提高铝铸件的拉伸强度的方法技术

技术编号:19447925 阅读:54 留言:0更新日期:2018-11-14 17:06
多步骤方法通过合金及工艺相关热处理提高高压压铸(HPDC)铝部件的净拉伸强度。适于对HPDC铸件进行固溶处理的最高温度基于合金组成以及最终固化零件中的气体压力通过计算热动力学、动力学以及气体定律来进行确定。最大固溶温度的确定涉及测绘固化材料的气泡中的压力,以避免邻近铸件中的气泡的表面形成浮泡。为了降低残余拉伸应力,HPDC零件在固溶处理后进行空冷。最后,一种特定的多温度时效循环被利用来改善空冷HPDC零件的时效响应,并提高净拉伸强度。

【技术实现步骤摘要】
提高铝铸件的拉伸强度的方法
本专利技术涉及高压铝压铸,具体涉及一种提高高压铝合金压铸件的拉伸强度的方法。
技术介绍
本节的陈述仅提供与本专利技术相关的背景信息,且其可或可不构成现有技术。高压压铸(HPDC)工艺因其成本低、尺寸公差紧密(即近终形)以及表面光洁度平滑等优点而广泛用于大规模生产金属部件。在汽车行业中,制造商正逐渐采用高压压铸工艺来生产拉伸强度高且延展性优异的近终形铝部件,这是因为该工艺对于大批量生产而言是最经济的方法。常规HPDC工艺的一个缺点是,通过该工艺生产的零件无法在高温(例如,500℃)下进行固溶处理(T4),这极大地降低了通过完全T6或T7热处理进行析出硬化的可能性。造成这一缺点的原因如下:由于固化期间发生收缩,且特别地,由于存在有各种气体,例如空气、氢和/或压模润滑剂在充模期间发生降解所形成的蒸汽,因此成品HPDC部件中存在大量气孔和空隙。常规的HPDC部件几乎都存在有较大的夹带气泡。高压压铸件中包含气体或产气化合物的内孔会在高压下进行的常规固溶处理期间发生膨胀,进而导致表面浮泡。这些浮泡的存在不仅影响铸件的外观,而且还影响部件的尺寸稳定性,尤其是机械性能。由于存在有潜在浮泡,因此常规HPDC铝部件最常在铸态或甚至时效状态(例如,T5)下使用。即便通过T5时效处理,屈服强度的提高也非常有限;在某些情况下,屈服强度因典型铸态HPDC零件中用于人工时效(T5)的硬化溶质浓度过低而得不到任何提高。因此,与其他压铸工艺相比,对于给定铝合金而言,HPDC铝零件的机械性能通常较低,原因在于由其他压铸工艺制造的铝零件可在完全T6及T7状态下进行热处理。在T5时效处理中,存在有三种类型的时效状态,其通常被称为:不完全时效、峰值时效以及过时效。GP区以及细小可剪切析出物在时效处理的初始阶段形成,此时,结构被认为是不完全时效结构。在该阶段,材料硬度以及屈服强度通常较低。时效处理在给定温度下继续进行一段时间,或在较高温度下进行,使得析出物结构进一步演变,此时,硬度和屈服强度得以提高至最大值,即达到峰值时效/硬度状态。时效处理进一步进行,此时,硬度/屈服强度降低,且结构因析出物发生粗化及其晶体转化变得松散而成为过时效结构。鉴于典型HPDC铝部件难免包含截留空气,因此任何固溶处理都需要根据铸件的质量来专门进行调整,即需要根据截留空气的量以及所用合金等进行调整。另外,要获得期望拉伸性能而不形成浮泡,后续人工时效(T5)同样至关重要。时效处理所引起的强化因过饱和固溶体中接纳的溶质形成析出物而发生,其中这些析出物细微地分散在所有晶粒中,并提高合金抵抗滑动过程及塑性流动所引起的形变的能力。当时效处理引起这些细小析出物中的至少一种析出物达到临界分散时,便会发生最大硬化或强化。最后,铸态HPDC零件中存在有大量的残余应力,尤其是当零件在从模具脱出后于室温下进行水淬时。较高的残余应力可降低用于结构负载的材料净强度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于通过合金及工艺相关热处理提高HPDC铝部件的净拉伸强度的多步骤方法。至于适于对HPDC铸件进行固溶处理的最高温度,其可基于合金组成以及最终固化零件中的气体压力通过计算热动力学、动力学以及气体定律进行确定。最大固溶温度的确定涉及确定固化材料的气泡中的压力,以避免邻近铸件中的气泡的表面形成浮泡。为了降低残余拉伸应力,在固溶处理后对HPDC零件进行空冷。一种特定的多温度时效循环被利用来改善空冷HPDC零件的时效响应,并提高净拉伸强度。因此,本专利技术的一个方面提供了一种用于提高HPDC铝部件的净拉伸强度的方法。本专利技术的另一方面提供了一种用于提高HPDC铝部件的净拉伸强度的多步骤方法。本专利技术的又一方面提供了一种用于通过合金及工艺相关热处理提高HPDC铝部件的净拉伸强度的多步骤方法。本专利技术的再一方面提供了一种用于提高HPDC铝部件的净拉伸强度的方法,其包括确定适于对HPDC铸件进行固溶处理的最高温度的步骤。本专利技术的再一方面提供了一种用于提高HPDC铝部件的净拉伸强度的方法,其包括在固溶处理后对部件进行空冷的步骤。本专利技术的再一方面提供了一种用于提高HPDC铝部件的净拉伸强度的方法,其包括利用特定的时效循环来改善时效响应并获得最大净拉伸强度的步骤。通过本文所提供的描述,其他方面、优点以及适用范围将变得显而易见。应理解的是,本描述以及具体示例仅仅是出于说明的目的,其并不旨在限制本专利技术的范围。附图说明本文所描述的附图仅仅出于说明的目的,其并不旨在以任何方式限制本专利技术的范围。图1是示出了作为Cu含量的函数的A380铝合金的相图;图2示出了一系列三个视图,其示出了HPDC铸件的部分从固化到室温,再到高温的演变;图3示出了具有三个绘图的图表,其中,纵轴(Y)为粒径,横轴(X)为固溶处理时间;图4示出了具有多个绘图的图表,其中纵轴(Y)为残余应力,横轴(X)为若干空淬及水淬铝部件;图5示出了具有多个绘图的图表,其中纵轴(Y)为屈服强度,横轴(X)为若干时效处理;图6是示出了根据本专利技术的用于提高空淬HPDC铝铸件的强度的非等温时效循环的定性图表,其中纵轴(Y)为温度,横轴(X)为时间;以及图7示出了根据本专利技术的降低由不同材料组成的铝铸件中的残余应力的多级时效循环,其中纵轴(Y)为温度,横轴(X)为时间。具体实施方式以下描述本质上仅仅是示例性的,其并不旨在限制本专利技术或其应用或用途。现参照图1,方法或工艺的第一部分及步骤涉及固溶处理(溶解)温度(TST)的确定。在固溶处理中,溶解速率随温度升高而提高。固溶处理温度越高,元素溶解速率、未溶解成分的球化速率以及金属或合金中的溶质浓度的均化速率也就越快。然而,在实际应用中,固溶处理温度不得高于临界温度,原因在于,当高于该临界温度时,便会发生初始起泡及熔融。金属或合金的初始熔融温度由合金的组成确定,尤其是其热动力性能,例如固相线。如本文所使用的,术语“固相线(solidus)”是指温度对合金组成曲线图上的线或曲线,在该线或曲线之下,则合金处于完全固态状态中。在固溶处理中,溶解温度不得超过合金微结构中的任意相的固相线。作为图1示出的相图中的粗实线10示出了作为高压压铸铝合金(例如,A380合金)中Cu含量的函数的固相线变化。例如,对于含有3-4%Cu的合金而言,固溶处理温度不得超过490℃左右。气泡的出现由给定温度下气泡内的压力与合金强度之间的平衡确定。一般而言,起泡的严重程度随着温度的升高而显著加大,这是因为气泡内的压力随温度升高而升高,而合金强度随温度升高而显著降低。现参照图2,示出了截留气泡(其中之一示出在图2中)从在压铸工艺期间于特定压力下发生的固化(由附图标记20A示出)到于室温(RT)下进行的冷却(由附图标记20B示出),再到于高温(ET)下发生的起泡(由附图标记20C示出)的演变。基本上,气泡20A、20B和20C内的气体压力以及气泡体积在各种温度下符合组合气体定律。气泡20A、20B和20C的实际体积由合金的屈服强度、外部施加的压力或这两者来平衡。这一作用由以下等式进行描述:其中Psolidus为固相线下截留气泡内的压力(MPa),Vsolidus为截留气泡在固相线温度下的体积(m^3),Tsolidus为固相线温度(°K),PRT为室温下截留气泡内本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于提高高压压铸铝合金零件的净拉伸强度的方法,其包括如下步骤:通过测绘固化铝合金的气泡压力并利用压力‑体积气体定律来确定对压铸铝合金零件进行固溶处理的最高温度以及最短时间,在所述确定的最高温度下以及最短时间内对所述压铸铝合金零件进行固溶处理,对所述压铸铝合金零件进行空冷处理,以降低残余拉伸应力,以及对所述压铸铝合金零件进行非等温多级时效循环,以提高所述净拉伸强度。

【技术特征摘要】
2017.05.02 US 15/5845541.一种用于提高高压压铸铝合金零件的净拉伸强度的方法,其包括如下步骤:通过测绘固化铝合金的气泡压力并利用压力-体积气体定律来确定对压铸铝合金零件进行固溶处理的最高温度以及最短时间,在所述确定的最高温度下以及最短时间内对所述压铸铝合金零件进行固溶处理,对所述压铸铝合金零件进行空冷处理,以降低残余拉伸应力,以及对所述压铸铝合金零件进行非等温多级时效循环,以提高所述净拉伸强度。2.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括确定所述铝合金压铸零件的固相线温度的步骤。3.根据权利要求1所述的方法,其中所述固溶处理的所述温度和所述时间能够避免形成浮泡。4.根据权利要求1所述的方法,其中所述固溶处理时间低于夹带气泡成长的时间。5.根据权利要求1所述的方法,其中所述气泡压力的所述测绘通过如下等式实现...

【专利技术属性】
技术研发人员:Q·王J·杨M·G·迈耶W·L·米勒D·A·杰拉德
申请(专利权)人:通用汽车环球科技运作有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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