业对于一体化压铸技术的需求日益增长。
Al-Si系铝合金材料的铸造性能较为优异，更适于制备汽车的结构件，特别是免热处理的Al-Si系铝合金材料，还利于降低生产成本。然而，目前已知的免热处理的Al-Si系铝合金材料，其强度和韧性仍然有待提高，使其很难满足一体压铸汽车结构的要求。
一方面，本发明实施例提供了一种免热处理铝合金材料，该免热处理铝合金材料包括以下质量百分比的各元素组分：Si 7.5％-8.5％、Mg 0.4％-0.8％、Cu0.6％-0.7％、Zn0.1％-0.4％、Mn 0.4％-0.8％、Fe 0-0.4％、Ca 0.15％-0.25％、Sr0.015％-0.050％、Ti0.05％-0.30％、V 0.03％-0.05％、RE 0.05％-0.2％、不可避免的杂质＜0.03％、Al为余量，其中，RE元素为La和/或Ce。
针对上述涉及的免热处理铝合金材料，首先就其中各元素组分在其中起到的作用进行描述。
本发明实施例中，Si元素的质量百分比为7.5％-8.5％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：7.5％、7.6％、7.7％、7.8％、7.9％、8％、8.1％、8.2％、8.3％、8.4％、8.5％等。
Si元素既能增加铝合金材料的强度，又能保证铝合金材料的铸造流动性。基于Si元素的上述质量百分比，本发明实施例涉及的铝合金为中硅含量铝合金，通常适用于制备那些强度要求更高，但是伸长率相对适中的结构件，例如，应用于三段式一体压铸结构件的前段位置、后段位置等。
Mg元素的质量百分比为0.4％-0.8％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％、0.5％、0.51％、0.52％、0.53％、0.54％、0.55％、0.56％、0.57％、0.58％、0.59％、0.6％、0.61％、0.62％、0.63％、0.64％、0.65％、0.66％、0.67％、0.68％、0.69％、0.7％、0.71％、0.72％、0.73％、0.74％、0.75％、0.76％、0.77％、0.78％、0.79％、0.8％等。
在压铸条件下，Mg元素的一部分会固溶到铝合金基体中增加基体强度，Mg元素的另一部分能够在共晶区域析出第二相(如Mg2Si等)，从而增强铝合金的强度。
Cu元素的质量百分比为0.6％-0.7％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：0.6％、0.61％、0.62％、0.63％、0.64％、0.65％、0.66％、0.67％、0.68％、0.69％、0.7％等。
在压铸条件下，Cu元素一部分会固溶到基体中增加基体强度，Cu元素的另一部分在共晶区域处析出强化相(如Al2Cu)，增强铝合金的强度，具有上述质量百分比的Cu元素，还能够提高铝合金材料的铸造流动性，弥补了硅含量较低而导致的流动性下降的问题。
Zn元素的质量百分比为0.1％-0.4％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％等。
Zn元素在凝固过程中能富集在Al-Si-Cu-Mg相及含Fe相表面，抑制其生长，使得Al-Si-Cu-Mg相及含Fe相的尺寸减小，从而显著提升铝合金材料的铸态性能，而且，时效过程中因Zn元素在α-Al相中的固溶度增加，将Zn元素固溶进α-Al内，有固溶强化作用，这利于增加铝合金材料的强度。Zn元素的质量百分比在上述范围内并与其他各组分元素协同作用，对于优化铝合金材料的铸态性能和强度更加有利。
Mn元素的质量百分比为0.4％-0.8％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：0.4％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％、0.5％、0.51％、0.52％、0.53％、0.54％、0.55％、0.56％、0.57％、0.58％、0.59％、0.6％、0.61％、0.62％、0.63％、0.64％、0.65％、0.66％、0.67％、0.68％、0.69％、0.7％、0.71％、0.72％、0.73％、0.74％、0.75％、0.76％、0.77％、0.78％、0.79％、0.8％等。
具有上述质量百分比Mn元素既能控制针状Fe相，减少Fe相的危害，还有助于提升铝合金材料的脱模性能。
Fe元素的质量百分比为0-0.4％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：0％、0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％、0.31％、0.32％、0.33％、0.34％、0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.4％等。
Fe元素在凝固过程中，容易与Al、Si等元素会共同形成针片状β-Fe相，在受力过程中容易产生应力集中，从而割裂基体，劣化铝合金材料的性能，所以，本发明实施例期望Fe元素的质量百分比小于或等于0.4％，以避免对了合金材料的性能造成恶化。
Ca元素的质量百分比为0.13％-0.25％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％等。
本发明实施例通过向铝合金材料中增添0.13％-0.25％的Ca元素，一方面，Ca元素在其中起到异质形核质点的作用，利于增大初生Al晶粒的形核，而且，具有上述质量百分含量的Ca元素，能够顺利地与其他元素形成第二相同时细化晶粒，最终达到改善铝合金材料的强度及韧性的目的。
进一步地，Ca元素的质量百分比可以为0.15％-0.19％，从而达到进一步优化铝合金材料的强度及韧性的目的。
Sr元素的质量百分比为0.015％-0.050％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：0.015％、0.016％、0.017％、0.018％、0.019％、0.02％、0.021％、0.022％、0.023％、0.024％、0.025％、0.026％、0.027％、0.028％、0.029％、0.03％、0.031％、0.032％、0.033％、0.034％、0.035％、0.036％、0.037％、0.038％、0.039％、0.04％、0.041％、0.042％、0.043％、0.044％、0.045％、0.046％、0.047％、0.048％、0.049％、0.05％等。
具有上述质量百分比的Sr元素，能够将共晶Si由层片状变质为细小的颗粒状，从而提高铝合金材料的韧性。
Ti元素的质量百分比为0.05％-0.30％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％、0.28％、0.29％、0.3％等。
本发明实施例通过向铝合金材料中增添0.05％-0.30％的Ti元素，Ti元素起到异质形核质点的作用，从而增大初生(Al)晶粒的形核，实现晶粒细化，达到改善铝合金材料的强度及韧性的目的。
RE为稀土元素，其选自La、Ce中的至少一种，RE元素的质量百分比为0.05％-0.2％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.2％等。
本发明实施例通过向铝合金材料中增添0.05％-0.20％的RE元素，RE元素起到异质形核质点的作用，从而增大初生(Al)晶粒的形核，实现晶粒细化，达到改善铝合金材料的强度及韧性的目的。
V元素的质量百分比为0.03％-0.05％，这包括但不限于以下各点值以及由任意两个点值所构成的区间范围：0.03％、0.031％、0.032％、0.033％、0.034％、0.035％、0.036％、0.037％、0.038％、0.039％、0.04％、0.041％、0.042％、0.043％、0.044％、0.045％、0.046％、0.047％、0.048％、0.049％、0.05％等。
具有上述质量百分比的V元素，能够细化共晶硅，形成细小弥散相，同时可以改变铁相形态，从而达到提高铝合金材料强韧性能的目的。
综上可知，本发明实施例提供的免热处理铝合金材料，通过选用特定类型的各元素并使它们以特定的质量百分比相组合，各组分协同作用，一方面，这利于降低铝合金材料的液相线温度，提高铝合金熔液的流动性，从而保证铝合金材料的充型能力，更利于采用一体压铸工艺进行成型。另一方面这利于提升铝合金材料的强度、韧性、变形抗力等性能。
其中，关于本发明实施例中铝合金材料的强度、韧性、变形抗力等性能提升的原理可以如下所示：
在铝合金熔液凝固过程中，Ca、Mg等元素能够在晶间生成AlCaSi相、Al4Ca、Mg2Si、Al-Si-Cu-Mg等第二相，同时细化晶粒。V元素、稀土元素RE的加入，使得铝合金熔液在结晶过程存在更多的结晶核心，组织更细小，同时也导致产生更多的小粒状第二相(如Al2CaSi2)，通过强化相与位错间的交互作用，阻碍了位错运动，显著提高了合金的变形抗力和力学强度。此外，铝合金基体中存在的Cu、Mg、Si元素，在快速冷却过程中，这些元素更多地保留在铝合金基体中，这部分强化元素会在后期时效热处理过程中，在铝合金基体中形成强化相，从而提升铝合金基体的强度，实现在不需进行额外固溶热处理的条件下，得到综合性能俱佳的铝合金材料。另外，铝合金材料中特定含量的V元素、稀土元素RE能够与Al、Fe、Si、Mn等元素形成一种近球状的AlFeSiMnV相，这不仅能够有效降低铝合金基体中有害的Fe相所带来的副作用，还能作为强化相阻碍位错移动，使铝合金在无需热处理的情况下，即可达到提升强度及韧性的目的。
针对上述涉及的免热处理铝合金材料，研究发现，Si、Ca等元素的质量比会影响AlCaSi相形态及尺寸的变化，而这直接影响铝合金材料的综合性能。
本发明实施例期望Si元素与Ca元素的质量比为40-65:1，这包括但不限于：40:1、41:1、42:1、43:1、44:1、45:1、46:1、47:1、48:1、49:1、50:1、51:1、52:1、53:1、54:1、55:1、56:1、57:1、58:1、59:1、60:1、61:1、62:1、63:1、64:1、65:1、等。这不仅利于提升铝合金材料的抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率，还利于提升铝合金熔液的流动性。
在一些示例中，本发明实施例期望Si元素的质量与Ca元素、V元素和RE元素三者的总质量之比为20-35:1，这包括但不限于：20:1、21:1、22:1、23:1、24:1、25:1、26:1、27:1、28:1、29:1、30:1、31:1、32:1、33:1、34:1、35:1等。从而，这不仅利于提升铝合金材料的抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率，还利于提升铝合金熔液的流动性。
综上可知，本发明实施例提供的铝合金，其兼具优异的强度和韧性，适用于汽车高真空一体化大型压铸件，并且该铝合金可以采用汽车回收铝生产，实现了汽车产品闭环生成，达到了低碳可持续循坏生产的目标。
另一方面，本发明实施例还提供了一种免热处理铝合金材料的制备方法，其中，该免热处理铝合金材料如上述任一所述。
该免热处理铝合金材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1、根据免热处理铝合金材料中各元素的质量百分比，提供制备原料。
步骤2、对制备原料依次作熔炼处理、扒渣处理、压铸处理，制备得到免热处理铝合金材料。
基于采用了本发明实施例上述体积的铝合金材料，使得在其制备过程中无须热处理，即可制备得到强度、韧性、变形抗力等性能均优异的铝合金材料。
在一些示例中，制备原料中的至少部分原料选自铝材废料，例如，该铝材废料为回收自汽车的铝材废料。
通过采用铝材废料来提供制备原料，使得碳排放大大降低，实现低碳和低成本，这利于产业的低碳可持续发展。
在一些示例中，铝材废料包括1系铝合金废料、5系铝合金废料、6系铝合金废料、A356铝合金废料、A380铝合金废料、AlSi7Mg0.3Cu0.5铝合金废料、AlSi9Cu3铝合金废料中的至少一种。其中，AlSi7Mg0.3Cu0.5铝合金废料指的是，Si元素、Mg元素、Cu元素在其中的质量百分比分别为7％、0.3％、0.5％。例如，1系铝合金废料通常包括铝导线，5系铝合金废料和6系铝合金废料通常包括汽车的车身板材，A356铝合金废料通常包括车轮、轮毂，A380铝合金废料和AlSi9Cu3铝合金废料通常包括汽车悬置支架，AlSi7Mg0.3Cu0.5铝合金废料通常包括汽车缸盖。
汽车具有丰富的铝合金材料能够被回收利用，从而获得再生铝，并且，再生铝工艺与原铝相比，再生铝工艺只需要相当于原铝能量的5％的能量，温室气体排放达到95％，当然，成本也明显降低。
在制备原料中的至少部分原料选自铝材废料时，为了确保铝合金材料中各元素被充分提供且能够通过熔炼顺利地释放至铝合金基体中，可以就制备原料中以下各元素分别以特定的形式来提供：Ca元素以Al-10Ca合金形式加入(Ca元素在其中的质量百分比为10％)；Si元素中的至少一部分以Al-20Si合金形式加入(Si元素在其中的质量百分比为20％)；Mg元素中的至少一部分以纯Mg形式加入；Mn元素中的至少一部分以Al-20Mn合金形式加入(Mn元素在其中的质量百分比为20％)；Cu元素中的至少一部分以Al-50Cu合金形式加入(Cu元素在其中的质量百分比为50％)；Zn元素中的至少一部分以Al-20Zn合金形式加入(Zn元素在其中的质量百分比为20％)；V元素中的至少一部分以Al-5V合金形式加入(V元素在其中的质量百分比为5％)；Ti元素中的至少一部分以Al-10Ti合金形式加入(Ti元素在其中的质量百分比为10％)，Sr元素中的至少一部分以Al-10Sr合金形式加入(Sr元素在其中的质量百分比为10％)。
在一些示例中，稀土元素RE以La单质和Ce单质的混合物的形式来提供。
在一些示例中，步骤1中，根据免热处理铝合金材料中各元素的质量百分比，提供制备原料，包括：
步骤11、对铝材废料依次进行分类、破碎、除杂，获得铝材废料原料并作为第一部分的制备原料。
步骤12、在确定第一部分的制备原料之后，根据免热处理铝合金材料的配方，确定并提供第二部分的制备原料。
步骤13、根据免热处理铝合金材料中各元素的质量百分比，对第一部分的制备原料和第二部分的制备原料进行配料，获得制备原料。从而，确保制备原料在熔炼后能够获得具有期望组成的免热处理铝合金材料。
进一步地，步骤2中，对制备原料依次作熔炼处理、扒渣处理、压铸处理，制备得到免热处理铝合金材料，包括：对第一部分的制备原料依次进行熔炼处理、浮渣去除处理，获得第一原料熔液；将第二部分的制备原料中所含组分，采用分步加入方式加入至第一原料熔液并作熔炼处理，获得铝合金熔液；对铝合金熔液作压铸处理，制备得到免热处理铝合金材料。
例如，将废铝轮毂、废悬置支架、废铝板、废铝导线中的至少一种作为第一部分的制备原料，并根据免热处理铝合金材料的配方，对第一部分的制备原料按照配比进行配料。将配料完毕的第一部分的制备原料置于熔化炉中进行熔化，熔化温度设定为720℃-740℃，待制备原料全部熔化后，除去表面浮渣，再进行搅拌，搅拌时间为15分钟-20分钟，获得第一原料熔液。
将第一原料熔液转移至保温炉，温度740℃-750℃，然后将第二部分的制备原料中所含组分，采用分步加入方式加入至第一原料熔液并作熔炼处理，举例来说，这可以包括：在将第二部分的制备原料配料完毕后，向第一原料熔液中加入特定配比的Al-20Si、Al-20Mn和Al-50Cu中间合金，待这些中间合金全部熔化后，开启搅拌，搅拌时间为5-8分钟，保温15分钟-20分钟。然后，继续升温至750℃-760℃，加入Al-10Ca、Al-5V和Al-10Ti中间合金，待这些中间合金全部熔化后，搅拌5分钟-8分钟，搅拌后保温15分钟-20分钟。然后，继续加入无钠精炼剂精炼，精炼时间为10分钟-15分钟，使合金液温度降低至740℃-750℃，然后加入预热后的Al-10Sr中间合金和稀土元素RE，搅拌时间为5-8分钟，通入高纯氮气以充分除气，除气时间大于或等于20分钟，从而得到纯净的铝合金熔液。对铝合金熔液扒去浮渣后静置20分钟-25分钟，待用即可。
在一些示例中，对铝合金熔液作压铸处理，制备得到免热处理铝合金材料，这可以包括：将铝合金熔液的温度降低至700℃-710℃，然后进行压铸成型处理。
综上可知，本发明实施例提供的免热处理铝合金材料的制备工艺，所制备的免热处理铝合金材料不经热处理也能获得高强度和高韧性，在降低生产成本的同时能满足大型汽车结构件压铸成型的要求，能够替代汽车行业中传统的需要热处理的压铸铝合金材料。并且，基于对铝材废料的使用，还能够实现减碳目标以及成的降低。
再一方面，本发明实施例还提供了免热处理铝合金材料在制备铝合金结构件中的应用，其中，免热处理铝合金材料上述任一所述，或者，采用上述涉及的任一种免热处理铝合金材料的制备方法制备得到。
再一方面，本发明实施例还提供了一种铝合金结构件，该铝合金结构件通过免热处理铝合金材料制备得到，其中，免热处理铝合金材料上述任一所述，或者，采用上述涉及的任一种免热处理铝合金材料的制备方法制备得到。
下面将更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然以下描述了本发明的示例性实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
本发明实施例提供了具体实施例1-实施例6，以及，对比例1-实施例8，它们的配方参见下述表1，表1中示出了除去Al元素之外的其他元素及其质量百分比，表1中未示出Al元素及其质量百分比，Al元素和不可避免的杂质的量在当前实施例中构成余量即可。其中，RE元素为La单质和Ce单质的混合物，其中La单质的质量百分比为35％，Ce单质的质量百分比为65％。
表1
编号 Si Fe Cu Mn Mg Ti Zn Sr V Ca RE
实施例1 7.5 0.29 0.6 0.42 0.40 0.15 0.149 0.031 0.04 0.15 0.15
实施例2 7.75 0.35 0.65 0.80 0.55 0.05 0.400 0.050 0.03 0.18 0.05
实施例3 8.05 0.28 0.62 0.60 0.60 0.20 0.195 0.032 0.042 0.19 0.16
实施例4 8.25 0.30 0.64 0.68 0.80 0.13 0.100 0.040 0.05 0.17 0.2
实施例5 8.3 0.40 0.60 0.50 0.75 0.18 0.301 0.015 0.041 0.18 0.15
实施例6 8.5 0.29 0.70 0.40 0.60 0.14 0.159 0.018 0.039 0.135 0.13
实施例7 8.05 0.28 0..62 0.60 0.60 0.20 0.195 0.032 0.05 0.19 0.2
实施例8 8.05 0.28 0..62 0.60 0.60 0.20 0.195 0.032 0.03 0.13 0.05
对比例1 8.05 0.28 0..62 0.60 0.60 0.20 0.195 0.032 0.042 / /
对比例2 8.05 0.28 0..62 0.60 0.60 0.20 0.195 0.032 0.042 / 0.16
对比例3 8.05 0.28 0..62 0.60 0.60 0.20 0.195 0.032 0.042 0.19 /
对比例4 8.05 0.28 0..62 0.60 0.60 0.20 0.195 0.032 0.042 0.12 0.13
对比例5 8.05 0.28 0..62 0.60 0.60 0.20 0.195 0.032 0.042 0.3 0.08
针对表1示出的各实施例和对比例所示出的铝合金材料制备得到压铸态铝合金结构件，本发明实施例还对各压铸态铝合金结构件的拉伸力学性能测试、折弯角测试作了测试，以及，对各铝合金材料在压铸之前所对应的铝合金熔液的流动性作了测试，测试结果参见表2。
其中，折弯角测试可参考VDA238-100所述标准，折弯角与铝合金材料的韧性具有一定的相关性，通常折弯角越大，韧性越好。
关于流动性测试，在获得铝合金材料对应的铝合金熔液之后且进行压铸成型处理之前，使铝合金熔液的温度降低至705℃，然后将温度降低的铝合金熔液倒入水平放置的模具中，使其自由流动，待降温至铝合金熔液固化成型后，测量所获得的流动样品的长度即可。
表2
由表1和表2可知，对比例1未添加Ca元素和RE元素，对比例2未添加Ca元素，对比例3未添加RE元素，与实施例1-实施例6相比可知，当铝合金材料中未添加Ca元素和RE元素中的至少一种时，铝合金材料的强度、韧性、流动性均变差。
对比例4中，Ca元素的质量百分比0.12％，不在期望的0.13％-0.19％范围内，且Si与Ca质量比为67:1，不在40-65:1的范围内，与实施例3相比，铝合金材料的强度、韧性、流动性进一步变差。
对比例5中，Ca元素的质量百分比0.3％，不在期望的0.13％-0.19％范围内，且Si与Ca质量比为27:1，不在40-65:1的范围内，与实施例3相比，铝合金材料的强度、韧性、流动性进一步变差。
实施例7与实施例8中，尽管Si与Ca质量比在40-65:1的范围内，然而，其中Si与(Ca+V+RE)的质量比不满足20～35:1，与实施例3相比，铝合金材料的强度、韧性、流动性同样存在变差趋势。
另外，在测试过程中还发现，实施例1-实施例8提供的铝合金材料，在压铸过程中铸件不粘模，流动性测试结果良好。另外，本发明实施例还对实施例3对应的铝合金压铸件作了显微组织分析及断口扫描电镜分析，测试结果分别参见图1-图3。
结合表2数据可知，实施例3对应的铝合金压铸件兼具高屈服强度、高延伸率(即韧性优异)，由图1可知，实施例3对应的铝合金压铸件的基体组织细小均匀，变质效果良好。由图2-图3可知，实施例3对应的铝合金压铸件的断口微观形貌的韧窝致密大小均匀，韧性良好。
可见，本发明实施例提供的铝合金材料，在保证优异流动性的前提下，兼具了优异的强度和韧性，取得了意想不到的效果。
本发明实施例中的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种免热处理铝合金材料，其特征在于，所述免热处理铝合金材料包括以下质量百分比的各元素组分：Si 7.5％-8.5％、Mg 0.4％-0.8％、Cu 0.6％-0.7％、Zn 0.1％-0.4％、Mn 0.4％-0.8％、Fe 0-0.4％、Ca 0.13％-0.25％、Sr 0.015％-0.050％、Ti 0.05％-0.30％、V 0.03％-0.05％、RE 0.05％-0.2％、不可避免的杂质＜0.03％、Al为余量，其中，RE元素为La和/或Ce。
2.根据权利要求1所述的免热处理铝合金材料，其特征在于，Si元素与Ca元素的质量比为40-65:1。
3.根据权利要求1所述的免热处理铝合金材料，其特征在于，Si元素的质量与Ca元素、V元素和RE元素三者的总质量之比为20-35:1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的免热处理铝合金材料，其特征在于，Ca元素的质量百分比为0.15％-0.19％。
5.一种免热处理铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述免热处理铝合金材料如权利要求1-4任一项所述；
所述免热处理铝合金材料的制备方法包括：根据所述免热处理铝合金材料中各元素的质量百分比，提供制备原料；
对所述制备原料依次作熔炼处理、扒渣处理、压铸处理，制备得到所述免热处理铝合金材料。
6.根据权利要求5所述的免热处理铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备原料中的至少部分原料选自铝材废料。
7.根据权利要求6所述的免热处理铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述铝材废料包括1系铝合金废料、5系铝合金废料、6系铝合金废料、A356铝合金废料、A380铝合金废料、AlSi7Mg0.3Cu0.5铝合金废料、AlSi9Cu3铝合金废料中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的免热处理铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备原料中，Ca元素以Al-10Ca合金形式加入；Si元素中的至少一部分以Al-20Si合金形式加入；Mg元素中的至少一部分以纯Mg形式加入；Mn元素中的至少一部分以Al-20Mn合金形式加入；Cu元素中的至少一部分以Al-50Cu合金形式加入；Zn元素中的至少一部分以Al-20Zn合金形式加入；V元素中的至少一部分以Al-5V合金形式加入；Ti元素中的至少一部分以Al-10Ti合金形式加入，Sr元素中的至少一部分以Al-10Sr合金形式加入。
9.根据权利要求6所述的免热处理铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述根据所述免热处理铝合金材料中各元素的质量百分比，提供制备原料，包括：
对所述铝材废料依次进行分类、破碎、除杂，获得铝材废料原料并作为第一部分的制备原料；
在确定所述第一部分的制备原料之后，根据所述免热处理铝合金材料的配方，确定并提供第二部分的制备原料；
根据所述免热处理铝合金材料中各元素的质量百分比，对所述第一部分的制备原料和所述第二部分的制备原料进行配料，获得所述制备原料。
10.根据权利要求9所述的免热处理铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述对所述制备原料依次作熔炼处理、扒渣处理、压铸处理，制备得到所述免热处理铝合金材料，包括：
对所述第一部分的制备原料依次进行熔炼处理、浮渣去除处理，获得第一原料熔液；
将所述第二部分的制备原料中所含组分，采用分步加入方式加入至所述第一原料熔液并作熔炼处理，获得铝合金熔液；
对所述铝合金熔液作压铸处理，制备得到所述免热处理铝合金材料。
11.免热处理铝合金材料在制备铝合金结构件中的应用，其特征在于，所述免热处理铝合金材料如权利要求1-4任一项所述，或者，采用权利要求5-10任一项所述的免热处理铝合金材料的制备方法制备得到。
12.一种铝合金结构件，其特征在于，所述铝合金结构件通过免热处理铝合金材料制备得到，所述免热处理铝合金材料如权利要求1-4任一项所述，或者，采用权利要求5-10任一项所述的免热处理铝合金材料的制备方法制备得到。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119491147A (zh) * 2024-11-25 2025-02-21 广东鸿邦金属铝业有限公司 耐磨低碳铝合金及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4781888A (en) * 1984-07-31 1988-11-01 Sumitomo Precision Products Co., Ltd. Aluminum brazing material for use in aluminum heat exchanger
WO2005045081A1 (de) * 2003-11-10 2005-05-19 Arc Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen Gmbh Aluminiumlegierung, bauteil aus dieser und verfahren zur herstellung des bauteiles
CN107686912A (zh) * 2016-08-03 2018-02-13 苏州市永创金属科技有限公司 一种高导热铝合金压铸材料
CN107739910A (zh) * 2017-09-18 2018-02-27 中铝材料应用研究院有限公司 一种高强高导热铝硅合金及其制备方法和应用
CN107858565A (zh) * 2017-12-13 2018-03-30 浙江诺达信汽车配件有限公司 一种高强高韧性的压铸用铝合金材料
CN114411020A (zh) * 2022-01-13 2022-04-29 上海交通大学 一种非热处理强化高强高韧压铸铝硅合金及其制备方法
CN115198150A (zh) * 2022-06-24 2022-10-18 一汽解放汽车有限公司 铝硅合金及其制备方法和应用
WO2024021367A1 (zh) * 2022-07-28 2024-02-01 沈阳航空航天大学 一种铸造Al-Si合金及其制备方法
CN118531266A (zh) * 2024-06-12 2024-08-23 奇瑞汽车股份有限公司 免热处理铝合金材料及其制备方法和应用

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4781888A (en) * 1984-07-31 1988-11-01 Sumitomo Precision Products Co., Ltd. Aluminum brazing material for use in aluminum heat exchanger
WO2005045081A1 (de) * 2003-11-10 2005-05-19 Arc Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen Gmbh Aluminiumlegierung, bauteil aus dieser und verfahren zur herstellung des bauteiles
CN107686912A (zh) * 2016-08-03 2018-02-13 苏州市永创金属科技有限公司 一种高导热铝合金压铸材料
CN107739910A (zh) * 2017-09-18 2018-02-27 中铝材料应用研究院有限公司 一种高强高导热铝硅合金及其制备方法和应用
CN107858565A (zh) * 2017-12-13 2018-03-30 浙江诺达信汽车配件有限公司 一种高强高韧性的压铸用铝合金材料
CN114411020A (zh) * 2022-01-13 2022-04-29 上海交通大学 一种非热处理强化高强高韧压铸铝硅合金及其制备方法
CN115198150A (zh) * 2022-06-24 2022-10-18 一汽解放汽车有限公司 铝硅合金及其制备方法和应用
WO2024021367A1 (zh) * 2022-07-28 2024-02-01 沈阳航空航天大学 一种铸造Al-Si合金及其制备方法
CN118531266A (zh) * 2024-06-12 2024-08-23 奇瑞汽车股份有限公司 免热处理铝合金材料及其制备方法和应用

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119491147A (zh) * 2024-11-25 2025-02-21 广东鸿邦金属铝业有限公司 耐磨低碳铝合金及其制备方法

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