提供了适于高压压铸并且能够在升高温度下时效硬化的不含铜铝合金。所述合金包括约7‑15wt％的硅、约0‑0.6wt％的镁、约0‑1.0wt％的铁、约0‑1.0wt％的锰、约0‑1.0wt％的锌、约0‑0.1wt％的锶、约0‑0.5wt％的钛、约0‑0.5wt％的锆、约0‑0.5wt％的钒、约0‑0.5wt％的铜及约0‑1.0wt％的镍以及余量的铝。提供用于制造高压压铸制品及由合金制造的铸件的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及一种配制用于高压压铸(HPDC)的低铜或不含铜铝合金，及其铸件，其能够在升高温度下以降低的孔隙进行时效硬化，从而具有用于尤其是汽车工业的应用中优良的机械性能。
技术介绍
HPDC是一种用于工业生产金属部件的经济有效和广泛使用的方法，该金属部件需要精确的尺寸一致性，低的尺寸公差和其中很重要的光滑表面光洁度。汽车工业制造商现在越来越需要生产具有高抗拉性能和延展性组合的近净成形的铝部件，并且HPDC提供了用于大规模中小型部件的最经济的生产方法。为了避免铸造部件的不连续性，熔融合金被足够快速地注入到模腔中，从而整个腔在腔的任何部分开始固化之前被填满。因此，注入在高压下进行，并且在其被压进压模中并随后快速地固化时，熔融金属经受湍流。遗憾地是，由于被熔融合金置换的空气很少有时间逃逸，所以其中的一些被困并且孔隙产生。铸件也包含由有机模壁润滑剂的气体蒸汽降解产物产生的孔，并且孔隙可以由固化期间的收缩而产生。孔隙，尤其是由HPDC工艺中所产生的夹带空气或气体蒸气诱导的孔隙，其主要缺点在于，由铝合金制成的铸件，通常具有对时效硬化响应的能力，不能有效地进行人工时效，也就是说，其不能在人工时效之前得到高度过饱和的硬化元素(诸如溶液中的Mg或Cu)，因为没有能够应用于高压压铸铝合金的传统溶液处理。在高压压铸件中包含气体或产气化合物的内孔，在升高温度下，在传统溶液处理期间，发生了膨胀，导致在铸件上表面砂眼的形成。这些砂眼的存在不仅影响铸件的外观，也影响尺寸稳定性，并且在一些情况下，其消极地影响HPDC部件的特定机械性能。具体而言，铝合金HPDC铸造零件在高温(例如500℃)下不能经受溶液处理(T4)，显著降低了通过完全回火T6和/或T7(等效地用回火T4和T5组合来表达)热处理的沉淀硬化的可能性。同样地，几乎不可能找到没有大气泡的传统处理的HPDC部件。在Al-Si铸造合金(例如，合金319、356、390、360、380)中，通过铸造后的热处理，添加不同的合金化硬化溶质(包括但不限于Cu和Mg)，实现了强化。铸铝的热处理涉及如时效硬化或沉淀强化所述的机制。热处理(传统T6和/或T7的热处理)通常包括以下三个步骤的至少一种或组合：(1)在低于合金熔点的相对高的温度以下的溶液处理(也定义为T4)，通常超过8小时或更长的时间，以溶解其合金化(溶质)元素并且均质化或改变微结构；(2)溶液处理后，快速冷却，或在冷的或热的液体介质(诸如水)中淬火，以使溶质元素保持在过饱和的固体溶液中；以及(3)通过将合金在适于通过沉淀来硬化或强化的中间温度下保持一段时间的人工时效(T5)。溶液处理(T4)具有三个主要目的：(1)将稍后引起时效硬化的元素的溶解，(2)未溶解组合物的球状化，以及(3)材料中溶质浓度的均质化。T4溶液处理后的淬火使溶质元素保持在过饱和的固体溶液(SSS)中，并且也产生了提高沉淀物扩散和分散的空位的过饱和。为了使合金的强度最大化，必须防止淬火期间所有强化相的沉淀。时效(T5，无论是天然的还是人工时效)产生了强化沉淀物的可控分散。伴随着T5时效，通常有三种类型的时效条件，一般称之为时效不足、峰值时效和过时效。在预时效或时效的初级阶段，Guinier-Preston(GP)区和细的剪切沉淀物形式，以及铸件被认为是时效不足。在这种条件下，铸件的机械性能，例如材料硬度和屈服强度，通常很低。在给定温度下增加的时间或较高的温度下时效还涉及使机械性能(诸如硬度和屈服强度)增加到最大水平用于实现峰值时效/硬度条件的沉淀结构。进一步的时效减小了硬度/屈服强度，并且由于沉淀物的粗糙化以及其晶体学不一致的转变，铸件变成过时效。考虑到传统HPDC铝部件不可避免地包含内孔隙，人工时效(T5)成为实现所需机械性能而不导致砂眼化的非常重要的步骤。由时效导致的强化发生，由于保留的硬化溶质存在于过饱和固体溶液形式的沉淀物中，该沉淀物很均匀地分散在晶粒中，并且增加了铸件抵抗滑移和塑性流动造成的变形的能力。当时效处理导致这些细沉淀物中至少一种类型形成临界分散的时候，可以发生最大的硬化或强化。此外，在传统HPDC工艺中，先于压模脱模和淬火，铸造零件经常缓慢冷却至低温，例如，低于200℃。这显著地降低了随后时效的可能性，因为硬化溶质溶解性随着淬火温度的减小而显著减小。结果是，剩余的硬化溶质(诸如Cu和Mg，在铝基质中可以得到的用于随后时效硬化)是非常有限的。尽管合金可包含标称组合物3％～4％的Cu，大多数Cu与其他元素结合形成了金属间相。没有经过溶体处理，含Cu金属间相不会造成材料的时效硬化。因此，在当前生产中使用的HPDC合金中添加Cu在性能提高和质量保证两方面都没有效果。典型的Al-Si基HPDC合金包含约3％～4％的Cu。通常可以接受的是，铜(Cu)在铝合金铸件的强度和硬度、热处理或未热处理以及室温和升高的维护温度上具有所有合金化溶质/元素的单个最大影响。已知Cu可以通过增加基质硬度来提高合金的加工性能，使其更容易产生小切削的碎片和细小的加工成品。从不好处来看，Cu增加了合金的固化范围并且减小了给料能力，导致收缩孔隙的高可能性。更加明显地，通常降低了铝部件的抗腐蚀性；以及在某些合金和回火下，增加了应力腐蚀易感性。例如，已经报道了具有高Cu含量(即，约3％-4％以上)铝合金已经遇到不可接受的腐蚀速度，尤其在含盐环境中。典型的高压压铸(HPDC)铝合金，诸如A380或383，用于变速器和发动机零件，包括2％-4％的Cu。可以预计，这些合金的腐蚀问题变得更加明显，尤其是需要更长保修期和更高车辆里程的时候。铝合金已经得到开发用于解决一些已知的问题。例如，铝合金A380通常是具有以下组合物(以重量％为单位)的时效硬化合金：9Si、3.1Cu、0.86Fe、0.53Zn、0.16Mn、0.11Ni和0.1Mg(Lumley，R.N.等，“热处理铝高压压铸件的热特性”(“Thermalcharacteristicsofheat-treatedaluminumhigh-pressuredie-castings”)，ScriptaMaterialia58(2008)1006-1009，全部公开内容经此引用并入本文)。已知的是，Cu相，诸如Al2Cu沉淀物相，对实现人工时效以及提高铸造零件的热导性的益处上很重要。然而，铸件承受了较低的抗腐蚀性，铸造缺陷的高可能性以及由于Cu导致的高材料成本。已知的是，降低Cu含量提高了铝合金材料的抗腐蚀性。然而，Cu被认为是HPDC铝铸件中必需硬化的组合物。在前述工作中，本专利技术人中的一些人推荐使用0.5％至1.5％(以重量计)的较低Cu含量，其取决于铸件和热处理条件(见美国专利申请号No.12/827564，公开号20120000578，全部公开内容经此引用并入本文)。然而，在铸造溶液中Cu的存在下，固化后，对于可接受机械性能(具体而言，硬度/屈服强度)的保留被认为是完整。本领域中已知基本上不含铜的合金(例如，A356)，但是其通常用于除了HPDC的砂型铸造和/或半永久模型铸造工艺，并且在配制后遭受机械性能(例如，抗拉强度)方面的缺陷。Lin(美国专利申请案第11/031,095号)公开了具有降低本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适于高压压铸并且能够在升高温度下时效硬化的铝合金，所述合金包括：至少约78重量百分比的铝(Al)；约7至约15重量百分比的硅(Si)；约0至约0.6重量百分比的镁(Mg)；约0至约1重量百分比的铁(Fe)；约0至约1重量百分比的锰(Mn)；约0至约1.0重量百分比的锌(Zn)；约0至约0.1重量百分比的锶(Sr)；约0至约0.5重量百分比的钛(Ti)；以及约0至约0.5重量百分比的锆(Zr)。
【技术特征摘要】
2015.10.19 US 14/8862631.一种适于高压压铸并且能够在升高温度下时效硬化的铝合金，所述合金包括：至少约78重量百分比的铝(Al)；约7至约15重量百分比的硅(Si)；约0至约0.6重量百分比的镁(Mg)；约0至约1重量百分比的铁(Fe)；约0至约1重量百分比的锰(Mn)；约0至约1.0重量百分比的锌(Zn)；约0至约0.1重量百分比的锶(Sr)；约0至约0.5重量百分比的钛(Ti)；以及约0至约0.5重量百分比的锆(Zr)。2.根据权利要求1所述的合金，其进一步包括：约0至约0.5重量百分比的钒(V)。3.根据权利要求1所述的铝合金，所述合金包括：约13重量百分比的硅(Si)；约0.4重量百分比的镁(Mg)；约0.4重量百分比的铁(Fe)；约0.8重量百分比的锰(Mn)；约0.5重量百分比的锌(Zn)；约0.04重量百分比的锶(Sr)；约0.3重量百分比的钛(Ti)；约0.15重量百分比的锆(Zr)；以及余量的铝(Al)。4.根据权利要求2所述的铝合金，所述合金包括：约8.5重量百分比的硅(Si)...
【专利技术属性】
技术研发人员：Q·王，W·杨，B·叶，
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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