用于不含涂层的低压永久模的方法和合金技术

公开用于不含涂层的低压永久模铸造的方法和合金。所述方法包括：制备永久模铸造模具，所述模具沿模具表面不含模具涂层或润滑；制备永久模铸造合金；在低压下将所述合金推压到所述模具中；冷却永久模铸件并且从所述模具中移出所述铸件。一种合金具有4.5‑11.5重量％硅；最多0.45重量％铁；0.20‑0.40重量％锰；0.045‑0.110重量％锶；0.05‑5.0重量％铜；0.01‑0.70重量％镁；并且其余部分为铝。另一种合金具有4.2‑5.0重量％铜；0.005‑0.45重量％铁；0.20‑0.50重量％锰；0.15‑0.35重量％镁；0.045‑0.110重量％锶；最多0.50重量％镍；最多0.10重量％硅；0.15‑0.30重量％钛；最多0.05重量％锡；最多0.10重量％锌；并且其余部分为铝。

Method and alloy for low-pressure permanent mold without coating

Disclosed is a method and alloy for low-pressure permanent mold casting without coating. The method comprises: preparing a permanent mold without mold coating or lubrication along the mold surface; preparing a permanent mold casting alloy; pushing the alloy into the mold at low pressure; cooling the permanent mold casting and removing the casting from the mold. An alloy has 4.5 to 11.5 wt% silicon; up to 0.45 wt% iron; 0.20 to 0.40 wt% manganese; 0.045 to 0.110 wt% strontium; 0.05 to 5.0 wt% copper; 0.01 to 0.70 wt% magnesium; and the rest is aluminum. Another alloy has 4.2 to 5.0 wt% copper; 0.005 to 0.45 wt% iron; 0.20 to 0.50 wt% manganese; 0.15 to 0.35 wt% magnesium; 0.045 to 0.110 wt% strontium; up to 0.50 wt% nickel; up to 0.10 wt% silicon; 0.15 to 0.30 wt% titanium; up to 0.05 wt% tin; up to 0.10 wt% zinc; and the rest to 0.10 wt%. Aluminum.

【技术实现步骤摘要】
用于不含涂层的低压永久模的方法和合金
本申请属于冶金领域，并且更确切地说，涉及使用永久模铸造工艺来铸造金属物体。
技术介绍
一般来说，铝铸件通过超过数种的铸造工艺来制造，其取决于经济考虑因素、质量要求和技术考虑因素。尽管存在多种专用铸造工艺，包括熔模铸造(也被称为失蜡法)、消失模铸造(lostfoamcasting)、离心铸造、石膏模铸造、陶瓷模铸造、挤压铸造、半固体铸造和其变化的slurry-on-demand铸造，三种主要铸造工艺为砂型铸造、永久模铸造和高压压铸。砂型铸造使用隔热的砂型模具，使得冷却速率相对较为缓慢。由于微观结构特征的大小和机械特性之间存在反比关系，因此期望使微观结构特征，如粒径或铝枝晶臂间距相对较大来降低机械特性。由于这些特征和特性，铸件的质量被认为相对较低。在砂型铸造中可制造出数量在仅一个到数千个范围内的极小和极大，乃至数吨重的铸件。在大量生产的情况下，砂型铸造的成本最高，因为每次铸造都必须复制砂型模具。在低量生产的情况下，砂型铸造的每个部件的加工成本要比永久模铸造或高压压铸的加工成本低。永久模铸造(无论重力或低压)使用含涂层的金属模或模具，以在钢模具和熔融铝合金之间提供屏障来控制和限制由熔融金属排出的热量。由于涂层的可变厚度，所述涂层通常会引起经涂布的模具中的铸件发生非化学粘着，需要在将铸件从模具取出时进行人为干预或监测。因此，不同于高压压铸，低压永久模工艺并非全自动的。在一些情况下，模具中的水管线用于控制和增加排热。可在给定温度和给定流动速率下提供水，或者可用油取代水。因此，当与砂型铸造的缓慢冷却速率相比时，永久模冷却速率明显要更高，产生具有较小粒径、较小铝枝晶臂间距和较高机械特性的优质铸件。在永久模铸造中，可产生数量为1,000到100,000个的高达100kg的中等大小的铸件。因此，每磅基础上的成本要低于砂型铸造，因为永久模制加工尽管成本高，但可用于制造出100,000个铸件或更多。用涂层涂布钢模以防止铸造工艺期间发生熔融合金焊接模具。模具上的涂层会在铸件上产生复制粗糙的不合需要的涂层的表面形态的镀层(surfacefinish)。这一粗糙镀层通常需要进行二级操作以获得更平滑的镀层。在低压永久模铸造中，在3-15psi范围内将熔融合金推压到模中。永久模铸造(无论重力或低压)产生具有最高机械性的部件，因为其为准许进行低成本的充分T6热处理的唯一铸造工艺。这一溶液热处理会产生均质化微观结构，同时避免起泡。在高压压铸中，必须显著缩短溶液热处理时间并降低溶液热处理温度以避免由滞留的脱模剂或空气导致“起泡”。在砂型铸造中，相比之下，必须施加较长的溶液热处理时间和温度以均质化另外的粗糙微观结构并在溶液热处理和人工老化之后获得最高机械特性。然而，永久模铸造中的镀层与砂型铸造或压铸的表面平滑相悖，因为永久模铸造中的模具上的涂层会复制涂层的粗糙表面形态。高压压铸使用未经涂布的模具并以高速将熔融金属注入模具空腔中，同时在固化期间强化对熔融金属的压力。部分地归因于扰流填充，但主要是由于抗模具焊接性所需的高铁含量(约1％)，压铸件的质量和压铸件的机械特性要小于永久模铸件和砂型铸件两者，即使粒径为较小的并且铝枝晶臂间距为较小的。高压压铸件通常为最多约50kg的小铸件。高压压铸的加工成本昂贵并且预计会制造出在10,000到100,000个范围内的大量铸件。因此，高压压铸件每磅的成本要小于永久模制件或砂型铸件。结构性铝压铸件是指具有低铁含量的高压压铸件。在结构性铝压铸件中，通常使用高含量的锰来代替铁以提供抗模具焊接性。Silafont-36使用最多0.80％锰，而Aural-2和Aural-3两者使用最多0.60％锰。常规的铝业协会(AluminumAssociation)登记的含铜压铸合金380、A380、B380、C380、D380、E380、381、383、A383、B383、384、A384、B384和C384全部都含有最多0.50％锰，并且被视为由废料制得的低质量合金。由于锰量过高，因此这些质量最低的压铸合金不可用作结构性铝压铸合金。通常认为锰是任何压铸合金中最重要的元素，因为锰决定铁含量，低于所述含量才不会形成Mn/Fe金属间化合物，其根据来自LennardBackerud,GuocaiChai,JamoTamminen的参考文献《铝合金的固化特征，第2卷-铸造合金(SolidificationCharacteristicsofAluminumAlloys,Vol.2-FoundryAlloys)》,1990AFSBook的Al-Si-Fe-Mn四元相图。在0.1％锰下，铁应小于0.7％以避免发生降低机械特性，尤其延展性的金属间化合物的初级沉淀。因此，为了避免发生金属间化合物的初级沉淀，在0.2％Mn下，铁应小于0.6％；在0.3％Mn下，铁应小于0.5％；在0.4％Mn下，铁应小于0.4％；在0.5％Mn下，铁应小于0.3％；在0.6％Mn下，铁应小于0.2％；在0.7％Mn下，铁应小于0.1％；并且最后在0.8％Mn下，铁应小于0％，即不可能含铁。上文提到的常规压铸合金中没有一种满足避免发生金属间化合物的初级沉淀的锰和铁要求。此外，这意味着0.8％Mn下具有呈0.12％Fe(极低)的关于铁的铝业协会规格限值的Silafont-36将仍会沉淀金属间化合物而使延展性有所降低。然而，0.6％Mn下具有呈0.25％的关于铁的铝业协会规格限值的Aural-2和Aural-3发生沉淀金属间化合物的倾向可能要比Silafont-36小，因为当Mn为0.6％时，避免发生初级沉淀的铁限值要小于0.20％。高压压铸的这一模具焊接解决方案对低压永久模铸造工艺并不起作用。这是因为专门地用于高压压铸中的抗模具焊接性的铁和/或锰(处于高达1.3％和2％的体积含量下)，不可用于较为缓慢的冷却、低压永久模铸造工艺中的抗模具焊接性，因为初级沉淀的金属间化合物在固化期间将变得比在压铸中更大并对降低机械特性具有更为显著的影响。
技术实现思路
已发现，浓度为铁或锰任一种的十分之一的锶会提供等效于铁或锰任一种的抗模具焊接性。在这一方面，参见美国专利第7,347,905号和第7,666,353号，所述专利以引用的方式并入本文中。如果铁小于0.45％，那么依赖于呈0.05到0.08％的锶来抗模具焊接并具有范围介于0.25％到0.35％的锰的此类结构性铝压铸合金，如合金367、368和362在任何条件下在固化时都不会沉淀初级金属间化合物。本申请涵盖用于不含涂层的低压永久模铸造的方法和合金。用于低压永久模铸造金属物体的方法包括制备永久模铸造模具的步骤。永久模铸造模具沿模具铸造表面不含模具涂层或润滑。不需要此类模具涂层或润滑是因为发现本专利技术合金并未焊接于永久模铸造模具并且甚至可推压穿过永久模铸件的薄壁区而不需要润滑。所述方法接下来涵盖制备具有以下的Al-Si永久模铸造合金：4.5-11.5重量％硅；最多0.45重量％铁；0.20-0.40重量％锰；0.045-0.110重量％锶；0.05-5.0重量％铜；0.01-0.70重量％镁；并且其余部分为铝。在一些实施例中，合金可以进一步包括最多高达0.50重量％镍。在其它实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝‑硅永久模铸造合金，基本上由以下组成：4.5‑11.5重量％硅、最多0.45重量％铁、0.20‑0.40重量％锰、0.045‑0.11重量％锶，并且其余部分为铝，其中所述铝硅合金并未焊接于永久模模具。

【技术特征摘要】
2017.03.28 US 15/471,6681.一种铝-硅永久模铸造合金，基本上由以下组成：4.5-11.5重量％硅、最多0.45重量％铁、0.20-0.40重量％锰、0.045-0.11重量％锶，并且其余部分为铝，其中所述铝硅合金并未焊接于永久模模具。2.根据权利要求1所述的合金，进一步由0.05到5重量％铜组成。3.根据权利要求1所述的合金，进一步由0.10到0.7重量％镁组成。4.根据权利要求1所述的合金，进一步由最多0.50重量％镍组成。5.根据权利要求1所述的合金，进一步由最多4.5重量％锌组成。6.一种用于低压永久模铸造金属物体的方法，所述方法包含：制备永久模铸造模具，所述模具沿模具铸造表面不含模具涂层或润滑；制备永久模铸造合金，所述合金具有4.5-11.5重量％硅、最多0.45重量％铁、0.20-0.40重量％锰、0.045-0.110重量％锶、0.05-5重量％铜、0.10-0.7重量％镁，并且其余部分为铝；在低压下将所述合金推压到所述永久模铸造模具中以形成永久模铸件；冷却所述永久模铸件；以及在不用力的情况下从所述模具中移出所述永久模铸件；其中所述永久模铸件并未焊接于所述永久模模具；并且其中所述铸件的表面粗糙度为±500微英寸Ra。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述合金包括最多0.50重量％镍。8.根据权利要求6所述的方法，其中在从所述模具中移出所述铸件的步骤之后增加热处理所述铸件的步骤。9.根据权利要求6所述的方法，其中冷却所述永久模铸件的步骤还包含固化所述合金而不形成初级金属间化合物。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述初级金属间化合物为Al5FeSi或Al15(MnFe)3Si2。11.根据权利要求6所述的方法，其中所述永久模铸件为L型托架。12.根据权利要求6所述的方法，其中所述永久模铸件为具有一体式防溅板的齿轮箱外壳。13.根据权利要求6所述的方法，其中制...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷蒙德·J·多纳休，亚历山大·K·门罗，凯文·R·安德森，特伦斯·M·克利，
申请(专利权)人：布伦斯威克公司，
类型：发明
国别省市：美国,US