本发明属于合金材料，具体涉及一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金及制备方法。
背景技术：
1、随着新能源汽车的快速发展，对汽车轻量化的要求更加迫切。越来越多的车身结构件使用铝合金材料，采用压铸工艺生产。从而促进了压铸用铝合金材料的快速发展。
2、al-si系铸造合金中，si是主要元素，决定合金的流动性，同时也是合金的强化元素。对于免热处理合金来说，合金的强化依靠固溶强化，提高合金的si含量，固溶的原子越多，强度越高。而且，提高合金的硅含量能有效提高合金的流动性，这对压铸生产十分重要。如果合金的流动性不足，压铸时充型和成型都很困难，尤其是对于形状复杂的薄壁件，难免因充型不满而报废，因此传统的压铸用al-si合金为了提高流动性，si含量大多在9-12％。但在亚共晶al-si合金中，在凝固过程中，si原子首先固溶在铝基体中，然后析出共晶si相，形成网络组织。si含量越高，共晶si相越粗大，网络组织越严密。免热处理合金是合金在压铸态(f态)使用，免除热处理过程。凝固时形成的呈网络结构的共晶si组织不能通过热处理来破碎并球化，这种网络结构的共晶si组织严重损害合金的塑性。所以，提高si含量能够提高合金的强度和流动性，但是会导致合金的塑性降低，难以做到强度和塑性同时提高。对于si含量在9-12％的传统压铸合金，压铸态(f态)下的塑性比较低，延伸率大多在9％以下，难以满足汽车结构件对塑性的要求。
3、si元素对铝合金有固溶强化作用。降低si的含量，可以提高合金的延伸率，但同时也降低了合金的强度和流动性。因此，必须要采取有效措施来提高合金的强度，弥补合金的流动性不足的问题，使合金既具有很好的塑性，又具有较高的强度，同时又保证合金能够顺利充型和成型，满足汽车结构件大型一体化压铸生产的需要。现有压铸铝合金主要依靠si、mg、cu和zn联合强化。比如，cn202210897362x专利公开了一种免热处理压铸铝合金，si含量6.5％以上，mg含量0-0.6％，cu含量0.2-1.0％，zn含量0.23-0.8％。延伸率最高为14.3％。
4、mg是铝合金中重要的固溶强化元素。但是由于mg的偏析倾向较大，在al-si合金中，即使mg含量较低也会出现mg2si共晶相。mg2si相呈汉字状，对合金塑性有严重损害。为了减轻甚至消除mg2si共晶相对合金塑性的损害，只有将mg含量限制在很低的水平，难以完全依靠mg元素来提高合金强度。
5、cu是另一个重要的合金元素，但主要是起时效强化作用，目前没有以cu为主要元素的固溶强化型合金。为了发挥cu的时效强化作用，cu在合金中的含量较高，容易形成富cu强化相。在铸造al-si合金中，cu元素含量一般在3.5％以上。但在免热处理合金中，高cu含量可能会带来严重的负面影响。在含有si和mg的铝合金中，在凝固过程中，cu和al结合，可以形成al2cu相，和al、mg结合，可以形成al2cumg相，和al、mg及si结合，可以形成q-alcumgsi相，由于免除了热处理工序，这些凝固过程中形成的共晶相无法通过热处理来消除或细化，以上因素都会损害合金的塑性。zn在铝合金中也能起到固溶强化作用。但强化效果较弱，往往和cu一起联合强化，而且含量较低。
6、向合金中添加合金元素并提高其含量是提高合金强度的惯用手段。但是，在凝固过程中形成的共晶相损害合金的塑性，导致合金的强度和塑性难以保持良好的匹配。提高强度则导致塑性降低，提高塑性则难以提高强度，这种现象给免热处理合金的设计造成了困难。另一方面，虽然添加合金元素有固溶强化效果，但如果元素添加量过大，固溶原子过多，会导致晶格畸变过大，使得合金塑性下降。所以，既要添加合金元素，增加固溶强化效果，又要限制固溶原子的数量，防止塑性下降。比如，cn202210897362x专利中zn的含量较低，就是为了防止固溶原子过多，造成晶格畸变过大，降低延伸率。
7、铝合金废料中往往含有较高的fe和mn等高熔点元素，在合金中形成高熔点金属间化合物相。在正常熔炼工艺下，这些高熔点金属间化合物相可能不会完全熔化，遗传到新的铝合金熔体中，作为富fe富mn的金属间化合物相的形核核心，使得这些相十分粗大，影响合金的力学性能。消除这些高熔点相的遗传性，有利于提高合金的力学性能。
8、在压铸件中往往能观察到一些粗大晶粒，这些粗大晶粒是在压铸过程中形成的，会损害合金的力学性能。由于传统的压铸生产过程难以避免粗大晶粒的形成，从而被忽视。对于需要高性能的汽车结构件必须挖掘任何能提高力学性能的潜力，所以，消除粗大晶粒具有重要的实际意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金及制备方法，通过提高zn含量来强化合金，并利用高温熔炼及高真空高压压铸工艺，制备具有高强度、高延伸率的免热处理压铸合金。
2、为实现上述目的，本发明将采用以下技术方案：
3、一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金，其化学成分方以质量百分比计为si 5.5％-6.5％，mg 0.1％-0.5％，zn 0.805％-1.5％，mn：0.45％-1.0％，fe 0.05％-0.25％，cr：0.05％-0.35％，ti：0.05％-0.25％，re：0-0.25％，sr：0.02％-0.05％，余量为al及不可避免的杂质；所述的合金中杂质总含量≤1.0％，其中，na<5ppm，ca<10ppm，li<10ppm，p<15ppm，其它单个杂质含量≤0.25％。
4、进一步地，所述的免热处理压铸al-si-zn-mg压铸合金，在f态(铸态)下，室温抗拉强度为242mpa-311mpa，屈服强度为109mpa-152mpa，延伸率为12.7％-16.9％。
5、所述免热处理al-si-zn-mg压铸合金的制备方法，包括如下步骤：
6、步骤1：准备炉料，按照合金的各组分含量，准备各组分原料；al组分原料包括重熔用铝锭，或重熔用铝锭加废料或/和厂内返回料；将al组分原料分成大小2份，其中，小份al原料是重熔铝锭和厂内返回料中的一种或两种组合，占总炉料重量的10-20％；剩余的是大份al原料；
7、步骤2：将大份al原料加热熔化后，得到铝熔体，控制铝熔体的温度为780℃-830℃；
8、步骤3：测定铝熔体的成分，计算各组分的用量，将除mg和sr以外的其它组分原料加入铝熔体中，直至熔化；然后向其中加入预留的小份al原料，将熔体温度降低至700℃-725℃；之后再加入原料mg，待mg熔化后，搅拌均匀，得到铝合金熔体；测定铝合金熔体的成分，确保铝合金熔体中的合金成分符合各组分含量要求；
9、步骤4：向合金熔体中加入精炼剂进行精炼、扒渣后，再加入sr变质剂进行变质，得到变质后的合金熔体；
10、步骤5：转运和除气：将变质处理后的合金熔体经流槽流入中转包中，在流槽中间设置陶瓷过滤板对熔体进行过滤，利用除气机将氩气喷入中转包中的合金熔体中进行除气，然后扒渣，加入晶粒细化剂，将合金熔体倒入压铸机的机边炉中进行浇铸，炉内熔体温度，也即浇铸温度，为690℃-720℃；
11、步骤6：压铸：利用压铸机进行压铸，压铸后得到al-si-zn-mg压铸合金。
12、优选地，压铸工艺为真空高压压铸：压铸比压为30mpa-70mpa，压射速度为4m/s-8m/s，型腔真空度30kpa-70kpa，料筒温度为260℃-320℃。
13、优选地，保持料筒温度在280℃以上，防止出现预结晶。
14、mg原料为工业纯镁锭；
15、zn原料为工业纯锌锭；
16、mn原料为铝锰中间合金和/或锰添加剂；
17、si原料为金属硅和/或铝硅中间合金；
18、ti原料为铝钛中间合金和/或钛添加剂；
19、cr原料为铝铬中间合金和/或铬添加剂；
20、re原料为铝镧中间合金或铝铈中间合金，或铝-(镧铈混合稀土)中间合金；
21、优选地，所述晶粒细化剂为铝钛硼晶粒细化剂；
22、优选地，所述精炼剂为熔融氯化镁基颗粒状熔剂。
23、与现有技术相比，本发明的有益效果：
24、本发明降低了si含量，提高了zn含量，通过提高zn含量来强化合金，并利用高温熔炼及高真空、高压压铸工艺，制备了具有高强度高延伸率的免热处理压铸合金。与现有技术相比，本发明制备的免热处理压铸合金具有更好的力学性能，取得了强度和塑性的良好匹配，解决了免热处理合金的强度和塑性难以保持良好匹配的问题。
25、1.降低了si含量，有利于提高合金的塑性，延伸率大幅度提高。本发明使用高真空高压压铸工艺进行压铸，型腔内的高真空形成真空吸铸效应，对料筒内的铝水有强大的吸力，使铝水在前面有真空吸引，在后面有高压推动，使得合金能顺利充型和成型。本发明通过高真空压铸，利用真空吸铸效应，这样大大提高了合金的流动能力，弥补了因降低si含量导致的流动性降低的问题，使合金既具有更好的塑性，又使压铸过程能够顺利充型和成型。
26、2.提高zn含量增加了固溶强化效果，可以提高合金的强度；而且添加zn在合金中不会形成共晶相，不会损害合金的塑性；合金中基本去除了cu元素，避免了在合金中形成富cu共晶相，损害合金的塑性。另一方面，合金中去除了cu元素，提高zn元素，不会导致合金中固溶原子过多而降低塑性。从而保证合金在提高强度的同时不显著降低合金的塑性。
27、3.添加cr，有效细化网状结构的共晶si组织；有效细化富mn金属间化合物相，提高合金的塑性。
28、4.不含zr元素。现有技术制备的压铸合金中通常含有zr元素，但是zr是晶粒细化剂的毒化元素，本发明中去除zr后，消除了对晶粒细化剂的毒化，增强了晶粒细化效果。
29、5.高温(780℃-830℃)熔炼，有效破坏有害相的遗传性，减轻有害相对力学性能的损害；有利于完全熔解si元素，防止形成粗大共晶si组织。与现有技术的低温熔炼(690℃-750℃)相比，力学性能得到了提高。
30、6.提高料筒温度，减小了对铝液急冷的不利影响，可以有效减少凝固组织中的预结晶颗粒。
1.一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金，其特征在于，其化学成分方以质量百分比计为si 5.5％-6.5％，mg 0.1％-0.5％，zn 0.805％-1.5％，mn：0.45％-1.0％，fe 0.05％-0.25％，cr：0.05％-0.35％，ti：0.05％-0.25％，re：0-0.25％，sr：0.02％-0.05％，余量为al及不可避免的杂质；所述的合金中杂质总含量≤1.0％，其中，na<5ppm，ca<10ppm，li<10ppm，p<15ppm，其它单个杂质含量≤0.25％。
2.根据权利要求1所述的一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金，其特征在于，在铸态下，室温抗拉强度为242mpa-311mpa，屈服强度为109mpa-152mpa，延伸率为12.7％-16.9％。
3.权利要求1～2任一项所述的一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述al组分原料包括重熔用铝锭，或重熔用铝锭加废料或/和厂内返回料；小份al原料是重熔铝锭和厂内返回料中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求3所述的一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，铝熔体温度为780℃-830℃。
6.根据权利要求3所述的一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，降低熔体温度至700℃-725℃。
7.根据权利要求3所述的一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，所述精炼剂为熔融氯化镁基颗粒状熔剂。
8.根据权利要求3所述的一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，在流槽中间设置陶瓷过滤板对熔体进行过滤；
9.根据权利要求3所述的一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金的制备方法，其特征在于，所述步骤6中，压铸工艺为：真空高压压铸，压铸比压为30mpa-70mpa，压射速度为4m/s-8m/s，型腔真空度30kpa-70kpa，料筒温度为260℃-320℃。
10.根据权利要求9所述的一种免热处理al-si-zn-mg压铸合金的制备方法，其特征在于，保持料筒温度在280℃以上。
