用于结构和非结构近终连铸的铝合金及其生产方法技术

公开了用于结构部件的近终形连铸的铝合金。该合金含有：2‑10wt.％的Zn、0.5‑5wt.％的Mg、0.5‑5wt.％的Fe；可选地，Gu、Ti、Sr、Be、Zr、V、Cr、Sc、Na、Si、Mn、Mo、B和Ni；余量为铝。该合金可经受热处理，该热处理选自固溶化、孕育、时效以及两种或更多种热处理步骤构成的组。

Aluminum Alloy for Structural and Non-structural Near-final Continuous Casting and Its Production Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于结构和非结构近终连铸的铝合金及其生产方法
本专利技术涉及铝合金领域。本专利技术是一种铝合金，该铝合金利用锌、镁和铁作为主要合金化元素，以及铜、锰、钛、硼、锆、钒、钪、铬、锶、钠、钼、硅、镍和铍作为可能的次要合金化元素。尤其是，本专利技术涉及一种用于结构和非结构部件的近终形连铸(nearnetshapecasting)的铝基合金。此外，当铸造时这种铝合金具有合理的耐腐蚀性。
技术介绍
铝合金广泛用于结构部件和制造中，其中，耐腐蚀性和轻重量是需要的，而不想在强度上显著让步。存在许多铝合金配方，所有配方具有取决于Al合金配方及生产合金所用的方法的不同性能。取决于配方，可能存在某些权衡，例如牺牲韧度来增加强度。在考虑铝合金类型时，成本和易生产性也是考虑因素。
技术实现思路
已经开发了铝合金以实现用于汽车和非汽车工业应用的结构和非结构近终形部件。任何重力或者压力辅助的金属模具或砂型铸造工艺，包括但不限于高压压铸(HighPressureDieCasting，HPDC)，可用于将合金制造成近终形部件。制造方法可包括在铸造工艺期间的真空辅助。所有由本文提出的合金族制成的部件可热处理至几种回火组合，以改善拉伸强度、延展性和使用中的耐腐蚀性。这种新的铝合金提供了配方，该配方可用于制造具有高的单轴拉伸性能和疲劳性能以及其他材料优点的部件。与最佳的现有市售铝合金相比，这种新的铝合金允许可以使强度和伸长率达到高达200％的提高——当与具有类似的热处理回火条件的其他合金相比时。并非仅仅聚焦于使单一性能(如强度)最大化同时使对其他性能(如韧度)的劣化效果最小化，本专利技术还考虑改进制造工艺，同时提高几项关键材料性能。例如，在制造这种铝合金时，减少了模具焊接的发生并改善了金属模腔的寿命，以及改善了流动性和可铸性。此外，合金的可回收性和可再要求性(re-claimability)得到改善。另外，这种合金规定了更多元素的参数，并允许所用元素的公差范围更大。已经使用合金的各种组成变化测试了这种新合金。已关于金属和砂型铸造工艺对它们进行了评估，如高压压铸、永久型铸造(重力辅助)和砂型铸造，全部具有积极的结果。本专利技术是一种铝合金，该铝合金利用锌、镁和铁作为主要合金化元素，以及铜、锰、钛、硼、锆、钒、钪、铬、锶、钠、钼、硅、镍和铍作为可能的次要合金化元素。更具体地，一种用于结构部件的近终形连铸的铝基合金，该铝基合金具有锌、镁和铁作为主要合金化元素，该铝基合金由以下的一种或多种基本元素连同Al组成：2-10wt.％(wt.％，percentagebyweight，重量百分比)的锌0.5-5wt.％的镁0.5-5wt.％的铁0-4wt.％的铜0-0.5wt.％的钛0-0.1wt.％的锶0-0.2wt.％的铍0-0.5wt.％的锆0-0.5wt.％的钒0-0.5wt.％的铬0-0.5wt.％的钪0-0.1wt.％的钠0-0.5wt.％的硅0-1wt.％的锰0-5wt.％的镍0-0.5wt.％的硼0-1wt.％的钼其余重量百分比(66.6-96)是铝。可以使用压力辅助的铸造工艺(如高压压铸)将合金铸造成近终形部件。也可采用在液态金属中用氩气或氮气吹扫进行脱气来清洁熔融合金。真空的使用也可以用在压铸工艺中来减少铸造中夹带的气体，结果是铸造部件的拉伸强度和延展性得到改善。在有或没有真空辅助的情况下通过铸造工艺制造的部件可进行广泛地热处理以达到多种回火。热处理过程中的主要强化机理是以下的一种或多种：固溶体强化，和源于第一铝相中的析出(通过固态相变)的强化。下面给出了部件可以成功经受而不带来任何缺陷的热处理的回火的列表：Fx——铸态回火F，室温下的自然时效(孕育)x天。T4-y——固溶化处理T4，室温下的自然时效(孕育)。y是数字标识符，以代表用于每个部件的T4热处理的独特细节。T5——在Fx回火中的样品的高温下的人工时效(ageing，age)。T6-y——通过高温下热辅助进行的接近峰值人工时效过程。y是数字标识符，以代表用于每个部件的T6热处理的独特细节。T7-y——高温下的人工时效过程，持续这样的时间，使得部件完全超过任何给定温度下的峰值强度所需的时间。y是数字标识符，以代表用于每个部件的T7热处理的独特细节。在压力辅助的铸造工艺中使用这种合金铸造多种示例性部件。这些包括：小规模测试样本(SmallScaleTestSample/Specimen，SSTS)；大规模测试样本(LargeScaleTestSample/Specimen，LSTS)；和侧门防撞梁(SideImpactDoorBeam，SIB)。附图说明为了更好地理解本文所述的各种实施例，并且为了更清楚地显示这些各种实施例可以如何实施，通过示例的方式，将对附图进行参考，这些附图示出了至少一个示例性实施例并且现在将要被简要地描述。图1示出了小规模测试样本部件的典型铸件，其由以下组成：A-标准的厚拉伸测试样本；B-标准的薄拉伸测试样本；C-标准的疲劳测试样本；D-标准的磨损测试样本；和，E-标准的冲击强度测试样本。图2示出了在图1中标定为B的小拉伸测试样本的尺寸。该部件符合关于拉伸测试样本的ASTME8/E8-11标准。图3示出了在图1中标定为A的大拉伸测试样本的尺寸。该部件符合关于拉伸测试样本的ASTME8/E8-11标准。图4示出了在图1中标定为C的疲劳测试样本的尺寸(以毫米计)。该部件符合关于疲劳测试样本(应力和应变控制)的ASTME466&E606标准。图5示出了在图1中标定为D的磨损测试样本的尺寸(以毫米计)。该部件符合关于磨损测试样本的ASTMG65-04标准。图6示出了在图1中标定为E的冲击强度测试样本的尺寸(以毫米计)。该部件符合关于冲击强度测试样本的ASTME23标准。图7示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自SSTS部件的薄拉伸样本的标距段的整个横截面。此图像来自F回火下的样本。图8示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自SSTS部件的薄拉伸样本的标距段的整个横截面。此图像来自T4回火下的样本。图9示出了从光学显微镜获得的典型高放大倍率微结构图像，显示了第一铝相(浅色)和第二相(较深色)。此图像来自F回火下的样本。图10示出了LSTS部件的典型铸件，其由以下组成：A-腐蚀板；B-蝶形剪切测试样本；C-标准的疲劳测试平坦样本；D-标准的冲击强度测试样本；E-标准的疲劳测试圆形样本；F-标准的平坦拉伸测试样本；G-标准的薄拉伸测试圆形样本；H-标准的撕裂测试样本。图11示出了在图10中标定为A的腐蚀板的尺寸(以毫米计)。图12示出了在图10中标定为B的蝶形剪切测试样本的尺寸(以毫米计)。图13示出了在图10中标定为F的拉伸测试平坦样本的尺寸(以毫米计)。图14示出了在图10中标定为H的拉伸测试平坦样本的尺寸(以毫米计)。该部件符合关于磨损测试样本的ASTMB871标准。图15示出了图10所示的在T7-6热处理后具有合金LSTS#1的光滑圆形疲劳棒的室温S–N曲线。图16示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自LSTS部件的圆形拉伸样本的标距段的整个横截面。此图像来自F回火下的样本。图17示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种根据所附文字和图的铝合金。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.28 US 62/426,8221.一种根据所附文字和图的铝合金。2.一种铝合金，所述铝合金由以下组成：2-10wt.％的锌(Zn)；0.5-5wt.％的镁(Mg)；0.5-5wt.％的铁(Fe)，其中铝(Al)以及其他元素(铜、钛、锶、铍、锆、钒、铬、钪、钠、硅、锰、钼、硼和镍)和杂质构成余量wt.％。3.一种铝合金，所述铝合金包含：4-10wt.％的锌(Zn)；1.5-3wt.％的镁(Mg)；1.5-3％的铁(Fe)；和，不可避免的杂质。4.一种铝合金，所述铝合金包含：4.5-7wt.％的锌(Zn)；2-2.5wt.％的镁(Mg)；1.5-4％的铁(Fe)；和，不可避免的杂质。5.一种铝合金，所述铝合金包含：4.7-6.9wt.％的锌(Zn)；2.1-2.24wt.％的镁(Mg)；1.56-3.78％的铁(Fe)；0.05-0.38的铜(Cu)；0.02-0.24的锰(Mn)；和，不可避免的杂质。6.一种铝合金，所述铝合金由以下组成：2-10wt.％的锌；0.5-5wt.％...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏曼斯·尚卡尔，曾晓春，
申请(专利权)人：麦克马斯特大学，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA