本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着经济的发展及人们生活水平的提高，汽车已经逐渐进入了普通人的生活，成为他们生活的一部分，为他们的交通出行带来了诸多方便。汽车的需求量在未来一段时间内还会较大，人们对汽车的行驶安全和正常工作安定性也提出了更高的要求，汽车拨叉，作为汽车变速箱上的部件，与变速手柄相连，位于手柄下端，拨动中间变速轮，使输入/输出转速比改变，是决定汽车行驶安全性和正常工作安定性的关键因素之一。因此，开发性能优异的汽车拨叉用材料显得尤为重要。
现有技术中的汽车拨叉材质几乎均为铝合金，铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。传统的压铸铝合金主要为al-si、al-mg、al-zn等系列合金，这些现有的压铸铝合金的强度和延伸率都比较低，而且在压铸过程中容易出现合金组分的烧损，使压铸件的质量不能较好的控制，特别是在汽车等高安全性领域的使用场合中，造成一定的安全风险，不适合在汽车拨叉上广泛使用。另外al-si系列合金由于硅对阳极氧化有不利的影响，半固态压铸成型后表面有流痕，使得它在外观件的应用上存在较大的局限。
中国专利文献cn105648283a公开了一种低密度、高刚度铸造铝锂合金及其制备方法，弹性模量不低于78gpa，但li元素性质活泼，成本高，主要用于航空航天领域；中国专利文献cn106834833a公开了一种高模量、超高强tib2颗粒增强al-zn-mg-cu复合材料及其制备方法，可以获得高模量的铝合金，但其工艺复杂，成本高。
因此，开发一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料具有非常重要的意义。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，该压铸铝合金材料力学性能优良、弹性模量高、耐腐蚀性能好、压铸工艺稳定性佳、获得的压铸件内部组织细密，抗拉强度、屈服强度和伸长率与常规的铝合金相比均有大幅的提升；与此同时，本发明还公开了所述用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料的制备方法。
为达到以上目的，本发明提供一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，包括按重量百分比计的如下组分：0.03-0.08%的hf，1-3%的ge，4-6%的si，0.08-0.12%的be，0.01-0.1%的te，0.01-0.04%的tc，0.01-0.03%的co，0.01-0.03%的nb，0.3-0.5%的mg，稀土元素0.01-0.1%，余量为al和不可避免的杂质，所述稀土元素为er和y的混合物，所述不可避免的杂质的含量不超过0.1%。
优选地，所述er和y的质量比为(1-1.5):1。
进一步地，所述用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：将纯铝置于熔炼炉中升温至一定温度，随后加入si、mg，待原料熔化后3-6分钟，按照比例加入其他组分，得到铝合金溶液；
步骤s2：将温度降温至710-730℃，喷吹入氮气进行精炼处理，保温精炼20-30分钟；
步骤s3：将精炼后的铝合金熔液静置15-20分钟；然后压铸前及压铸中每隔一定的时间对铝合金熔液中各组分元素的比例进行分析，当某组分元素烧损时，添加相应组分元素的材料到铝合金熔液中，使压铸铝合金中各组分的质量百分比符合要求；
步骤s4：将步骤s3得到的铝合金熔液压射到模具内，进行压铸成型，得到用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料。
进一步地，步骤s1中所述一定温度为810-850℃。
进一步地，步骤s4中所述压铸成型的压铸模具温度为300-330℃，铸造压力为80mpa-110mpa之间。
进一步地，步骤s2中所述氮气的气压为0.15-0.25mpa。
进一步地，步骤s2中所述氮气喷吹的速度为0.5-0.7公斤/分钟。
进一步地，步骤s4中所述模具内真空度为-0.08~-0.1mpa。
由于上述技术方案的运用，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明公开的用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，制备方法工艺简单，操作方便，制备效率和产品合格率高，对设备依赖性和反应条件的要求不高，经济价值和社会价值高，符合大规模生产需求。
（2）本发明公开的用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，克服了现有技术中的压铸铝合金的强度和延伸率都比较低，而且在压铸过程中容易出现合金组分的烧损，使压铸件的质量不能较好的控制，特别是在汽车等高安全性领域的使用场合中，造成一定的安全风险，不适合在汽车拨叉上广泛使用，另外al-si系列合金由于硅对阳极氧化有不利的影响，半固态压铸成型后表面有流痕，使得它在外观件的应用上存在较大的局限的缺陷，具有力学性能优良、弹性模量高、耐腐蚀性能好、压铸工艺稳定性佳、获得的压铸件内部组织细密，抗拉强度、屈服强度和伸长率与常规的铝合金相比均有大幅的提升。
（3）本发明公开的用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，各成分协同作用，能有效改善氧化膜的结构，减少熔铸时的烧损和夹杂，能细化铸造组织和焊接组织，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金强化作用大，且能改善塑性加工性和最终产品质量；稀土元素er和y的加入能使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，减少合金中气体和杂质，并使夹杂相趋于球化，还可以降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明实施例中所述原料均为商业购买。
实施例1
一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，包括按重量百分比计的如下组分：0.03%的hf，1%的ge，4%的si，0.08%的be，0.01%的te，0.01%的tc，0.01%的co，0.01%的nb，0.3%的mg，稀土元素0.01%，余量为al和不可避免的杂质，所述稀土元素为er和y的混合物，所述不可避免的杂质的含量不超过0.1%。
所述er和y的质量比为1:1。
所述用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：将纯铝置于熔炼炉中升温至一定温度，随后加入si、mg，待原料熔化后3分钟，按照比例加入其他组分，得到铝合金溶液；所述一定温度为810℃；
步骤s2：将温度降温至710℃，喷吹入氮气进行精炼处理，保温精炼20分钟；所述氮气的气压为0.15mpa；所述氮气喷吹的速度为0.5公斤/分钟；
步骤s3：将精炼后的铝合金熔液静置15分钟；然后压铸前及压铸中每隔一定的时间对铝合金熔液中各组分元素的比例进行分析，当某组分元素烧损时，添加相应组分元素的材料到铝合金熔液中，使压铸铝合金中各组分的质量百分比符合要求；
步骤s4：将步骤s3得到的铝合金熔液压射到模具内，进行压铸成型，得到用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料；所述压铸成型的压铸模具温度为300℃，铸造压力为80mpa之间；所述模具内真空度为-0.08mpa。
实施例2
一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，包括按重量百分比计的如下组分：0.04%的hf，1.5%的ge，4.5%的si，0.09%的be，0.03%的te，0.02%的tc，0.015%的co，0.015%的nb，0.35%的mg，稀土元素0.03%，余量为al和不可避免的杂质，所述稀土元素为er和y的混合物，所述不可避免的杂质的含量不超过0.1%。
所述er和y的质量比为1.1:1。
所述用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：将纯铝置于熔炼炉中升温至一定温度，随后加入si、mg，待原料熔化后4分钟，按照比例加入其他组分，得到铝合金溶液；所述一定温度为820℃；
步骤s2：将温度降温至715℃，喷吹入氮气进行精炼处理，保温精炼22分钟；所述氮气的气压为0.17mpa；所述氮气喷吹的速度为0.55公斤/分钟；
步骤s3：将精炼后的铝合金熔液静置16分钟；然后压铸前及压铸中每隔一定的时间对铝合金熔液中各组分元素的比例进行分析，当某组分元素烧损时，添加相应组分元素的材料到铝合金熔液中，使压铸铝合金中各组分的质量百分比符合要求；
步骤s4：将步骤s3得到的铝合金熔液压射到模具内，进行压铸成型，得到用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料；所述压铸成型的压铸模具温度为310℃，铸造压力为90mpa之间；所述模具内真空度为-0.085mpa。
实施例3
一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，包括按重量百分比计的如下组分：0.06%的hf，2%的ge，5%的si，0.1%的be，0.07%的te，0.025%的tc，0.02%的co，0.02%的nb，0.4%的mg，稀土元素0.07%，余量为al和不可避免的杂质，所述稀土元素为er和y的混合物，所述不可避免的杂质的含量不超过0.1%。
所述er和y的质量比为1.3:1。
所述用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：将纯铝置于熔炼炉中升温至一定温度，随后加入si、mg，待原料熔化后4.5分钟，按照比例加入其他组分，得到铝合金溶液；所述一定温度为830℃；
步骤s2：将温度降温至720℃，喷吹入氮气进行精炼处理，保温精炼25分钟；所述氮气的气压为0.2mpa；所述氮气喷吹的速度为0.6公斤/分钟；
步骤s3：将精炼后的铝合金熔液静置18分钟；然后压铸前及压铸中每隔一定的时间对铝合金熔液中各组分元素的比例进行分析，当某组分元素烧损时，添加相应组分元素的材料到铝合金熔液中，使压铸铝合金中各组分的质量百分比符合要求；
步骤s4：将步骤s3得到的铝合金熔液压射到模具内，进行压铸成型，得到用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料；所述压铸成型的压铸模具温度为315℃，铸造压力为95mpa之间；所述模具内真空度为-0.09mpa。
实施例4
一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，包括按重量百分比计的如下组分：0.07%的hf，2.5%的ge，5.5%的si，0.11%的be，0.09%的te，0.03%的tc，0.025%的co，0.026%的nb，0.45%的mg，稀土元素0.09%，余量为al和不可避免的杂质，所述稀土元素为er和y的混合物，所述不可避免的杂质的含量不超过0.1%。
所述er和y的质量比为1.4:1。
所述用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：将纯铝置于熔炼炉中升温至一定温度，随后加入si、mg，待原料熔化后5.5分钟，按照比例加入其他组分，得到铝合金溶液；所述一定温度为845℃；
步骤s2：将温度降温至725℃，喷吹入氮气进行精炼处理，保温精炼29分钟；所述氮气的气压为0.23mpa；所述氮气喷吹的速度为0.65公斤/分钟；
步骤s3：将精炼后的铝合金熔液静置19分钟；然后压铸前及压铸中每隔一定的时间对铝合金熔液中各组分元素的比例进行分析，当某组分元素烧损时，添加相应组分元素的材料到铝合金熔液中，使压铸铝合金中各组分的质量百分比符合要求；
步骤s4：将步骤s3得到的铝合金熔液压射到模具内，进行压铸成型，得到用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料；所述压铸成型的压铸模具温度为325℃，铸造压力为105mpa之间；步骤s4中所述模具内真空度为-0.095mpa。
实施例5
一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，包括按重量百分比计的如下组分：0.08%的hf，3%的ge，6%的si，0.12%的be，0.1%的te，0.04%的tc，0.03%的co，0.03%的nb，0.5%的mg，稀土元素0.1%，余量为al和不可避免的杂质，所述稀土元素为er和y的混合物，所述不可避免的杂质的含量不超过0.1%。
所述er和y的质量比为1.5:1。
所述用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：将纯铝置于熔炼炉中升温至一定温度，随后加入si、mg，待原料熔化后6分钟，按照比例加入其他组分，得到铝合金溶液；所述一定温度为850℃；
步骤s2：将温度降温至730℃，喷吹入氮气进行精炼处理，保温精炼30分钟；所述氮气的气压为0.25mpa；所述氮气喷吹的速度为0.7公斤/分钟；
步骤s3：将精炼后的铝合金熔液静置20分钟；然后压铸前及压铸中每隔一定的时间对铝合金熔液中各组分元素的比例进行分析，当某组分元素烧损时，添加相应组分元素的材料到铝合金熔液中，使压铸铝合金中各组分的质量百分比符合要求；
步骤s4：将步骤s3得到的铝合金熔液压射到模具内，进行压铸成型，得到用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料；所述压铸成型的压铸模具温度为330℃，铸造压力为110mpa；所述模具内真空度为-0.1mpa。
对比例1
本发明提供一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，其配方及制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加hf。
对比例2
本发明提供一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，其配方及制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加ge。
对比例3
本发明提供一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，其配方及制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加te。
对比例4
本发明提供一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，其配方及制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加co。
对比例5
本发明提供一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，其配方及制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加nb。
对比例6
本发明提供一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，其配方及制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加稀土元素。
对比例7
本发明提供一种用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，其配方及制备方法与实施例1相似，不同的是没有添加tc。
对比例8
市售adc12铝合金压铸材料。
将以上实施例1-5及对比例1-8制备的用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料进行相关性能测试，测试结果和测试方法见表1。
从表1可见，本发明实施例公开的用于汽车拨叉的高强度压铸铝合金材料，与现有产品相比，具有更加优异的机械力学性能，这是各组分与结构协同作用的结果。
表1
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。