一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料及其低壓鑄造成型方法技術

本發明專利技術公開一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比計：鈰Ce：0.01?0.05%，錳Mn:≤2%，鎘Cd:0.05%～0.5%，銅Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%；路易斯酸堿對總量1%×10?4～2.0%，合金平均晶粒度＜120微米，余量為鋁Al。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料及其制備方法。
技術介紹
球墨鑄鐵（簡稱球鐵）是鋼鐵產業中的主要基礎材料之一，被廣泛而大量地用于制造受力復雜，強度、韌性、耐磨性等要求較高的零件，如通用機械、起重、農業、汽車、鑄造、紡織、機床、電力、石化、船舶零件等，主要形態和類型為液壓殼體、泵體、管道、閥體、缸體、輪轂、軸件、球連接、傳動件、懸掛件、鉤扣件、導流件、轉向件等；在汽車工業中，鋼鐵材料的用量占汽車用材總量的60～70%，其中的三分之二以上又是球鐵類鐵合金。球墨鑄鐵產品生產制造需要在很高的溫度下進行、與之相對應的能耗也高，污染大，隨著汽車輕量化和節能環保的要求，相關球墨鑄鐵產品迫切需要尋早新的替代品。追求低碳、集約化、高效率（高效能）、靈活性和個性化，是制造業從傳統形態向高端形態跨越的標志，以鋁代鋼、以輕強結構普遍替代鋼鐵重強結構，是實現這種跨越的主要手段。由于材料特征是由承載著該特征的功能性微觀物相組合貢獻出來的，因此獲得良好的功能性物相組合，例如高強度、高熔點、高塑性、高硬度、耐腐蝕等，是各種制備方法追求的最終結果，從而，鋁合金的化學成分設計與其制備技術存在著緊密的內在統一性，這種統一性，簡言之，是一種原子如何結合成所需的“物相分子”的關系，即材料的物相可以看成是一種分子結構。配方元素的混合熔煉和鑄造結晶，是熔鑄法形成材料物相分子組合結構的主要決定性環節，在熔鑄過程中，固溶體晶粒和晶界的金屬間化合物分子物相決定了合金的晶態組合(亞微米級顆粒:尺度10～300μm左右)，后續熱處理或者冷作硬化則是對晶態組合框架下微細結構(微米級顆粒:尺度1～30μm左右)乃至更加微觀的精微結構(亞納米級或次微米級質點:尺度10nm～＜1μm)進行調整和完善，這種調整和完善的程度和范圍，在公知技術和傳統觀念中，認為主要由合金化學成分所處的合金相圖區域給定的物相組合決定，但是，合金相圖沒有給出其它微量元素的添加和排除產生的影響，更不具備預測添加和排除其它微量元素對物相影響的指導性。借鑒合金溶液化學的理論和方法改善熔體結構，比如保護膜的覆蓋，造渣劑、精煉劑或變質劑的添加，除氣除渣凈化等，是改善合金晶態組合、微細結構乃至更加微觀的精微結構的重要技術手段，但這些手段，由于是從制備合金的過程中摸索積累得來，因此常常被看作為“制備工藝”而不是“成分設計”的一部分。在工程應用上，鋁合金固溶體晶粒的大小和狀態，以及分布在晶界的金屬間化合物的大小形態，對合金的力學性能有著決定性的影響。粗大的平面晶、樹枝晶、柱狀晶等不規則晶體和分布在晶界的粗大的脆硬性金屬間化合物，能夠把合金好的微細結構和精微結構對基體的強韌性貢獻全部抵消掉，因為這些粗大晶粒遵從的成長規律是緣于鑄造型腔的型壁生核、自外向液體內部單向延伸的生長方式，造成了合金的成分偏析、結晶粗大單向、宏觀性能不均勻的缺陷，從而成為合金的一些常見缺陷，如針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、裂紋等的根源。目前采用的常規變質手段和細化晶粒的手段，如添加鋁鈦硼或鋁鈦碳中間合金，最好的效果只能使平均晶粒度細化到120～150微米，而枝晶的形態往往沒有根本的轉變，這是合金力學性能提高的一個重要瓶頸問題。因為對鋁合金來說，獲得強度和韌性同時提高的途徑，只有晶粒的細化和圓整化；熱處理工藝的調整，在晶態結構已經確定的狀態下，只能使強度或韌性一個方面獲得優化。因此，如何進一步細化和圓整合金的平均晶粒度，是產業界始終追求的目標。通過中國國家標準《耐熱高強韌鑄件用鋁合金錠》（GB/T 29434—2012）及其對應的專利ZL2009103061769介紹，211Z耐熱高強韌鑄造鋁合金因具有“四高三好”特征（即高強、高韌、高硬、耐高溫，同時鑄造性能好、加工性能好、循環性能好）而進入了鋁材料國際領先水平。但是，從材料設計角度看，211Z材料也存在一些難以克服的問題。微觀分析發現，有一些大顆粒有很高的鈦Ti和稀土濃度，作為用來促使晶粒細化的物質，這種現象表明Ti和稀土走向了需要解決問題的對立面；而在211Z合金鑄件的生產過程中，也發生著與普通鋁合金一樣常見的缺陷，包括針孔、氣孔、縮孔、縮松、偏析、粗大固溶體、高硬度化合物、夾雜(渣)、冷隔、冷豆、裂紋、變質缺陷、固溶不足和過燒等。通過對鋁銅錳系(Al-Cu-Mn)合金最高達0.08nm的極高分辨率的球差校正掃描透射電子顯微鏡(STEM)精微選區分析，獲得了建立在原子尺度上的各種物相結構、原子分辨和化學元素分布。證實其中存在一系列強化相，包括眾所周知的Al-Cu二元亞穩相(GP區、θ＂、θ＇)、新的盤片相和平衡相θ(Al2Cu)；其中在基體晶粒內部，新發現一種棒叉狀(T+θH)組合相，該組合相的主干部分T相是Al-Cu-Mn三元相，分子結構式Al20Cu2Mn3，分子物相特征是直徑約100nm、長度約600～1000nm呈棒軸狀且其(010)面與鋁合金基體的{010本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比計：鈰Ce：0.01?0.05%，?錳Mn:≤2%，鎘Cd:0.05%～0.5%，銅Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%；路易斯酸堿對總量1%×10?4～2.0%，合金平均晶粒度＜120微米，余量為鋁Al。

【技術特征摘要】
1.一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料，其特征在于：主成分含量按重量百分比計：鈰Ce：0.01-0.05%， 錳Mn:≤2%，鎘Cd:0.05%～0.5%，銅Cu:4.2%～8.0%且Cu≥0.8Mn+4.05%；路易斯酸堿對總量1%×10-4～2.0%，合金平均晶粒度＜120微米，余量為鋁Al。2.根據權利要求1所述的一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料，其特征在于：合金晶粒為等軸晶。3.根據權利要求1所述的一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料，其特征在于：合金晶粒內亞納米(T+θH)組合相數量達到≥3個/平方微米。4.根據權利要求1所述的一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料，其特征在于：所述路易斯酸堿對為金屬與配體結合而成的正離子體、金屬氮化物、主族類元素中的一種，或者一種以上混合。5.根據權利要求4所述的一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料，其特征在于：所述的金屬與配體結合而成的正離子體包含：異硫氰合鐵正離子體[Fe(NCS)]2+。6.根據權利要求4所述的一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料，其特征在于：所述的主族元素包含：鋰Li、鈹Be和鈣Ca。7.根據權利要求1-6之一所述的一種替代QT500汽車橋殼的鋁合金材料，其特征在于：所述路易斯酸堿對，按元素添加量占Al基體重量百分比，范圍為：Li＜0.15%，Be＜0.01%，Ca＜0.01%，[Fe(NCS)]2+＜0.01，AlCrN＜0.01%。8.如權利要求7所述的一種替代Q...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李祥，胥光酉，毛春榮，余晟，倪彬，
申請(專利權)人：貴州華科鋁材料工程技術研究有限公司，
類型：發明
國別省市：貴州;52