用于薄壁铸件的含镁的铝基合金制造技术

技术编号:20289103 阅读:34 留言:0更新日期:2019-02-10 20:02
公开了一种铝‑镁合金,其提供用于在钢模中铸造的优异性质和用于形成包括薄壁部分的复杂形状的铸件的良好延展性。该铝基合金含有按重量%计大约2‑15%镁、0.2至3%硅、0.05至0.5%铬、0.05至0.5%锰、0.05至0.2%钛和最低含量的铁。在其熔融状态下,可在高压压铸程序中将这种铝‑镁‑铬合金推入铁基模具的模腔并且其依循具有薄腔部分的复杂形状的模具表面而不溶解显著量的铁或在模具表面上发生模具焊合。所得铸件表现出良好的强度和延展性并可在固溶热处理后通过人工老化过程进一步增强。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于薄壁铸件的含镁的铝基合金
含有2至15重量%镁、0.2至3重量%硅和少量铬、锰和钛的铝基合金可用于薄壁产品如汽车车身结构铸件的高压压铸。该合金提供强度和延展性的良好组合并耐受在加工,如制品的高压压铸过程中的铁溶解以防止模具焊合(die-soldering)。专利技术背景2016年5月31日颁发并转让给本专利技术的受让人的名称为“IntegrationofOnePieceDoorInnerPanelwithImpactBeam”的美国专利9,352,388描述了用于制造包括整体防撞梁的汽车侧门的内门板的压铸法。该专利的共同专利技术人包括本专利技术的共同专利技术人。‘388专利反映了使用轻质金属合金和聚合物制造轻型制品的需要。但是,仍然需要提供用于形成薄壁制品,如汽车的车身结构铸件和其它薄壁部分(厚度最多大约2至5毫米)制品的高强度延展性合金和大批量生产方法。在如形成汽车结构铸件,例如减震塔之类的应用中已经考虑和使用了各种铝基合金。但铸造结构的复杂形状要求使用钢模限定复杂三维模腔以接收装填体积的熔融铝基合金并在合金承继(assumes)复杂模腔表面的形状并固化时保持施加在合金上的显著压力。熔融铝合金倾向于从模具表面溶解铁,这改变该合金的组成并显著降低模具寿命。此外,溶解在新成型制品中的铁不利地影响其在预期用途中的延展性。因此,仍然需要改进铝基合金的组成和没有加工问题或争议的形成这样的高性能薄壁铸造制品的方法。专利技术概述提供一种具有优异可铸造性、强度和延展性的含镁的铝基铸造合金。其特别可用于制造具有延伸的二维形状的薄壁铸件。例如,该合金可用于重复制造以具有大约3毫米或更低厚度的相当大的表面区域为特征的铸件。在汽车的车身板件和车身结构的实例中,复杂形状的构件通常具有50厘米至150厘米的长度和宽度尺寸,但在相当大的区域中只有几毫米的厚度。为了将此类铸件重复成型为具有严格规定尺寸的实心铸造形状,在合适的压力下将铝合金的熔融装料注入由相对的紧闭互补钢模构件或其它黑色金属合金组合物的模构件限定的模腔或型腔(或腔)中。将该模腔加热到一定温度范围以适应熔融铝合金并固化和形成所需铸件形状。必须将该铝基铸造合金加热到使其为合适的流体熔融状态的温度,然后压入通风模腔以使液体铝合金完全填满模腔的各薄壁部分并承继由模腔的各表面限定的形状。该熔融合金决不与铁类表面化学反应或粘附或焊合至其。然后将钢模冷却以固化铝合金形状并且必须从模腔中移除热实心铸造形状而不显著改变该合金或模腔表面的组成。已经设计本专利技术铝基合金组合物以重复实现铸造过程并重复制造具有所需物理性质的复杂形状铸造制品。该铝基合金的组成(以重量%计)为2至15%镁、0.2至3%硅、0.05至0.5%铬、0.05至0.5%锰、0.05至0.2%钛、少于0.2%铁、其它金属元素少于0.5%且余量基本都是铝。此类合金的铸坯在铸态(as-castcondition)下表现出250MPa和更高的拉伸屈服强度值、15%和更高的断裂拉伸总伸长值和280MPa的极限强度值。通常不需要新成型铸件的热处理就获得这样的性质。但是,如果需要或必要,可以通过进一步的沉淀硬化工艺步骤增强铸造制品的性质。这些合金组合物的熔体提供良好的可铸造性质并可用于形成薄壁铸件和中等壁铸件。该合金的优选组成是,按重量计,5.0至9.0%镁、0.25至0.35%铬、0.15至0.35%锰、1.0至3.0%硅、0.05至0.15%钛、少于0.15%铁、少于0.01%铜、少于0.003%磷、少于0.03%锶且余量基本都是铝。镁提供该合金的固溶强化。铬和锰含量增强铸造合金的微结构并被发现有效降低铁在该合金中的溶解度,降低熔融合金与铸模的反应性和不希望的模具焊合。限制该合金的铁含量以避免降低铸造产品的延展性的金属间相。钛的存在充当晶粒细化剂以改进铸造产品的可铸造性和延展性并减轻铸造产品中的热裂纹形成。硅含量形成有助于铸造产品的延展性的片状形态的Mg2Si共晶相。发现具有其铬含量的本专利技术铝基合金防止铸模的铁溶解和焊合,并在高压压铸和压力铸造工艺和类似的加压铸造工艺中保持流动性,以形成复杂形状的铸造铝-镁合金产品并在铸件中具有薄壁部分。本专利技术组合物的铸造产品表现出良好强度和延展性的组合。它们也提供在湿润和海洋环境中的良好耐腐蚀性。为了装饰目的,所得铸件的表面容易精整或抛光。作为一个实例,本专利技术含镁的铝基合金可用于加压铸造步骤,如高压压铸以制造复杂形状的铸件,如汽车车身减震塔(用于容纳减震器)。减震塔是具有深肋状(deep-rib)结构件的承载形状。但本专利技术的实践不限于制造减震塔。本专利技术合金可用于制造其它用于车辆应用和非车辆应用的具有整体薄结构部分的复杂形状制品。在此类高性能薄壁结构铸件的成型中,本专利技术合金可用于高压压铸步骤。该压铸步骤可通过将预定体积的本专利技术熔融铝-镁合金在大约670℃至730℃的温度下压入由承载在合适加压结构中的可分离、相对、互补的模构件限定的加热模腔进行,以形成铸件形状。优选地,模构件在液体金属装载步骤中保持在180℃至230℃的预定温度下。当熔融合金在模腔中冷却和固化时,在熔融合金上保持预定的强化压力。根据铸件的复杂度和薄度,也可以合意地在铸造装置中使用挤压销以使铸造铝合金的局部收缩最小化或消除。由于空气滞留导致可能在铸造金属中形成孔隙,也可优选使用真空/阀门系统除去空气和消除薄壁结构铸件中的孔隙。在将结构铸件固化和冷却到模具温度后,将其从模具中推出。在许多应用中,该薄壁铸态结构具有其预期应用所需的物理和冶金性质。可简单地对该铸造结构施以任何精整加工(如机械加工)以除去铸造流道等,并与其它准备好的构件组装或一起使用。如果必须进一步增强铸件的性能或性质,可对其施以热处理步骤(在将其从铸模中取出后)以促进分离相的溶解和随后通过如下合适的人工老化过程沉淀硬化。将本专利技术铝基合金的铸态结构形状加热(合适地在空气中)到大约480℃至大约540℃的温度2至6小时的预定时间以获得铸造制品的微结构中的至少一些分离相的合适溶解并实现更均匀的组成和固溶化的固体微结构。然后使用水或压缩空气将加热的压铸形状迅速冷却到大约50℃至70℃(优选低于100℃)以将固溶化的微结构淬火。在这样的冷却后,将该铸造部件在预设在180℃至250℃的炉中再加热3至8小时的预定时间以形成所需沉淀硬化的微结构。将由此老化的铸件冷却到环境温度或大约25℃,并准备好进行任何机械精加工等和随后与其它车身结构组装。铝-镁合金的这样的成型可产生复杂形状的薄壁结构铸件,其需要最低限度的机械加工以获得指定成品形状。本专利技术铝-镁合金可用于形成用于汽车和用于其它应用的许多薄壁压铸制品。该铸造部件可以例如具有复杂三维形状,在其整个横截面上或在其大部分横截面上具有2至5毫米的厚度。其它薄壁车身铸件的实例包括例如前车身铰链柱铸件、前减震塔铸件、前扭矩箱铸件、后减震器的盖结构、客舱的隧道结构和后轨结构。从本说明书中下面给出的进一步示例性实例显而易见本专利技术的其它实践和优点。附图简述图1是压铸减震塔的透视图。图2是以透视部分剖视图显示的压铸机的简化视图。优选实施方案描述薄壁(最多3毫米厚)铝合金铸件对车身的结构组件具有潜在吸引力。这样的薄壁铸件通常能用单个铸件替代多组件焊接组装件,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铝基压铸合金,其基本由按重量计2至15%镁、0.2至3%硅、0.05至0.5%铬、0.05至0.5%锰、0.05至0.2%钛、少于0.2%铁、最多大约0.5%其它元素和余量铝构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.铝基压铸合金,其基本由按重量计2至15%镁、0.2至3%硅、0.05至0.5%铬、0.05至0.5%锰、0.05至0.2%钛、少于0.2%铁、最多大约0.5%其它元素和余量铝构成。2.铝基压铸合金,其基本由按重量计2至15%镁、0.2至3%硅、0.05至0.5%铬、0.05至0.5%锰、0.05至0.2%钛、少于0.2%铁、最多大约0.5%其它元素和余量铝构成;所述合金的铸造试样在所述铸造试样未经热处理的情况下具有至少250MPa的抗拉强度、280MPa的极限抗拉强度和至少15%的总伸长率,各自在25℃下在试样上测定。3.铝基压铸合金,其基本由按重量计5至9%镁、0.25至0.35%铬、0.15至0.35%锰、1.0至3.0%硅、0.05至0.1%钛、少于0.15%铁、少于0.01%铜、少于0.01%锌、少于0.003%磷、少于0.03%锶和余量铝构成。4.使用铝基合金压铸制品的方法,所述制品具有至少一个厚度为3毫米或更小的薄壁部分,所述制品在由铁基合金形成的模具的模腔中铸造;所述方法包括:将模具填充体积的熔融铝基合金注入铁基合金模具的模腔,所述模腔具有由可分离的、相对的模具构件形成的表面并且所述模腔的一部分限定各薄壁部分,并在所述熔融铝基合金上保持预定压力以迫使熔融合金完全依循模腔表面,所述熔融铝基合金具有基本由按重量计2至15%镁、0.2至3%硅、0.05至0.5%铬、0.05至0.5%锰、少...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡斌王攀
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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