鋁壓鑄合金的制作方法
【專(zhuān)利摘要】構(gòu)件用鋁合金，其具有提高的強(qiáng)度，在鑄態(tài)具有屈服點(diǎn)Rp0.2>120MPa，同時(shí)斷裂延伸率A>7％，在T5熱處理后，具有屈服點(diǎn)Rp0.2>200MPa，同時(shí)斷裂延伸率A>6％，或在T6熱處理后，屈服點(diǎn)Rp0.2>200MPa，同時(shí)斷裂延伸率A>9％，其特別適用于汽車(chē)的結(jié)構(gòu)和底盤(pán)部件，其包含9-11.5重量％的硅，0.45-0.8重量％的錳，0.2-1.0重量％的鎂，0.1-1.0重量％的銅，不超過(guò)0.2重量％的鋅，不超過(guò)0.4重量％的鋯，不超過(guò)0.4重量％的鉻，不超過(guò)0.3重量％的鉬，不超過(guò)0.2重量％的鐵，不超過(guò)0.15重量％的鈦，0.01-0.02重量％的鍶，及余量的鋁和總量最多不超過(guò)0.5重量％的與生產(chǎn)相關(guān)的雜質(zhì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】鋁壓鑄合金
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種構(gòu)件用鋁合金，其具有提高的強(qiáng)度，在鑄態(tài)具有屈服點(diǎn)RpQ.2>120MPa以及同時(shí)具有高的斷裂延伸率A>7 %，在T5熱處理后，具有屈服點(diǎn)RP0.2>200MPa,同時(shí)具有斷裂延伸率A>6 %，或在T6熱處理后，具有屈服點(diǎn)RpQ.2>200MPa，同時(shí)具有斷裂延伸率A>9%，其特別是用于汽車(chē)的結(jié)構(gòu)件和底盤(pán)件。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于通過(guò)壓鑄工藝生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)件，特別是薄壁構(gòu)件，以及當(dāng)壓鑄工藝用于底盤(pán)件時(shí)，良好的流動(dòng)和充模性能以及凝固特性是決定性的。薄壁結(jié)構(gòu)件在汽車(chē)工業(yè)中是特別令人感興趣的，這是因?yàn)閷?duì)于相同的構(gòu)件功能，其由于使用較少的材料而能提供重量?jī)?yōu)勢(shì)，這進(jìn)而減少了操作成本，并且降低了環(huán)境污染。
[0003]現(xiàn)在，壓鑄技術(shù)能夠生產(chǎn)具有高強(qiáng)度和高延伸率的復(fù)雜構(gòu)件。底盤(pán)件通常在許多情況下通過(guò)其他鑄造方法生產(chǎn)，例如，冷鑄。原因是，由壓鑄工藝生產(chǎn)的這些構(gòu)件達(dá)不到用于確保穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)所需的強(qiáng)度或難以使其獲得滿(mǎn)意的延伸率。
[0004]為了獲得所需的機(jī)械性能，特別是高的韌性，對(duì)于由AlSilOMnMg型壓鑄合金制成的結(jié)構(gòu)和底盤(pán)件通常進(jìn)行熱處理，例如根據(jù)T6 (固溶熱處理，淬火和高溫時(shí)效)或T7 (固溶熱處理，淬火和過(guò)時(shí)效)的熱處理。該熱處理改變了所有構(gòu)件的鑄態(tài)微觀結(jié)構(gòu)，該構(gòu)件隨后在強(qiáng)度以及斷裂的延展性上能滿(mǎn)足更多的苛刻要求。這種類(lèi)型的合金在鑄態(tài)具有約IlOMPa的屈服點(diǎn)Rptl.2，以及斷裂延伸率A為4-5%，通過(guò)T6熱處理可以增加至150MPa以上以及不低于7%的延伸率。這是基于合金 元素Mg和Si參與其中的沉淀硬化的強(qiáng)化效果。另外，Si共晶物的聚結(jié)增加了韌性。這樣的熱處理例如以下述方式進(jìn)行:在450-535°C的溫度范圍的固溶熱處理之后，在水或空氣中淬火至低于約100°C的溫度。作為固溶熱處理的結(jié)果，由于擴(kuò)散過(guò)程，合金化元素均勻、細(xì)化地分布，并通過(guò)淬火固定在α -Al中。另外，Si共晶物被球化?，F(xiàn)在合金具有高韌性，但是僅具有低強(qiáng)度。作為隨后在150-250°C高溫時(shí)效的結(jié)果，形成了細(xì)小均勻分布的Mg2Si沉淀物，其進(jìn)而提高了材料的強(qiáng)度。基于T6熱處理的溫度曲線不同，機(jī)械性能可以在強(qiáng)度或斷裂延伸率方面進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)這種方法，可以由一種合金獲得非常寬的性能，并因而獲得非常寬的產(chǎn)品種類(lèi)。為了減少生產(chǎn)成本，T5熱處理，即未經(jīng)預(yù)先固溶熱處理的150-250°C的高溫時(shí)效，也可以達(dá)到同樣的效果。這里，強(qiáng)度增加的原因同樣是因?yàn)樾纬蒑g2Si沉淀物，但是程度較低，因?yàn)橛设T造工具制出的構(gòu)件的淬火效果不那么顯著，在α-Al中被迫溶解的鎂的比例因此也降低了。
[0005]對(duì)于屈服點(diǎn)Rpa2最高為600MPa的更高強(qiáng)度通過(guò)機(jī)械合金化AlZnMg和AlMgCu合金獲得，因?yàn)檫@些合金具有更高的硬化潛能。在這些合金類(lèi)型中，強(qiáng)化效果基于合金化兀素 Mg、Cu 和 Zn 的沉淀硬化(ff.Hufnagel 等，“Aluminium-Taschenbuch 第 14 版”，Aluminium-Verlag Diisseldorf, 1988,第46頁(yè)起)。然而，由于其對(duì)熱裂紋的敏感性以及其在鑄模中的粘結(jié)傾向，這些合金并不適用于壓鑄。
[0006]作為對(duì)由壓鑄工藝制成的結(jié)構(gòu)以及底盤(pán)件的進(jìn)一步要求，除了強(qiáng)度和延伸率方面的苛刻要求之外，還可以提到耐腐蝕性、焊接的適合性和鑄模的壽命。另一要求是在熱處理后構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性，以便能夠確保車(chē)身的無(wú)問(wèn)題裝配。
[0007]除了熱處理本身的額外經(jīng)濟(jì)成本之外，復(fù)雜的固溶熱處理的缺點(diǎn)還有急速淬火導(dǎo)致的構(gòu)件變形趨勢(shì)，其可能導(dǎo)致進(jìn)一步的機(jī)械加工和增加的廢品率。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的是提供一種鋁壓鑄合金，由于該合金具有提高的強(qiáng)度以及高的延伸率，使得其能夠通過(guò)壓鑄工藝制造結(jié)構(gòu)和底盤(pán)件。其優(yōu)選地包括底盤(pán)件，該底盤(pán)件由于苛刻的機(jī)械要求(例如，斷裂延伸率A>6%時(shí)的屈服點(diǎn)Rpa2>200MPa)和構(gòu)件幾何形狀，傾向于利用非壓鑄工藝的工藝生產(chǎn)。另外，本發(fā)明的目的是確保模具的良好可鑄性和充填性。另外，該合金應(yīng)該允許非常多的連接技術(shù)，具有高的尺寸穩(wěn)定性和具有良好的耐腐蝕性。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，上述目的通過(guò)由9-11.5重量％的硅，0.45-0.8重量％的錳，0.2-1重量％的鎂，0.1-1.0重量％的銅,不超過(guò)0.2重量％的鋅,不超過(guò)0.4重量％的錯(cuò),不超過(guò)
0.4重量％的鉻,不超過(guò)0.3重量％的鑰,不超過(guò)0.2重量％的鐵,不超過(guò)0.15重量％的鈦，
0.01-0.02重量％的鍶，及余量的鋁和總量最多不超過(guò)0.5重量％的與生產(chǎn)工藝關(guān)聯(lián)的雜質(zhì)組成的鋁合金實(shí)現(xiàn)，因此確保了在鑄態(tài)和熱處理之后(例如在T5、T6、T7熱處理或者其它已知的熱處理之后)這兩種情形下增加的強(qiáng)度以及高的延伸率。在進(jìn)一步的工藝步驟(例如表面涂覆工藝)中還可以對(duì)構(gòu)件實(shí)施高溫時(shí)效處理。
[0010]對(duì)合金的選擇可以嚴(yán)重影響所需質(zhì)量(包括強(qiáng)度和延伸率)的獲得。為了獲得提高的強(qiáng)度，本發(fā)明的合金組成的目標(biāo)范圍是使屈服點(diǎn)Rpa 2>200MPa,斷裂延伸率A> 10 %。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，該合金具有高的硬化潛能，其用于150-250°c的溫度范圍的高溫時(shí)效中。作為該改進(jìn)的結(jié)果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)添加少量的銅或鋅獲得了顯著的強(qiáng)度提高效果，而不會(huì)導(dǎo)致延伸率降低，同時(shí)能夠獲得滿(mǎn)意的耐腐蝕性。所需效果通過(guò)添加0.1-1.0重量％的銅，優(yōu)選0.15-0.5重量％的銅(更優(yōu)選0.3-0.5重量％的銅)和最多0.2重量％的鋅來(lái)獲得。鋅的添加還能提高模具的鑄造性能和充填性。
[0012]銅和鋅以有利的比率在上述比例范圍內(nèi)的組合添加能夠使強(qiáng)度進(jìn)一步提高，同時(shí)獲得滿(mǎn)意的耐腐蝕性。
[0013]硅在合金中的比例為9-11.5重量％，硅的加入降低了凝固時(shí)的收縮，因而有助于模具具有良好的鑄造性能和充填性。
[0014]加入0.2-1.0重量％鎂、優(yōu)選0.2-0.8重量％的鎂具有上述的沉淀硬化導(dǎo)致的提高強(qiáng)度的效果。另外，以與銅有利的比率加入減弱了本發(fā)明鋁壓鑄合金對(duì)腐蝕的敏感度。
[0015]鋯的加入導(dǎo)致延伸率的提高，同時(shí)不會(huì)伴隨強(qiáng)度減弱，這是由于導(dǎo)致了存在更細(xì)小的共晶微觀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明壓鑄合金的鋯含量為不超過(guò)0.4重量％。添加最多0.3重量％的鑰也會(huì)提高延伸率而不會(huì)改變強(qiáng)度。在下文給出的限度范圍內(nèi)組合加入鑰和鋯能提高所獲得的斷裂延伸率的值。
[0016]通過(guò)添加鍶避免了粗的針狀A(yù)lSi共晶的形成。添加0.01-0.02重量％的鍶改變了共晶，使其形成了細(xì)小的和更具層狀的結(jié)構(gòu)，同時(shí)還用于避免無(wú)疊積和過(guò)疊積。
[0017]鉻的加入導(dǎo)致機(jī)械性能的進(jìn)一步提高；其含量為不超過(guò)0.4重量％，優(yōu)選不超過(guò)
0.3重量％。[0018]錳和鐵的組合含量顯著地影響鑄模的壽命以及脫模性。所需的效果通過(guò)添加不超過(guò)0.2重量％的鐵和0.45-0.8重量％的錳含量獲得。有利的是，保持低鐵含量，從而避免由于在微觀結(jié)構(gòu)中形成針狀A(yù)lFeSi相而導(dǎo)致材料脆化。錳的同時(shí)加入抵消了低鐵熔體對(duì)鑄模的過(guò)度侵蝕，同時(shí)，通過(guò)降低粘結(jié)的趨勢(shì)，提高了脫模性并因而改良了尺寸穩(wěn)定性。然而，在同時(shí)添加了鐵、錳和鉻的情況下，需要設(shè)定一個(gè)有利的比例，從而避免重力沉淀物的形成，因?yàn)檫@些沉淀物在流動(dòng)性和粘結(jié)傾向上都具有不利影響。
[0019]鈦的添加通過(guò)在鋁枝晶形成期間提供晶核導(dǎo)致了 α -Al晶粒尺寸的減小。鈦含量為不超過(guò)0.15重量％。
【具體實(shí)施方式】
[0020]新型的鋁合金的其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將在下面的實(shí)施例中給出，但是本發(fā)明并不僅限制于這些實(shí)施例。
[0021 ] 通過(guò)壓鑄工藝由兩種鋁合金制成多個(gè)壓鑄構(gòu)件形式的樣品構(gòu)件和兩個(gè)球形樣品，上述兩種鋁合金具有下述合金組成:
【權(quán)利要求】
1.構(gòu)件用鋁合金，其具有提高的強(qiáng)度，在鑄態(tài)具有屈服點(diǎn)Rpa2>120MPa，同時(shí)斷裂延伸率A>7% ;在了5熱處理后，具有屈服點(diǎn)Rpa2>200MPa，同時(shí)斷裂延伸率A>6% ;或在T6熱處理后，具有屈服點(diǎn)Rpa2>200MPa，同時(shí)斷裂延伸率A>9%，其特別是用于汽車(chē)的結(jié)構(gòu)和底盤(pán)部件，該合金包含9-11.5重量％的硅，0.45-0.8重量％的錳，0.2-1.0重量％的鎂，0.1-1.0重量％的銅，不超過(guò)0.2重量％的鋅,不超過(guò)0.4重量％的錯(cuò),不超過(guò)0.4重量％的鉻,不超過(guò)0.3重量％的鑰，不超過(guò)0.2重量％的鐵，不超過(guò)0.15重量％的鈦，0.01-0.02重量％的鍶，及余量的鋁和總量最高不超過(guò)0.5重量％的與生產(chǎn)工藝關(guān)聯(lián)的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1所述的鋁合金，其特征在于:該鋁合金包含0.15-0.5重量％的銅。
3.權(quán)利要求1所述的鋁合金，其特征在于:該鋁合金包含0.3-0.5重量％的銅。
4.權(quán)利要求1所述的鋁合金，其特征在于:該鋁合金包含0.2-0.8重量％的鎂。
5.權(quán)利要求1所述的鋁合金，其特征在于:該鋁合金包含不超過(guò)0.3重量％的鉻。
6.權(quán)利要求1所述的鋁合金用于壓鑄汽車(chē)與碰撞和強(qiáng)度相關(guān)的結(jié)構(gòu)和底盤(pán)件的用途。
【文檔編號(hào)】C22C21/02GK103834835SQ201310643333
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】L·斯佩克特, S·威斯納 申請(qǐng)人:喬治費(fèi)歇爾壓鑄有限責(zé)任兩合公司, 喬治費(fèi)歇爾有限責(zé)任兩合公司