本发明属于铝合金技术领域，具体涉及中强超硬铝合金及其制造工艺。
背景技术：
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，其密度低，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，在工业上广泛使用，使用量仅次于钢。铝合金种类包括1系、2系、3系、4系、5系、6系、7系、8系、9系，常用的为1系-7系。其中，1系、3系、5系、6系、7系为变形铝合金，常作为棒、板管、型材等使用，而2系、4系为铸造铝合金。
高强铝合金由于其加工性能较好、便于焊接、强度较高以及密度较低等，因此在汽车、航天、民用等领域中获得较为广泛的应用，特别是对汽车工业的发展有着极为关键的促进性作用，是汽车产品生产中应用较为广泛的结构材料。
目前，在节能、环保、安全的迫切形势需求下，汽车轻量化已经成为各大汽车企业发展的重要方向。因此，为了满足上述要求，优化铝合金设计程序、发展新型热处理基础、细化铝合金结构、提升其纯度水平，是今后高性能铝合金主要发展方向。因此，为了替代7系铝合金、替代铸铁、粉冶类机车零部件(轻量化)、替代高速旋转类、摩擦副和啮合类钢铁零部件(轻量化)，提升常规高强铝合金盘套类和壳体类零部件强硬度、耐磨性和抗冲击能力，能够短流程制造超高强民用、大工业和军用特殊轻量化零部件，大幅度降低成本，研发了中强超硬铝合金及其制造工艺。
中国专利申请号为cn201880012293.1公开了高强度铝合金及高强度铝合金铸件，通过使用所述高强度铝合金铸造生产高强度铝合金铸件，可以在压铸、重力铸造及低压铸造等的铸造产品(挤压铸造、烤蜡铸造、触变铸造)或粉末形态铸造，使得可以应用于涂覆领域或3d打印领域，未能实现汽车零部件轻量化以及实现加工短流程。
技术实现要素：
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供超中强超硬铝合金及其制造工艺，配方合理，制造工艺简单，成本低廉、产量大，制得的铝合金具有优良的强度、硬度，应用前景广泛。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
中强超硬铝合金，其特征在于，所述中强超硬铝合金，按质量百分比计，由以下成分构成：si8-18％、cu8-15％、zn3-6％、fe0.3-0.8％、mg0.3-0.6％、ni0.3-0.6％、mn0.2-0.5％、co0.1-0.3％、la0.1-0.4％、al余量。
本发明所述的中强超硬铝合金，所述配方包括al、si、cu、zn、fe、mg、ni、mn、co、la，配比合理，使得配方中的各元素协同作用，具有优良的强度、硬度。其中，si通过与al的结合有助于提高强度，cu部分溶解al中以产生固溶效果，其余的以cu2al的形态沉淀在基质，zn细化晶粒并具有提高强度的效果，fe的加入进一步增强强度，mg在al中的固溶度很大，在凝固过程中，mg从al基体中以al5mg8相的形式析出，均匀的分布在al基体中，起到析出强化的作用，ni以nial3的形态出现并改善铝合金的强度，mn可以增强固溶效果，并且具有分散细小析出物的效果，提高了延展性，co在al中以al9co2相的形式存在提高了铝合金的变形抗力，此外co在300℃以上会与氧发生氧化，降低熔体中氧含量，提高铝合金的力学性能，la与其他元素协同配合，可以起到细化晶粒和熔体净化的作用，增强了铝合金组织韧性，显著增强其他非铝元素对铝合金抗拉强度和伸长率等性能的强化效果。
本发明还涉及所述中强超硬铝合金及其制造工艺，依次包括配料、熔炼、浇铸；所述熔炼，包括以下步骤：
(1)化铝：基体合在温度730-760℃放入天然气炉，加入中间合金，按以下顺序合金化：al-si合金、cu-zn合金、fe-ni合金、al-mg合金、co-la合金；
(2)检测：取上述天然气炉内熔体进行光谱化验，得到各成分信息；
(3)调整：根据上述光谱化验得到的成分信息，调整天然气炉内熔体各成分比例，调整后向天然气炉内依次加入铝锶合金、磷铜合金；
(4)除杂：向天然气炉内加铝合金精炼除杂剂；
(5)除气精炼：向天然气炉充氮气5-10分钟，氮气为99.99％，搅拌；
(6)捞渣：对熔体表面各种漂浮物进行捞渣；
(7)炉门密封：捞渣后，密封炉门，静置，得到所述熔体。
现有技术中，铝合金7系的成材率一般在30％左右，并且产品成型流程复杂，要先将铝锭加热至完全熔化扒掉熔体的表面氧化层，再加入中间合金，持续搅拌还要去除熔体表面氧化层、精炼、除气、扒渣等，本发明所述的中强超硬铝合金的制造工艺，成材率达到90％，熔炼后直接浇铸模具成型，模具流道内的原料可以回炉再利用。
进一步的，上述的中强超硬铝合金的制造工艺，所述配料，包括如下步骤：按照所述配方进行配料，所述配料均用碱溶液清洗至表面氧化铝、熔渣等缺陷清除，然后烘烤除去所含水分。
进一步的，上述的中强超硬铝合金的制造工艺，所述步骤(3)铝锶合金的添加量为所述熔体质量的0.01-0.05％。
铝锶合金添加到铝合金中起到变质的效果，能有效地细化合金中的共晶硅及初晶硅，提高合金的机械性能，其变质具有良好的长效性，提高了重熔稳定性及抗衰退性。
进一步的，上述的中强超硬铝合金的制造工艺，所述步骤(3)磷铜合金的添加量为所述熔体质量的0.01-0.05％。
磷在熔炼过程中主要起脱氧作用，因为磷的熔点非常低，易挥发，所以用磷铜合金的方式添加。
进一步的，上述的中强超硬铝合金的制造工艺，所述步骤(4)的铝合金精炼除杂剂为无机盐类铝合金精炼除杂剂。
进一步的，上述的中强超硬铝合金的制造工艺，所述浇铸，包括如下步骤：将所述熔体缓慢匀速的浇铸到预热至200℃的涂有脱模剂的模具中。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明公开的中强超硬铝合金，配比合理，使得配方中的各元素协同作用，制得的铝合金，相比7系铝合金成本、性能更优，可以替代铸铁、粉冶类机车零部件和替代高速旋转类、摩擦副和啮合类钢铁零部件，满足轻量化的要求，提升了常规高强铝合金盘套类和壳体类零部件强硬度、耐磨性和抗冲击能力，超高强超硬，应用前景广泛；
(2)本发明提出的中强超硬铝合金的制造工艺，制造工艺简单且具有很高的灵活性，流程短、成本低，用材效率更高，低压铸造，无污染，具有较好的经济效益。
具体实施方式
下面将结合实施例和具体实验数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
以下实施例提供了中强超硬铝合金及其制造工艺，所述中强超硬铝合金，按质量百分比计，由以下成分构成：si14-20％、cu10-15％、zn3-6％、fe0.3-0.8％、mg0.3-0.6％、ni0.3-0.6％、mn0.2-0.5％、co0.1-0.3％、la0.1-0.4％、al余量。
实施例1
所述中强超硬铝合金，按质量百分比计，由以下成分构成：si15％、cu12％、zn4％、fe0.5％、mg0.5％、ni0.4％、mn0.3％、co0.2％、la0.1％、al余量。
所述中强超硬铝合金的制造工艺，依次包括配料、熔炼、浇铸；
配料：按照所述配方进行配料，所述配料均用碱溶液清洗至表面氧化铝、熔渣等缺陷清除，然后烘烤除去所含水分
所述熔炼，包括以下步骤：
(1)化铝：基体合在温度750℃放入天然气炉，加入中间合金，按以下顺序合金化：al-si合金、cu-zn合金、fe-ni合金、al-mg合金、co-la合金；
(2)检测：取上述天然气炉内熔体进行光谱化验，得到各成分信息；
(3)调整：根据上述光谱化验得到的成分信息，调整天然气炉内熔体各成分比例，调整后向天然气炉内依次加入铝锶合金、磷铜合金；铝锶合金、磷铜合金的添加量均为所述熔体质量的0.02％；
(4)除杂：向天然气炉内加铝合金精炼除杂剂；
(5)除气精炼：向天然气炉充氮气5-10分钟，氮气为99.99％，搅拌；
(6)捞渣：对熔体表面各种漂浮物进行捞渣；
(7)炉门密封：捞渣后，密封炉门，静置，得到所述熔体。
浇铸：将所述熔体缓慢匀速的浇铸到预热至200℃的涂有脱模剂的模具中，得到所述中强超硬铝合金。
实施例2
所述中强超硬铝合金，按质量百分比计，由以下成分构成：si16％、cu12％、zn5％、f0.7％、mg0.5％、ni0.5％、mn0.4％、co0.3％、la0.2％、al余量。
所述中强超硬铝合金的制造工艺，依次包括配料、熔炼、浇铸；
配料：按照所述配方进行配料，所述配料均用碱溶液清洗至表面氧化铝、熔渣等缺陷清除，然后烘烤除去所含水分
所述熔炼，包括以下步骤：
(1)化铝：基体合在温度760℃放入天然气炉，加入中间合金，按以下顺序合金化：al-si合金、cu-zn合金、fe-ni合金、al-mg合金、co-la合金；
(2)检测：取上述天然气炉内熔体进行光谱化验，得到各成分信息；
(3)调整：根据上述光谱化验得到的成分信息，调整天然气炉内熔体各成分比例，调整后向天然气炉内依次加入铝锶合金、磷铜合金；铝锶合金、磷铜合金的添加量均为所述熔体质量的0.04％；
(4)除杂：向天然气炉内加铝合金精炼除杂剂；
(5)除气精炼：向天然气炉充氮气5-10分钟，氮气为99.99％，搅拌；
(6)捞渣：对熔体表面各种漂浮物进行捞渣；
(7)炉门密封：捞渣后，密封炉门，静置，得到所述熔体。
浇铸：将所述熔体缓慢匀速的浇铸到预热至200℃的涂有脱模剂的模具中，得到所述中强超硬铝合金。
实施例3
所述中强超硬铝合金，按质量百分比计，由以下成分构成：si18％、cu10％、zn3％、fe0.8％、mg0.6％、ni-0.6％、mn0.5％、co0.3％、la0.4％、al余量。
所述中强超硬铝合金的制造工艺，依次包括配料、熔炼、浇铸；
配料：按照所述配方进行配料，所述配料均用碱溶液清洗至表面氧化铝、熔渣等缺陷清除，然后烘烤除去所含水分
所述熔炼，包括以下步骤：
(1)化铝：基体合在温度730℃放入天然气炉，加入中间合金，按以下顺序合金化：al-si合金、cu-zn合金、fe-ni合金、al-mg合金、co-la合金；
(2)检测：取上述天然气炉内熔体进行光谱化验，得到各成分信息；
(3)调整：根据上述光谱化验得到的成分信息，调整天然气炉内熔体各成分比例，调整后向天然气炉内依次加入铝锶合金、磷铜合金；铝锶合金、磷铜合金的添加量为所述熔体质量的0.05％；
(4)除杂：向天然气炉内加铝合金精炼除杂剂；
(5)除气精炼：向天然气炉充氮气5-10分钟，氮气为99.99％，搅拌；
(6)捞渣：对熔体表面各种漂浮物进行捞渣；
(7)炉门密封：捞渣后，密封炉门，静置，得到所述熔体。
浇铸：将所述熔体缓慢匀速的浇铸到预热至200℃的涂有脱模剂的模具中，得到所述中强超硬铝合金。
实施例4
所述中强超硬铝合金，按质量百分比计，由以下成分构成：si16％、cu13％、zn5％、fe0.7％、mg0.6％、ni0.4％、mn0.4％、co0.2％、la0.2％、al余量。
所述中强超硬铝合金的制造工艺，依次包括配料、熔炼、浇铸；
配料：按照所述配方进行配料，所述配料均用碱溶液清洗至表面氧化铝、熔渣等缺陷清除，然后烘烤除去所含水分
所述熔炼，包括以下步骤：
(1)化铝：基体合在温度750℃放入天然气炉，加入中间合金，按以下顺序合金化：al-si合金、cu-zn合金、fe-ni合金、al-mg合金、co-la合金；
(2)检测：取上述天然气炉内熔体进行光谱化验，得到各成分信息；
(3)调整：根据上述光谱化验得到的成分信息，调整天然气炉内熔体各成分比例，调整后向天然气炉内依次加入铝锶合金、磷铜合金；铝锶合金、磷铜合金的添加量为所述熔体质量的0.05％；
(4)除杂：向天然气炉内加铝合金精炼除杂剂；
(5)除气精炼：向天然气炉充氮气5-10分钟，氮气为99.99％，搅拌；
(6)捞渣：对熔体表面各种漂浮物进行捞渣；
(7)炉门密封：捞渣后，密封炉门，静置，得到所述熔体。
浇铸：将所述熔体缓慢匀速的浇铸到预热至200℃的涂有脱模剂的模具中，得到所述中强超硬铝合金。
实施例5
所述中强超硬铝合金，按质量百分比计，由以下成分构成：si17％、cu14％、zn4％、fe0.6％、mg0.5％、ni0.5％、mn0.4％、co0.3％、la0.2％、al余量。
所述中强超硬铝合金的制造工艺，依次包括配料、熔炼、浇铸；
配料：按照所述配方进行配料，所述配料均用碱溶液清洗至表面氧化铝、熔渣等缺陷清除，然后烘烤除去所含水分
所述熔炼，包括以下步骤：
(1)化铝：基体合在温度760℃放入天然气炉，加入中间合金，按以下顺序合金化：al-si合金、cu-zn合金、fe-ni合金、al-mg合金、co-la合金；
(2)检测：取上述天然气炉内熔体进行光谱化验，得到各成分信息；
(3)调整：根据上述光谱化验得到的成分信息，调整天然气炉内熔体各成分比例，调整后向天然气炉内依次加入铝锶合金、磷铜合金；铝锶合金、磷铜合金的添加量均为所述熔体质量的0.04％；
(4)除杂：向天然气炉内加铝合金精炼除杂剂；
(5)除气精炼：向天然气炉充氮气5-10分钟，氮气为99.99％，搅拌；
(6)捞渣：对熔体表面各种漂浮物进行捞渣；
(7)炉门密封：捞渣后，密封炉门，静置，得到所述熔体。
浇铸：将所述熔体缓慢匀速的浇铸到预热至200℃的涂有脱模剂的模具中，得到所述中强超硬铝合金。
效果验证：
对由上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的中强超硬铝合金进行性能检测，测试结果见表1。
所有测试参照gb/t1173-2013铸造铝合金。
表1样品性能测试结果
由上述测试数据可得，本发明所述的中强超硬铝合金，由其铸造出来的产品性能优良，超过7系生产的产品，并且制造工艺的流程短、成本低，用材效率更高，低压铸造，无污染，铸造性能、变形性能远超7系变形性能。本发明所述的中强超硬铝合金，可以代替7系铝合金(成本、性能更优)，替代铸铁、粉冶类机车零部件和替代高速旋转类、摩擦副和啮合类钢铁零部件(满足轻量化要求)，在工业上可以代替铅黄铜(价格更低)用在在卫浴，工业零部件等，提升了常规高强铝合金盘套类和壳体类零部件强硬度、耐磨性和抗冲击能力。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。