專利名稱：：用于消除低硅鋁合金中熱裂縫缺陷的金屬處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總的涉及當(dāng)固化成澆鑄制品時(shí)具有改進(jìn)的熱裂縫(hottear)缺陷的改進(jìn)的高強(qiáng)度鋁基合金。
背景技術(shù)：
：使組分合金化以改進(jìn)鋁基材料的性質(zhì)是公知的。高強(qiáng)度鋁合金(通常包含少于95wty。的鋁，具有超過約30000磅/平方英寸的熱處理屈服強(qiáng)度)可以被制成與低成本制造技術(shù)(例如澆鑄)相容。例如，在鋁中添加硅(Si)導(dǎo)致熔融金屬改進(jìn)的流動(dòng)性，由此提高可鑄造性(castability)。另外的合金添加劑(例如銅)可以用于改進(jìn)鋁基合金的強(qiáng)度特征，盡管在傳統(tǒng)上以損害可鑄造性為代價(jià)。其它可以包括兩者。由本發(fā)明的受讓人創(chuàng)造的一種這種合金已知為GM220,是一種可以容易地澆鑄成用于高強(qiáng)度的重量敏感的應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)組、蓋和其它元件。然而，很多鋁合金(例如GM220)不能完全實(shí)現(xiàn)鑄造必須提供的有效的低成本制造，因?yàn)槠淙菀仔纬煞Q作熱裂縫的缺陷。在熱裂縫中，固化熔體的強(qiáng)度不足以承受與由于固化收縮和熱膨脹導(dǎo)致的金屬的熱收縮相關(guān)的應(yīng)力。當(dāng)該鑄型更堅(jiān)硬時(shí)(例如在金屬鑄型中時(shí))，這種現(xiàn)象會(huì)惡化?？梢允褂酶倪M(jìn)的制造技術(shù)(例如鑄型熱控制和更高灌注溫度)降低這一問題；然而，這些方法通常受到該模制件的幾何形狀以及復(fù)雜性及相關(guān)費(fèi)用所限制。類似地，具有多方面澆鑄后加工的簡(jiǎn)單坯段(billet)的澆鑄顯著提高了成本，因此使得低成本澆鑄操作的目的受到挫敗(defeat)。晶粒細(xì)化是用于降低可澆鑄鋁合金中熱撕裂(hottearing)可能性的優(yōu)選方式。在晶粒細(xì)化中，在澆注(pouring)緊前面將母合金(例如含鈦(Ti)或相關(guān)試劑的)添加到熔融金屬中。在一種公知的形式中，這種母合金可以是金屬碳化物、氮化物和硼化物，例如二硼化鈦(TiB2)。椐信這些母合金將微觀粒子作為成核劑引入到該熔體中。盡管添加了這種母合金，但仍需要開發(fā)高強(qiáng)度的鋁基澆鑄合金的改進(jìn)的晶粒細(xì)化方法。進(jìn)一步需要這種晶粒細(xì)化有用于制造鋁基合金而不會(huì)伴隨熱撕裂問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明滿足了這些需要，其中公開了基本沒有熱撕裂的改進(jìn)的高強(qiáng)度鋁合金。通過該公幵的發(fā)明，將抑制熱裂縫的材料引入到鋁合金中以產(chǎn)生更小晶粒尺寸的澆鑄件。依照本發(fā)明的第一方面，公開了通過以下提高澆鑄鋁合金中抗熱撕裂性的方法將Si、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、錳(Mn)和鍶(Sr)中的一種或多種作為合金組分提供到鋁基混合物中，在該混合物中添加至少一種晶粒細(xì)化劑，將該混合物和晶粒細(xì)化劑形成可洗鑄的熔體，將該熔體澆鑄到鑄型(mold)中，以及在該鑄型中固化該熔體以提供基本無熱裂縫的澆鑄鋁合金制品。該晶粒細(xì)化劑包括鈧(Sc)、鋯(Zr)、金屬碳化物、金屬鋁化物、金屬硼化物和至少一種稀土元素中的一種或多種。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在該合金中可以存在痕量的雜質(zhì)，例如鈣(Ca)和磷(P)任選地(optionally)，使用特定濃度的晶粒細(xì)化劑。在一種形式中，包括含量為至多該混合物0.15wt。/。的Sc。類似地可以使用Zr,和Sc—起使用或代替Sc?？梢园ㄖ炼酁樵摶旌衔锏?.7wt。/。的濃度，更特別的水平為0.5wt。/。、0.3wt。/。和0,15wt%。對(duì)于金屬硼化物、碳化物和氮化物，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)T舊2是特別適合的晶粒細(xì)化劑，優(yōu)選和Sc或Zr中的一種或兩種相結(jié)合。也可以包括含量為該混合物的至多0,7wt。/。的銀(Ag)。在一種特別形式中，可以將Ag和TiB2、Zr和任選含量的Sr—起添加。在一種特別形式中，該晶粒細(xì)化劑進(jìn)一步包括TiB2和Ag。代替Sc、Zr和T舊2或除Sc、Zr和TiB2之外，可以將至多約1.5wt%的至少一種稀土元素添加到該混合物中。在本發(fā)明的內(nèi)容中，術(shù)語"約Approximately)"及其變體類似的(likewise)、術(shù)語"大約(about)"在本
發(fā)明內(nèi)容中都解釋為與"近似"或"接近"相當(dāng)。這樣，使用這種修飾的限制表明不要求精確性，而是表示在化學(xué)所需的最低和最高操作限值之間的預(yù)期變化。該一種或多種稀土元素可以由添加到該混合物中的混合稀土(mischmetal)產(chǎn)生。在一種特別形式中，該鋁合金是高強(qiáng)度的低硅合金，包含至多約2.0wt。/。的Si。在一種更特別的變形中，存在不超過大約1.0重量。/。的Si。該金屬碳化物、金屬鋁化物和金屬硼化物優(yōu)選包括在該混合物中產(chǎn)生約0.02-約0.2wt。/。的Ti的含鈦化合物。如上所述，這種Ti可以為TiB2的形式。盡管本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于多種澆鑄操作，但本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)其特別適用于永久型鑄造(permanentmoldcasting)。根據(jù)該合金的細(xì)節(jié)，可以使用各種范圍。例如，至多約1.3wt。/o的硅含量可以包括約1.1-約1.3wt%(在GM220的情況下)和約0.wt%(在合金206的情況下)的更窄范圍。類似地，約0.1-約0.5%范圍的Fe為約0.4-約0.5%的鐵(在GM220的情況下)和約0.1%(在合金206的情況下)。類似地，Gu含量為約1.9-約2,5wt%(在GM220的情況下)和約4.2-5.0wt%(在合金206的情況下)。Mn含量為約0.5-約0.75wt%(在GM220的情況下，特別適用的上限為約0.73wt%)和約0.2-約0.5wt%(在合金206的情況下)。Mg的含量為約0.3-約0.5wt%(在GM220的情況下)和約0,2-約0.35wt%(在合金206的情況下)。存在至多約0.04wty。的Ca和至多約0.04wt。/。的P(在GM220的情況下)。其余構(gòu)成GM220或合金206的約0.05wt%的合金組分可以包括鎳(Ni)、錫(Sn)、Ti,單獨(dú)地或以組合形式。依照本發(fā)明的另一方面，公開了改進(jìn)鋁合金中抗熱撕裂性的方法。該方法包括除了至少一種晶粒細(xì)化劑之外還將TiB2添加到包含Si、Cu、Mg、Fe和Mn的鋁基混合物中。該另外的晶粒細(xì)化劑可以包括Sc、Zr和至少一種稀土元素。該方法進(jìn)一步包括使該混合物和丁舊2和該一種或多種晶粒細(xì)化劑形成可澆鑄的熔體，將該熔體放入鑄型中并使該熔體在該鑄型中固化。在另一種形式中，可以在含鈦熔體中添加元素硼以形成依照本發(fā)明的又一方面，公開了鋁合金。該合金包括至多約2.0wt%的Si、約1.9-約5.0wt。/。的Cu、約0.2-約0.5wt%的Mg、約0.1-約0.5wtu/o的Fe、約0.2-約0.75wt。/u的Mn使得Mn/Fe重量比為約1.25-約1.45、約0.02wt%J々0.2wt%的Ti、至多0.01wt%的Sr、至多0.05wt%的Zn、至多0.05wt"/。的Ca、至多0.05\\4%的P、一種或多種選自Sc、Zr、稀土元素和TiB2的晶粒細(xì)化劑和基本由鋁構(gòu)成的剩余物(balance)。在任選的形式中，Sc,如果存在的話，濃度為至多該合金的約0.15wt%。類似地，Zr，如果存在的話，濃度為該合金的至多約0.7wt%。最后，稀土元素，如果存在的話，濃度為該合金的至多約1.5wt%。當(dāng)與下面的附圖結(jié)合閱讀時(shí)，本發(fā)明的以下詳迷可以得到最佳的理解，其中類似的附圖標(biāo)記表示類似的結(jié)構(gòu)，以及其中圖1A顯示了依照本發(fā)明的一方面制造的汽車汽缸蓋(cylinderhead);圖IB顯示了也可以依照本發(fā)明的一方面制造的汽車汽缸體(cylinderblock);圖2顯示了由現(xiàn)有技術(shù)的鋁合金制造的鑄件(casting)中形成的典型的熱裂縫；圖3顯示了由本發(fā)明的鋁合金制造的鑄件，其中基礎(chǔ)鋁合金含0.15\\1%的添加到其中的Zr;圖4顯示了由本發(fā)明的鋁合金制造的鑄件，其中基礎(chǔ)鋁合金含0.30wt%的添加到其中的Zr;圖5顯示了具有各種晶粒細(xì)化刑和在各種澆鑄方法下的鋁合金的相對(duì)抗張強(qiáng)度；圖6顯示了具有各種晶粒細(xì)化刑和在各種澆鑄方法下的鋁合金的相對(duì)屈服強(qiáng)度；圖7顯示了具有各種晶粒細(xì)化劑和在各種澆鑄方法下的鋁合金的相對(duì)抗張伸長(zhǎng)率；圖8A顯示了鑄型溫度對(duì)依照本發(fā)明制造的一種合金的影響；圖8B顯示了鑄型溫度對(duì)依照本發(fā)明制造的另一種合金的影響；圖9A-9E顯示了在由典型澆鑄鋁基合金(例如合金206)制造的多種測(cè)驗(yàn)桿中的不同裂縫嚴(yán)重水平。具體實(shí)施例方式最初參照?qǐng)D1A和1B,示出了由GM220鋁合金制造的用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋1和汽缸體10。這種裝置可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的澆鑄技術(shù)制造。例如，可以通過永久型鑄造來制造汽缸蓋1和汽缸體10。如圖所示，以公知的V-6構(gòu)型來澆鑄汽缸蓋1和汽缸體10，盡管將認(rèn)識(shí)到同樣可以采用其它發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型。特別參照?qǐng)D1A,汽缸蓋1包括進(jìn)氣口2、4和6，以及在相反側(cè)上相應(yīng)的排氣口(未示出)。其它元件包括定時(shí)鏈蓋3、火花塞支架(sparkplugtower)5、氣門蓋導(dǎo)軌(valvecoverrail)7和凸輪推桿8。特別參照?qǐng)D1B，汽缸體10固定到圖1A的汽缸蓋1上(例如通過螺栓)。汽缸體10的一個(gè)分組(bank)12包括在其中形成的三個(gè)汽缸14、16和18。用于將汽缸蓋1緊固到汽缸體IO上的螺栓孔20例如通過鉆孔和車螺紋(threading)進(jìn)行加工。其它表面也可以這樣加工。特別地，汽缸蓋1上用于排氣閥(未示出)的幵口之間的區(qū)域在非常高的溫度下操作，因此經(jīng)受由受約束部件的熱膨脹產(chǎn)生的高應(yīng)力。操作溫度和非操作溫度之間的循環(huán)引起汽缸蓋1的這些區(qū)域的熱疲勞。相對(duì)高的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率以及硅共晶相的缺乏提供了優(yōu)異的抗熱疲勞性。合金(例如GM220)的相對(duì)高的Mn/Fe比提供了改進(jìn)的可加工型和較低水平的澆鑄多孔性。然而，大量操作是最初的澆鑄，同時(shí)包括各種合金劑(alloyingagent)(例如前述的Mn)以便于澆鑄后的可加工性。在一種形式中，該合金是由以下組成的1.0-2.0wt。/。硅(Si)(特別有益的上限為約1.3wt%)、1.9-3.5wt%Cu、0.3-0.5wt%Mg、0.4-0,5wt%Fe、0.5-0.73wt%Mn、0.02-0.2wt%Ti、至多0.05wt。/。的Sr、至多0.5wt%的Zn、至多0.04wt。/u的Ca、至多0,04wt"/。的P(所有數(shù)值都是近似的)，余量的鋁和極少量偶然雜質(zhì)。此外，優(yōu)選的(但不是必需的)Mn/Fe比值約為1.25-1.45。GM220包括足夠用于形成金屬間化合物的Si(約為l-2wt%)，但并不足以形成單獨(dú)的共晶Si相，其如果存在的話，將會(huì)不合意地導(dǎo)致熱點(diǎn)，以及降低該鑄件的總體導(dǎo)熱性和機(jī)械性質(zhì)。這種Si量的引入可以有益于改進(jìn)抗熱疲勞性。類似地，Cu的引入有助于增強(qiáng)該合金。因?yàn)檫@些原因，GM220表現(xiàn)出高強(qiáng)度(抗張強(qiáng)度為約250-400MPa，取決于澆鑄技術(shù))、好的伸長(zhǎng)率(約為0.5-4.5%,再次取決于澆鑄技術(shù))和低微孔率。該合金包括能夠提高強(qiáng)度和其它機(jī)械性質(zhì)的Cu,盡管其含量保持相對(duì)低以避免抗腐蝕性降低。包括Mn以控制晶粒結(jié)構(gòu)，而Zn改進(jìn)沉淀硬化響應(yīng)和腐蝕性能，只要其含量不會(huì)達(dá)到損害焊接性能的高度即可。GM220也易于澆鑄，并能夠經(jīng)受多步加熱處理，其可以定制所需的強(qiáng)度水平。這些特征使其有用于制造高質(zhì)量汽車鑄件。例如，更高強(qiáng)度的合金可以形成用于相同承重性質(zhì)但可被制成更輕的元件，使得可以實(shí)現(xiàn)提高的特定性質(zhì)(specificproperties)(對(duì)于汽車、飛沖幾和其它運(yùn)輸應(yīng)用是重要的考慮因素)。然而，在特定的澆鑄操作中，鋁合金(例如GM220)容易熱撕裂，其中下面參照?qǐng)D2,顯示了在澆鑄制品100的至少一個(gè)位置上的由GM220澆鑄的元件中的熱裂縫110的實(shí)例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的那樣，有多種裂紋檢查方案，例如染色滲透檢驗(yàn)(DPI)或相關(guān)方法?？偟膩碇v，熱裂縫易感度(hottearingsusc印tibility)(HTS)由下式表示HTS-S(C,xL,)其中C是用于表示測(cè)試樣品(例如桿)中裂縫嚴(yán)重程度的數(shù)值，L是對(duì)應(yīng)于樣品(桿)長(zhǎng)度的數(shù)值。后一參數(shù)考慮了較長(zhǎng)的桿比較短的桿的抗熱撕裂性更弱的事實(shí)。例如，如參照?qǐng)D9A-9E所示，對(duì)于最長(zhǎng)的桿(接近端部)，L-1，裂縫嚴(yán)重程度C約為3(特別示于圖9D中)。對(duì)于相同的鑄件，更短的桿L-2對(duì)應(yīng)于更輕的裂縫，其中C約為2(特別示于圖9C中)，而對(duì)應(yīng)于L-3的甚至更短的桿(特別示于圖9B中)具有約1的裂化嚴(yán)重度C。HTS是這些的總計(jì)，具體為1x3+2x2+3xl-10。本發(fā)明的研究中所用的鑄型具有四個(gè)銷(桿)。下面參照?qǐng)D3和4，澆鑄制品的實(shí)例200和300,其中合金GM220具有在形成為熔體之前添加到該混合物中的晶粒細(xì)化劑。據(jù)信在熔體中Sc、Zr和TiB2中一種或多種的存在改進(jìn)了該合金的抗熱撕裂性。另外據(jù)信由于基本保持成核劑(例如金屬碳化物、氮化物和硼化物)的未溶解，因此有助于該晶粒細(xì)化過程。例如，可以使用TiB2引發(fā)成核，由此在GM220和相關(guān)鋁合金中提供小晶粒。提供TiB2成核劑的母合金的實(shí)例包4舌Al-3%Ti-lo/。B、Al-5%Ti-lB、Al-2.5%Ti-2,5%B和All曙1.5%Ti-4%B。在添加含Ti晶粒細(xì)化劑之前添加Zr、Sc或兩者的方法與在澆注(pouring)鑄件之前僅添加Ti、硼(B)或兩者的組合相比有所改進(jìn)。還發(fā)現(xiàn)通過混合稀土添加剛好大于1%的稀土元素達(dá)到了類似的結(jié)果。Sc通過降低對(duì)熱裂縫形成的敏感性而改進(jìn)了澆鑄合金的強(qiáng)度和可焊性。類似地，其提高了再結(jié)晶溫度并改進(jìn)了控制晶粒結(jié)構(gòu)的能力。Zr和TiB2一樣用作再結(jié)晶抑制劑。為了測(cè)試添加到合金GM220中的各種晶粒細(xì)化劑的效果，本發(fā)明人進(jìn)行了一系列50個(gè)鑄件。表1顯示了這些鑄件的結(jié)果，特別顯示了產(chǎn)生的熱裂縫的數(shù)量。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表l如上表中可以看到，基礎(chǔ)合金在50個(gè)鑄件中有30個(gè)熱裂縫。添加150ppm作為共晶改性劑的Sr使熱裂縫發(fā)生率惡化為40-50。用TiB晶粒細(xì)化導(dǎo)致熱裂縫降低到18。添加Sr和TiB導(dǎo)致其降低為IO個(gè)熱裂縫。2.0-3.0wt。/。的硅的添加在改進(jìn)可鑄造性(castability)的同時(shí)消除了熱裂縫，盡管在更高的水平下，更高的Si導(dǎo)致更高的空隙率(由于共晶Si相的存在，其妨礙固化過程中的給料(feeding))和較低的強(qiáng)度。和添加Sc—樣，添加0.15-0.7wty。的Zr消除了熱裂縫。此外，所有Sr、TiB與Zr和Sc中的一種或兩種的組合都導(dǎo)致熱裂縫的消除。此外，添加產(chǎn)生1.2wt。/。稀土的混合稀土消除了熱裂縫。下面參照?qǐng)D5-7，示出了用于各種澆鑄方法和熱處理以及各種添加劑的基礎(chǔ)合金GM220的抗張強(qiáng)度性質(zhì)。在各圖中，橫坐標(biāo)標(biāo)識(shí)A表示基礎(chǔ)(GM220)合金，而橫坐標(biāo)標(biāo)識(shí)B表示基礎(chǔ)合金+添加0.01wt%TiB,橫坐標(biāo)標(biāo)識(shí)C表示橫坐標(biāo)名稱B+0.15wt%Zr,和橫坐標(biāo)標(biāo)識(shí)D表示橫坐標(biāo)名稱B+0.25wt%Zr。示出了兩種獨(dú)立的澆鑄方法，第一種是消失模法Hostfoam)(LF)，第二種是砂鑄法(SAND)。在砂鑄方法中，有兩種不同的變型，第一種加入激冷區(qū)，第二種加入非激冷區(qū)。在消失模方法中，制備的元件是汽缸蓋，而砂鑄法制備的元件則為桿，其中在一半桿的下型(drag)中另外使用小冷模(smallchill)。將該鑄件熱處理到兩種狀態(tài)之一，第一種為T6狀態(tài)(如下解決方案920。F8小時(shí)然后在360。F熱水冷淬(quench)老化8小時(shí))，第二種為SA狀態(tài)(如下解決方案920。F8小時(shí)，然后在480°F熱水冷淬老化1小時(shí)，然后360°F6小時(shí))，這些熱處理的后者是兩步連續(xù)老化方法。顯然上述添加劑都沒有一個(gè)對(duì)合金的抗張性質(zhì)產(chǎn)生不利影響，同樣將適用于制造汽缸蓋和相關(guān)澆鑄元件。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在添加到基礎(chǔ)合金的晶粒細(xì)化劑中可以使用各種范圍。例如，Sc可以以0-約lwt。/。的寬范圍、0.卜0.75wt。/。的更特別范圍、0.2-0.5wt%的甚至更特別范圍添加。類似地，Zr可以以0-約lwt。/。的寬范圍、0.1-0.75wt%的更特別范圍、0.15-0.25wt%的甚至更特別范圍添加。Ti可以以0-0.25wt%的寬范圍、0.02-0.15wt%的更特別范圍、0.04-0.08wt%的甚至更特別范圍添加。B可以以0-100ppm的寬范圍、5-50ppm的中等范圍、5-20ppm的窄范圍添加。此外，稀土元素可以以0-約3wt%的寬范圍、l-2.5wt。/。的更特別范圍、1.25-1.75wt。/o的甚至更特別范圍添力口。量為至少高達(dá)0.7wt。/。的Zr的添加對(duì)抗張性質(zhì)是無害的；事實(shí)上，在無Zr和0.7wt"/。Zr上，低含量的Zr改進(jìn)了抗張性質(zhì)，隱含了抗張性質(zhì)的優(yōu)化范圍。不僅考慮對(duì)熱裂縫的影響，還需要一定最小量的Zr;這種最小值將取決于模具溫度和固化速率以及部件幾何形狀。本發(fā)明人相信氧化鋯(ZrO)彌散體(dispersoid)可以提高GM220合金的高溫強(qiáng)度保持。類似地，在激冷部分中，Zr+TiB的添加改進(jìn)了澆鑄制品的機(jī)械性質(zhì)。該T6(即完全老化的)抗張強(qiáng)度高于激冷砂SA澆鑄制品，而SA的伸長(zhǎng)率更高。對(duì)于強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率兩者，消失模性質(zhì)都略低于砂鑄。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到存在于依照本發(fā)明的合金中的Ti可以以溶解和未溶解的形式存在通常，保持相對(duì)低水平的溶解Ti有助于所需的更小的晶粒尺寸和伴隨的熱裂縫的減少。最小的晶粒尺寸通常是由更小的Ti水平產(chǎn)生的。作為實(shí)例，重要的市場(chǎng)上可得到的晶粒細(xì)化劑是如上討論的具有A卜3。/。Ti-l。/。B組成的母合金，其包含溶解Ti和無數(shù)懸浮在該母合金中且當(dāng)將該母合金添加到液態(tài)鋁浴中時(shí)釋放到該熔體中的TiB2微觀粒子。該粒子通常直徑約為l微米，因此容易懸浮在熔融金屬中。在正常澆鑄溫度下其也不溶于熔融態(tài)鋁。不溶和溶解鈥在硼化物粒子中的添加量可以不同并可以計(jì)算。然后，通過使該熔體長(zhǎng)時(shí)間(例如兩小時(shí))靜置，添加的所有Ti都將進(jìn)入溶液，此時(shí)將不會(huì)產(chǎn)生更多的晶粒細(xì)化。通過在該熔體中添加一定量的商用Al-3%Ti-l%B(3wt%Ti、lwt%B、剩余為鋁)母合金，可以實(shí)現(xiàn)由Ti和B組成(comprisedof)的晶粒成核劑的恒定添加，其中至少一部分Ti以不溶硼化物的形式存在，剩余為可溶形式。除了上迷討論的晶粒細(xì)化劑之外，可以改變加工條件以通過更小的小晶粒尺寸改進(jìn)抗熱撕裂性。例如，可以改變固化時(shí)間，其中該澆鑄方法會(huì)影響晶粒尺寸。例如，砂鑄的冷卻速率越慢，就容易產(chǎn)生比永久型鑄造更大的晶粒。下面參照?qǐng)D8A和8B，示出了兩種代表性合金的HTS性質(zhì)作為鑄型溫度的函數(shù)。圖8B顯示了上迷討論的GM220的HTS性質(zhì)，而圖8A顯示了本發(fā)明人已經(jīng)顯示對(duì)此處討論的處理方法響應(yīng)良好的合金(合金206)的HTS性質(zhì)。表2中示出了兩種合金的名義組成的比較，其中例如Ni、Sn和Ti的元素是可容忍的雜質(zhì)的實(shí)例，而其它組分(例如Sr(在一定量時(shí)也可以是可容忍的雜質(zhì)，例如至多約0.05wt%))包括在"其它"欄中以表示并不已知為明顯改變合金性質(zhì)的元素。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表2圖8A中顯示的合金是市場(chǎng)上可得到的稱作合金206的鋁合金，用于非常高強(qiáng)度的應(yīng)用。其澆鑄比GM220更困難，尤其是在金屬鑄型洗鑄方法中。澆鑄之前的晶粒細(xì)化改進(jìn)了抗熱撕裂性，而鑄型熱管理和鑄件設(shè)計(jì)也起到強(qiáng)的作用。此處討論的晶粒細(xì)化處理已經(jīng)顯示將合金206的熱裂化趨勢(shì)大大改進(jìn)到可以幾乎與GM220—樣無熱撕裂地澆鑄的程度。高Cu含量導(dǎo)致更長(zhǎng)的熱處理工藝，而固溶化階段必須在較低溫度下開始，然后一旦最低熔點(diǎn)的相溶解再提高溫度。兩幅圖的評(píng)價(jià)顯示還有其它明顯的趨勢(shì)。例如，Sr提高了兩種合金的HTS，而僅添加Ti不足以本身和自行提供穩(wěn)健的解決方案。典型的合金206熱處理可以如下進(jìn)行。固溶化階段為48(TC1小時(shí)，然后在半小時(shí)內(nèi)逐漸升高到495°C,然后在495'C保持2小時(shí)，然后在半小時(shí)內(nèi)逐漸升高到528°C，然后在528。C保持10小時(shí)。然后，冷淬階段然后進(jìn)行在200'C4小時(shí)的老化階段。比較而言，可以用更傳統(tǒng)的T6方法對(duì)GM220熱處理，其中(例如)固溶化階段在495。C發(fā)生6小時(shí)，然后是冷淬和隨后在190'C老化6小時(shí)。但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離由后附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行許多改變。權(quán)利要求1.提高澆鑄鋁合金中抗熱撕裂性的方法，所述方法包括提供混合物，其包含至多約0.5wt％的鋅、約0.2-約0.5wt％的鎂、約0.1-約0.5wt％的鐵、約0.2-約0.75wt％的錳、其中錳與鐵之比為約1.25-約1.45、至多約1.3wt％的硅、約1.9-約5.0wt％的銅、至多0.05wt％的鈣、至多0.05wt％的磷、基本為鋁和其它合金組分的剩余物，其中所述其它合金組分占所述混合物的至多0.05wt％；向所述混合物添加至少一種晶粒細(xì)化劑，所述至少一種晶粒細(xì)化劑選自鈧、鋯、金屬碳化物、金屬鋁化物、金屬硼化物和至少一種稀土元素；使所述混合物和所述晶粒細(xì)化劑形成可澆鑄的熔體；將所述熔體澆鑄到鑄型中；和在所述鑄型中固化所述熔體以提供基本無熱裂縫的澆鑄鋁合金制品。2.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一種晶粒細(xì)化劑包括含量為所述混合物的至多CU5wt。/。的鈧。3.權(quán)利要求2的方法，其中所迷至少一種晶粒細(xì)化劑進(jìn)一步包含二硼化鈦。4.權(quán)利要求3的方法，其中所述至少一種晶粒細(xì)化劑進(jìn)一步包含鋯。5.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一種晶粒細(xì)化劑包含含量為所述混合物的至多0.7wt。/。的二硼化鈦和鋯。6.權(quán)利要求5的方法，其中所迷至少一種晶粒細(xì)化劑進(jìn)一步包含含量為所述混合物的至多0.7\\4%的銀。7.權(quán)利要求1的方法，其中所述至少一種晶粒細(xì)化劑包含含量為所迷混合物的至多0.7wt。/。的鋯。8.權(quán)利要求1的方法，其中所迷至少一種晶粒細(xì)化劑包含含量為所迷混合物的約0.15-約0,5wt。/。的鋯。9.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括向所述混合物添加至多約1.5wt%的至少一種稀土元素。10.權(quán)利要求9的方法，其中所迷至少一種稀土元素來自將混合稀土添加到所述混合物中。11.權(quán)利要求1的方法，其中所述至多約1.3wtM的硅包括約n-約1.3wtu/o的硅，所迷約0.1-約0.5%的總鐵包括約0.4-約0.5%的鐵，所述約1.9-約5,0wt。/。的銅包括約1.9-2.5\\1%的銅，所述約0.2-約0.75wt%的錳包括約0.5-約0.75wt。/o的錳，所述約0.2-約0.5wt。/。的鎂包括約0.3-約0.5wt"/。的鎂，所述至多0.05wtu/。的4丐包括至多約0.04wt。/。的4丐，所述至多0.05wt。/。的磷包括至多約0.04wt。/。的磷。12.權(quán)利要求11的方法，其中所述其它合金組分包括至多約0.05wt%的鎳、至多約0.05wt%的錫和約0.02-約0.2wt%的鈦。13.權(quán)利要求l的方法，其中所迷至多約1.3wt。/。的硅包括約O.lwt%的硅，所述約0.1-約0.5%的總鐵包括約0.1%的鐵，所述約1.9-約5.0wt%的銅包括約4.2-5.0wt%的銅，所述約0.2-約0.75wt%的錳包括約0.2-約0.5wt%的錳，所迷約0.2-約0.5wt%的鎂包括約0.2-約0.35wt%的鎂。14.權(quán)利要求13的方法，其中所迷其它合金組分包括至多約0.03wt%的鎳、至多約0.05\\1%的錫和約0.15-約0,25wt。/。的鈦。15.權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬碳化物、金屬鋁化物和金屬硼化物包括在所述混合物中產(chǎn)生0.02-0.2wt"/"鈦的含鈦化合物。16.權(quán)利要求1的方法，其中所迷至少一種晶粒細(xì)化刑包括鈧和鋯。17.權(quán)利要求15的方法，其中所述至少一種晶粒細(xì)化劑進(jìn)一步包括二硼化鈦和銀。18.權(quán)利要求l的方法，其中所述澆鑄所述熔體包括永久型鑄造。19.改進(jìn)鋁合金中抗熱撕裂性的方法，所迷方法包括將二硼化鈦和至少一種晶粒細(xì)化劑添加到包含硅、銅、鐵、錳和基本為鋁的剩余物的混合物中，所述至少一種晶粒細(xì)化劑選自鈧、鋯和至少一種稀土元素；使所述混合物、所迷二硼化鈦和所迷至少一種晶粒細(xì)化劑形成可澆鑄的熔體；將所述熔體放入鑄型中；和在所述鑄型中固化所述熔體。20.鋁合金，包含至多約1.3wt。/u的硅；約0.1-約0.5wt"/。的考失；約1.9-約5.0wt"/。的銅;約0.2-約0.75wt。/o的錳，其中錳與鐵之比為約1.25-約1.45;約0.2-約0.5wt。/。的鎂；至多約0.5wt。/。的鋅；至多0.02wtu/u的鍶;至多0.05wt。/。的4丐；至多0.05wt。/u的磷；約0.02wt。/。-約0.2wt。/。的鈦；至少一種晶粒細(xì)化劑，選自鈧、鋯、稀土元素和二硼化鈦；和基本為鋁和其它合金組分的剩余物，其中所迷其它合金組分占所述混合物的至多約0.05wt%。21.權(quán)利要求20的鋁合金，其中所述鈧，如果存在的話，占所迷合金的至多約0.15wt%,所述鋯，如果存在的話，占所述合金的至多約0.7wt%，所述稀土元素，如果存在的話，占所迷合金的至多約1.5wt%。全文摘要本發(fā)明涉及用于消除低硅鋁合金中熱裂縫缺陷的金屬處理。鋁合金和澆鑄方法。在熔融態(tài)時(shí)，將鋯、鈧、選自金屬碳化物、鋁化物和硼化物的成核劑以及稀土元素中的至少一種添加到該合金中，使得一旦固化，該澆鑄合金表現(xiàn)出改進(jìn)的抗熱撕裂性。在特別形式中，該成核劑可以是用于晶粒細(xì)化的二硼化鈦。其它可以用于晶粒細(xì)化的試劑包括鈧、鋯、硅、銀和一種或多種稀土元素。在稀土元素的情況下，可以使用混合稀土作為前體。在降低由改進(jìn)的鋁合金澆鑄的制品中的熱裂縫發(fā)生率中，二硼化鈦和至少一種其它試劑的組合尤其有效。文檔編號(hào)C22C21/18GK101549390SQ200910127848公開日2009年10月7日申請(qǐng)日期2009年4月2日優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日發(fā)明者A·M·納巴維,F·H·薩米爾,H·W·多蒂申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司