铝合金制造技术

本发明专利技术公开了具有如下组成的铝合金：0.2‑1.8重量％的Si，0.2‑1.8重量％的Mg，0.3‑2.5重量％的Mn，0.2‑1.5重量％的Fe，0.05‑0.75重量％的Zr，0.03‑0.18重量％的Ti，任选地一种或多种以下元素：最高0.1重量％的Cr，最高0.05重量％的Cu，0.2‑1.8重量％的Zn，0.02‑0.5重量％的Er；以及任选地0.01‑0.2重量％的含Ti和B的晶粒细化剂；以及，铝和不可避免的杂质作为余量。所述合金适用于具有高热稳定性的部件，特别是适用于通过挤压、锻造或在永久模具中铸造来生产用于汽车工业的部件。

Aluminium alloy

The invention discloses an aluminum alloy with the following components: 0.2 Si, 1.8 weight%, 0.2, 1.8 weight%, 0.3, 2.5 weight, Mn, 0.2, 1.5%, 0.05, 0.75 weight, Zr, 0.03, 0.18 weight, Ti, optional one or more elements: the highest 0.1 weight% Cr, and the maximum C% C U, 0.2, 1.8 weight% Zn, 0.02 Er 0.5 weight%, and 0.01 grain of 0.2 weight% for grain refiners containing Ti and B; and aluminum and unavoidable impurities as the remainder. The alloy is suitable for components with high thermal stability, especially for the production of components used in the automotive industry by extrusion, forging, or casting in permanent molds.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铝合金
本专利技术涉及用于具有提高的热稳定性的部件的铝合金。由所述合金制成的部件的特征在于在暴露于高热后仍具有高强度和高硬度。本专利技术的铝合金特别适用于通过挤压、锻造或在永久模具中铸造制造前述类型的部件，以及适用于通过热接合方法进一步加工由此制备的部件。本专利技术进一步涉及通过所述合金制造的部件，并且涉及该铝合金用于制造部件，特别是用于汽车工业的部件的用途。
技术介绍
挤压和模铸是形成铝合金最经济的两种方法。在挤压中，设计方案主要受合金类型、可用加工力和施压方向的影响和限制。通过挤压成型的另一个重要参数是压制温度，该温度的高低受特定合金组成，特别是受其对热应用的耐受性的限制。由于在成型过程中可能发生合金的局部加热，特别是在模具入口边缘区域可能会发生部分熔化，这会影响挤压产品的机械性能。在高压铸造中，设计限制主要受期望的最简单可能的部件几何形状的影响，因为该方法需要在不使用可插入芯的情况下实现。挤压零件的质量不仅取决于机器设置和工具设计(模具几何形状)，而且主要取决于所选择的合金系统。特别是，AlMn(Cu)和AlMgSi合金系统被广泛用于挤压产品(F.OSTERMANN：“AnwendungstechnologieAluminium”，第3版，第456-457页，柏林2014)。在永久模具工艺中，特别是在压铸中，化学组成和微观结构同样对于与技术应用方面相关的后期部件性能起着至关重要的作用。在通过锻造成型时，同样，由于变形能量(特别是在成型速率过高的情况下)可能会发生温度升高。在这种情况下，工件可能发生局部过热，这会对微观结构和机械性能产生不利影响。采用这种成型工艺，同样，合金组成的影响也是至关重要的。即使在设计锻件时，也采用与工艺相关的设计规则，这限制了设计方案。如上所述，上述成型方法(挤压、模铸、锻造)中，可能由于技术或经济原因，设计自由度受到限制。然而，特别是在汽车工业中，正在使用越来越复杂的部件和部件组，这些部件和部件组不能通过诸如挤压或模铸的成型工艺生产，或不能通过所述工艺经济地生产。通过进一步开发合适的接合方法，特别是焊接或软钎焊/硬钎焊，大大扩展了由铝合金制成的部件的应用，这是由于以这种方式可以生产更复杂的部件和部件组。由于这种连接通常采用诸如焊接或软钎焊/硬钎焊等热接合工艺，所以在这些热接合工艺中发生的热应力条件下材料的可靠性及其稳定性是至关重要的。材料对短期热应力的耐受性在意外加热的情况下以及在对结构进行预期加热的情况下(例如在软钎焊/硬钎焊或焊接中)都很重要。一般来说，过去，人们越来越关注在高精度部件中使用的高加工温度和操作温度下具有显著高温强度的铝合金的开发。特别是在汽车工业中，特别是，对在通过涉及暴露于可能的最高的温度的方法进行处理之后的强度和硬度方面的材料稳定性存在需求。在这种情况下，对于适用于在经过生产过程后不需要进一步热处理便可获得所需机械性能的部件的铝合金的需求日益增加。同样，由于不断增加的操作温度，例如在诸如活塞的发动机部件中，对热应力增加的耐受性也是至关重要的。对于这一应用领域，除了其它所需的性能，如高耐磨性、低密度、低热膨胀性和良好的可铸性之外，还要求在高温下有利的强度特性。迄今为止，只有用具有较高Si含量和Cu的混合物的铸造合金才能满足这些要求。然而，由于这些合金易于形成空气夹杂物，所以它们几乎不适用于压铸工艺。术语高温强度通常被理解为意指材料在升高的温度下的强度。特别是2xxx型合金(AlCu)表现出高温强度方面的最高值。除此之外，通过增加Si、Cu、Ni或Fe的量来实现高温强度，然而，由此导致机械性能(例如断裂韧性)的劣化(F.OSTERMANN，上述引文，第300-303页)。在较高的温度下，不仅可能发生微观结构的不可逆改变，并因此使强度不可逆地降低，而且还可能发生其中材料或部件缓慢塑性变形的蠕变过程。在3xxx、5xxx和6xxx合金系统的合金(F.OSTERMANN：“AnwendungstechnologieAluminium”，第3版，第300-304页，柏林，2014年)中可以找到具有有利的蠕变性能的铝材料。对于诸如焊接或软钎焊/硬钎焊等接合技术，通常使用4xxx型铝合金。通常，所需的机械性能，特别是高硬度，是通过向合金中添加铜或锌来实现的。另外，由于硬化效应，这些合金经受热处理以实现机械性能的改善。在此，形成亚稳相以抵抗施加力时的位错运动。或者，使用Al-Mn合金。合金的可软钎焊性/可硬钎焊性的前提条件是材料的固相线温度高于焊料的液相线温度。在硬钎焊中，工作温度通常为440-600℃；在软钎焊中，工作温度低于440℃。硬钎焊工艺的温度曲线显著影响机械性能。当使用靠近固相线的温度时，这导致材料软化。强度的增加只能通过随后的利用结构的快速冷却的自然或人工时效硬化来实现。可硬钎焊的铝合金的数量非常有限。这是上述状况的结果，即材料的固相线温度必须高于硬钎焊料的液相线温度。普通的Al-Mn合金不易受热影响，但在接近固相点的加工温度下，它们也表现出硬度稳定性方面的缺陷。此外，已知用于高温应用的铝合金包括添加稀土金属(例如Sc、Er)的合金元素。这些稀土金属在铝基体中形成弥散体(例如Al3Er型)，这意味着在升高的工作温度下改善机械性能。从EP2110452A1中可知这种合金，该合金具有高Cu含量(1.0-8.0重量％)但不含Zn。
技术实现思路
鉴于上述要求，本专利技术的目的是提供一种铝合金，其适用于挤压、锻造和在永久模具中铸造(特别是高压铸造)，并且易于铸造并且在铸造状态和短时间施加高热时具有高硬度。此外，所述合金具有良好的接合性能，特别是良好的硬钎焊性和高耐腐蚀性。此外，所述合金适用于生产汽车工业的部件，特别是具有增加的高温强度的部件。这些目的通过根据主权利要求的铝合金和从属权利要求中指定的实施方式以及使用本专利技术的铝合金制造的部件来实现，并且所述部件可选地通过接合工艺，特别是热接合工艺，进一步加工。使用本专利技术的合金组合物，不仅可以在挤压型材中，而且也可以在锻件和压铸件中在制造状态或铸造状态下以良好的硬度值获得高的热稳定性。因此该合金特别适用于生产用于汽车工业的温度应力部件和/或通过接合方法(特别是诸如硬钎焊或焊接的热接合工艺)进行进一步加工。(由于合金的热稳定性增加，挤压工艺或其他成型工艺可以以更高的加工速度或更高的压力进行，而工件中不会出现局部过热。)本专利技术的合金具有以下组成：0.2-1.8重量％的Si0.2-1.8重量％的Mg0.3-2.5重量％的Mn0.2-1.5重量％的Fe0.05-0.75重量％的Zr0.03-0.18重量％的Ti。另外，所述合金还可以任选地以下面所示的比例含有一种或多种以下元素：最高0.1重量％的Cr最高0.05重量％的Cu0.2-1.8重量％的Zn0.02-0.5重量％的Er。此外，所述合金可以任选地含有0.01-0.2重量％的含Ti和B的晶粒细化剂。所述合金指定的组成不受影响。当制备含有所述组成的铝中间合金形式的合金时，优选加入所述晶粒细化剂。余量由铝和不可避免的杂质组成。这些杂质的比例优选为最高0.05重量％(单个)或最高0.15重量％(总计)。令人惊讶的是，已经发现将Cu含量限制到最高0.05重量％防止合金的固相点降低到6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金，其用于具有提高的热稳定性的部件，特别用于通过挤压、锻造或在永久模具中铸造来生产该部件，所述合金具有以下组成：0.2‑1.8重量％的Si0.2‑1.8重量％的Mg0.3‑2.5重量％的Mn0.2‑1.5重量％的Fe0.05‑0.75重量％的Zr0.03‑0.18重量％的Ti，任选地一种或多种以下元素：最高0.1重量％的Cr，最高0.05重量％的Cu，0.2‑1.8重量％的Zn，0.02‑0.5重量％的Er；以及任选地0.01‑0.2重量％的含Ti和B的晶粒细化剂；余量为铝和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.19 DE 102015013540.61.一种铝合金，其用于具有提高的热稳定性的部件，特别用于通过挤压、锻造或在永久模具中铸造来生产该部件，所述合金具有以下组成：0.2-1.8重量％的Si0.2-1.8重量％的Mg0.3-2.5重量％的Mn0.2-1.5重量％的Fe0.05-0.75重量％的Zr0.03-0.18重量％的Ti，任选地一种或多种以下元素：最高0.1重量％的Cr，最高0.05重量％的Cu，0.2-1.8重量％的Zn，0.02-0.5重量％的Er；以及任选地0.01-0.2重量％的含Ti和B的晶粒细化剂；余量为铝和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，Mn含量为0.8-1.5重量％，优选为1.2-1.5重量％。3.根据权利要求1或2所述的铝合金，其特征在于，Fe/Mn的比率在0.5-0.7的范围内，优选为2:3。4.根据前述权利要求任一项所述的铝合金，其特征在于，Si含量为0.6-0.8重量％，优选为0.7重量％。5.根据前述权利要求任一项所述的铝合金，其特征在于，Mg/Si的比率在0.9-1.1的范围内，优选为1:1。6.根据前述权利要求任一项所述的铝合金，其特征在于，Zr含量为0.08-0.35重量％，优选为0.1-0.3重量％。7.根据前述权利要求任一项所述的铝合金，其特征在于，Ti/Zr的比率在0.15-1的范围内，优选为1:4。8.根据前述权利要求任一项所述的铝合金，其特征在于，其以不超过0.05重量％，优选不超过0.03重量％的量包含Cu。9.根据前述权利要求任一项所述的铝合金，其特征在于，其以不超过0.1重量％，优选不超过0.08重量％的量包含Cr。10.根据前述权利要求任一项所述的铝合金，其特征在于，其包含0.02-0.5重量％的Er，优选0.02-0.3重量％的Er。11.根据前述权利要求任一项所述的铝合金，其特征在于，Zn含量为0.4-0.8重量％，优选为0.5-0.7重量％。12.根据权利要求1至10任一项所述的铝合金，其特征在于，Zn含量为0.4-1.2重量％，优选为0.6-1.2重量％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂阿尼·马蒂斯，托比亚斯·拜尔，胡贝特·科赫，马塞尔·罗泽福特，
申请(专利权)人：特里梅特铝业欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE