高性能AlSiMgCu铸造合金制造技术

一种铝铸造合金含有8.5-9.5重量％的硅，0.5-2.0重量％的铜(Cu)和0.27-0.53重量％的镁(Mg)，其中该铝铸造合金包括满足4.7<(Cu+10Mg)<5.8的铜和镁及其他元素，余量为铝。可以将所选元素添加到基本组成中，以抵抗由于暴露于热而引起的拉伸性能劣化。基于重量％成分计算合金的热处理以将对性能有负面影响的不需要的相固溶，该热处理可以包括三种水平倾斜升温和均热至最终温度，然后冷水淬火和人工时效。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高性能AlSiMgCu铸造合金相关申请的交叉引用本申请要求美国临时申请Nos.61/628,320和61/628,321的权益，每份文献公开的全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及铝合金，更具体地说，涉及用于制造铸件产品的铝合金。
技术介绍
铝合金由于高性能重量比、有利的耐腐蚀性和其他因素而得到广泛应用，例如用于汽车和航空工业。过去已经提出了多种铝合金，该铝合金具有关于重量、强度、可铸性、耐腐蚀性和成本等的特征性能组合。对合金进行改进以呈现出改进的性能组合(例如，使合金更适合于一种或多种应用)仍然是所希望的。
技术实现思路
本公开主题涉及改进的铝铸造合金(也称作铸造合金(foundryalloys))和其制造方法。更具体地说，本申请涉及含有下列元素的铝铸造合金：8.5-9.5重量％的硅，0.5-2.0重量％的铜(Cu)和0.27-0.53重量％的镁(Mg)，其中，所述铝铸造合金包括满足4.7≤(Cu+10Mg)≤5.8的铜和镁，至多5.0重量％的锌，至多1.0重量％的银，至多0.30重量％的钛，至多1.0重量％的镍，至多1.0重量％的铪，至多1.0重量％的锰，至多1.0重量％的铁，至多0.30重量％的锆，至多0.30重量％的钒，至多0.10重量％的锶、钠、锑和钙中的一种或多种，和每种均≤0.04重量％且总量≤0.12重量％的其他元素，余量为铝。在一种方案中，该铝铸造合金包括1.35-2.0重量％的铜和0.27-0.445重量％的镁。在一种方案中，该铝铸造合金包括0.5-0.75重量％的铜和0.395-0.53重量％的镁。在一种方案中，该铝铸造合金包括0.75-1.35重量％的铜和0.335-0.505重量％的镁。在一种方案中，该铝铸造合金包括满足5.0≤(Cu+10Mg)≤5.5的铜和镁。在一种方案中，该铝铸造合金包括满足5.1≤(Cu+10Mg)≤5.4的铜和镁。在一种方案中，该铝铸造合金包含≤0.25重量％的锌。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.5重量％到5.0重量％的锌。在一种方案中，该铝铸造合金包含≤0.01重量％的银。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.05-1.0重量％的银。在一种方案中，该铝铸造合金在TH进行固溶热处理，然后冷水淬火，其中TH(℃)＝570-10.48*Cu-71.6*Mg-1.3319*Cu*Mg-0.72*Cu*Cu+72.95*Mg*Mg，基于以重量％计的Mg和Cu含量，在由以下的下限值和上限值限定的范围内，即，下限值TH:TQ＝533.6-20.98*Cu+88.037*Mg+33.43*Cu*Mg-0.7763*Cu*Cu-126.267*Mg*Mg，上限值TH:TS＝579.2-10.48*Cu-71.6*Mg-1.3319*Cu*Mg-0.72*Cu*Cu+72.95*Mg*Mg。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.1-0.12重量％的钛。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.12-0.14重量％的钒。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.08-0.19重量％的锆。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.14-0.3重量％的锰。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.15-0.57重量％的铁。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.1-0.12重量％的钒。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.11-0.13重量％的锆。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.27-0.3重量％的镍。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.15-0.33重量％的铁。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.03-0.15重量％的锰。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.05-0.2重量％的铪。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.1-0.12重量％的钒。在一种方案中，该铝铸造合金包含0.012-0.04重量％的锆。在一种方案中，一种选择固溶温度的方法包括以下步骤：(A)计算铝合金中所有可溶解的组成相的形成温度，并确定具有最高形成温度的可溶解的组成相；(B)计算铝合金的平衡固相线温度；(C)在成分空间(compositionalspace)内限定一个区域，在该区域内可溶解的组成相的最高形成温度在固相线温度以下至少10℃；以及(D)在所限定的区域内选择固溶温度。在一种方案中，所述组成相是在固溶过程中形成的相。在一种方案中，所确定的步骤A-D包括以下步骤：(A)计算所有可溶解的、由Al、Cu、Mg和Si所构成的组成相的形成温度，并确定具有最高形成温度的可溶解的组成相；以及(B)计算由Al、Cu、Mg、Si和所有其他合金元素所构成的合金的固相线温度；以及(C)在Al-Cu-Mg-Si的空间内限定一个区域，在该区域内可溶解的组成相的最高形成温度在固相线温度以下至少10℃；以及(D)在所限定的区域内选择固溶温度。在一种方案中，所述可溶解的组成相是Q-AlCuMgSi，Mg2Si，Al2Cu、S-AlCuMg等，并且所述具有最高形成温度的可溶解的组成相是AlSiMgCu合金中的Q-AlCuMgSi相。在一种方案中，所述可溶解的组成相的形成温度和固相线温度由计算热力学确定。在一种方案中，利用PandatTM软件和PanAluminumTM数据库计算所述可溶解的组成相的形成温度和固相线温度。在一种方案中，通过将合金加热至在所有可溶解的组成相的形成温度以上但在计算的固相线温度以下的温度对合金进行热处理。在一种方案中，所述合金是AlSiMgCu合金，并且所述具有最高形成温度的可溶解的组成相是Q-AlCuMgSi相。在一种方案中，一种制备合金的方法包括以下步骤：(A)确定合金中存在的可溶解的组成相；(B)确定热处理期间促进可溶解的组成相固溶的温度范围；(C)允许合金凝固；(D)将所述凝固的合金加热至步骤(B)中所确定的范围内且在所述合金的固相线温度以下的温度。在一种方案中，所述合金中以相对重量％的量计的第一元素组分和第二元素组分有利于合金的性能，以及有利于确定合金中所有可溶解的组成相的形成温度并且有利于进一步包含以下步骤：确定受第一和第二元素组分影响的合金的目标性能范围；确定第一和第二元素组分的相对重量％量的范围，其在确定温度范围的步骤(B)之前提供目标性能范围。在一种方案中，在AlSiMgCu合金中，所述第一元素组分是Cu并且第二元素组分是Mg。附图说明图1是在Al-Cu-Mg-Si体系中涉及(Al)和液相的相平衡的图示。图2是Cu的添加对Al-9％Si-0.4％Mg-0.1％Fe合金的凝固路径的影响的图示。图3是在Al-9％Si-0.4％Mg-0.1％Fe-x％Cu合金中，Cu的含量对相分数的影响的图示。图4是Cu和Mg的含量对Al-9％Si-Mg-Cu合金的Q-相形成温度的影响的图示。图5是Mg和Cu的含量对Al-9％Si-Mg-Cu合金的平衡固相线温度的影响的图示。图6是Mg和Cu的含量对Al-9％Si-Mg-Cu合金的平衡固相线温度(Ts)和Q-相形成温度(TQ)的影响的图示。图7是锌和硅对Al-x％Si-0.5％Mg-y％Zn合金的流动性的影响的图示。图8是在200X放大倍率下的SEM(扫描电子显微照片)，示出了球形Si颗粒和未溶解的含Fe颗粒。图9a-b是在所研究的合金中含有未溶解的Fe颗粒的照片。图10a-d是时效条件对Al-9Si-0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝铸造合金，由以下成分组成：8.5‑9.5重量％的硅；0.5‑2.0重量％的铜(Cu)；0.27‑0.53重量％的镁(Mg)；其中，所述铝铸造合金包括满足4.7≤(Cu+10Mg)≤5.8的铜和镁；至多5.0重量％的锌；至多1.0重量％的银；至多1.0重量％的镍；至多1.0重量％的铪；至多1.0重量％的锰；至多1.0重量％的铁；至多0.30重量％的钛；至多0.30重量％的锆；至多0.30重量％的钒；至多0.10重量％的锶、钠和锑中的一种或多种；每种均≤0.04重量％且总量≤0.12重量％的其他元素；余量为铝。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.28 US 61/628,3211.一种铝铸造合金，由以下成分组成：8.5-9.5重量％的硅；0.5-2.0重量％的铜(Cu)；0.27-0.53重量％的镁(Mg)；其中，所述铝铸造合金包括满足5.0≤(Cu+10Mg)≤5.5的铜和镁；至多1.0重量％的银；至多1.0重量％的镍；至多1.0重量％的铪；至多1.0重量％的锰；至多0.57重量％的铁；至多0.30重量％的钛；至多0.30重量％的锆；至多0.30重量％的钒；至多0.25重量％的锌；至多0.10重量％的锶、钠和锑中的一种或多种；每种均≤0.04重量％且总量≤0.12重量％的其他元素；余量为铝。2.根据权利要求1所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括1.35-2.0重量％的铜和0.27-0.445重量％的镁。3.根据权利要求1所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括0.5-0.75重量％的铜和0.395-0.53重量％的镁。4.根据权利要求1所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括0.75-1.35重量％的铜和0.335-0.505重量％的镁。5.根据权利要求1所述的铝铸造合金，其特征在于，所述铝铸造合金包括满足5.1≤(Cu+10Mg)≤5.4的铜和镁。6.根据权利要求1所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包含0重量％的锌和0重量％的镍。7.根据权利要求1所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包含≤0.01重量％的银。8.根据权利要求1所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包含0.05-1.0重量％的银。9.根据权利要求1所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金在TH进行固溶热处理，然后冷水淬火，其中优选的TH(℃)＝570-10.48*Cu-71.6*Mg-1.3319*Cu*Mg-0.72*Cu*Cu+72.95*Mg*Mg，基于以重量％计的Mg和Cu含量，在由以下的下限值和上限值限定的范围内，即，下限值TH:TQ＝533.6-20.98*Cu+88.037*Mg+33.43*Cu*Mg-0.7763*Cu*Cu-126.267*Mg*Mg，上限值TH:TS＝579.2-10.48*Cu-71.6*Mg-1.3319*Cu*Mg-0.72*Cu*Cu+72.95*Mg*Mg。10.根据权利要求1所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括0.1-0.12重量％的钛。11.根据权利要求10所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括0.12-0.14重量％的钒。12.根据权利要求11所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括0.08-0.19重量％的锆。13.根据权利要求10所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括0.14-0.3重量％的锰。14.根据权利要求13所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括0.15-0.57重量％的铁。15.根据权利要求14所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括0.1-0.12重量％的钒。16.根据权利要求15所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括0.11-0.13重量％的锆。17.根据权利要求10所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包括0.27-0.3重量％的镍。18.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：严新炎，林正淳，
申请(专利权)人：美铝公司，
类型：发明
国别省市：美国;US