鋁壓鑄合金的制作方法
【專利摘要】構件用鋁合金，其具有提高的強度，在鑄態具有屈服點Rp0.2>120MPa，同時斷裂延伸率A>7％，在T5熱處理后，具有屈服點Rp0.2>200MPa，同時斷裂延伸率A>6％，或在T6熱處理后，屈服點Rp0.2>200MPa，同時斷裂延伸率A>9％，其特別適用于汽車的結構和底盤部件，其包含9-11.5重量％的硅，0.45-0.8重量％的錳，0.2-1.0重量％的鎂，0.1-1.0重量％的銅，不超過0.2重量％的鋅，不超過0.4重量％的鋯，不超過0.4重量％的鉻，不超過0.3重量％的鉬，不超過0.2重量％的鐵，不超過0.15重量％的鈦，0.01-0.02重量％的鍶，及余量的鋁和總量最多不超過0.5重量％的與生產相關的雜質。
【專利說明】鋁壓鑄合金
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種構件用鋁合金，其具有提高的強度，在鑄態具有屈服點RpQ.2>120MPa以及同時具有高的斷裂延伸率A>7 %，在T5熱處理后，具有屈服點RP0.2>200MPa,同時具有斷裂延伸率A>6 %，或在T6熱處理后，具有屈服點RpQ.2>200MPa，同時具有斷裂延伸率A>9%，其特別是用于汽車的結構件和底盤件。
【背景技術】
[0002]對于通過壓鑄工藝生產的結構件，特別是薄壁構件，以及當壓鑄工藝用于底盤件時，良好的流動和充模性能以及凝固特性是決定性的。薄壁結構件在汽車工業中是特別令人感興趣的，這是因為對于相同的構件功能，其由于使用較少的材料而能提供重量優勢，這進而減少了操作成本，并且降低了環境污染。
[0003]現在，壓鑄技術能夠生產具有高強度和高延伸率的復雜構件。底盤件通常在許多情況下通過其他鑄造方法生產，例如，冷鑄。原因是，由壓鑄工藝生產的這些構件達不到用于確保穩定運轉所需的強度或難以使其獲得滿意的延伸率。
[0004]為了獲得所需的機械性能，特別是高的韌性，對于由AlSilOMnMg型壓鑄合金制成的結構和底盤件通常進行熱處理，例如根據T6 (固溶熱處理，淬火和高溫時效)或T7 (固溶熱處理，淬火和過時效)的熱處理。該熱處理改變了所有構件的鑄態微觀結構，該構件隨后在強度以及斷裂的延展性上能滿足更多的苛刻要求。這種類型的合金在鑄態具有約IlOMPa的屈服點Rptl.2，以及斷裂延伸率A為4-5%，通過T6熱處理可以增加至150MPa以上以及不低于7%的延伸率。這是基于合金 元素Mg和Si參與其中的沉淀硬化的強化效果。另外，Si共晶物的聚結增加了韌性。這樣的熱處理例如以下述方式進行:在450-535°C的溫度范圍的固溶熱處理之后，在水或空氣中淬火至低于約100°C的溫度。作為固溶熱處理的結果，由于擴散過程，合金化元素均勻、細化地分布，并通過淬火固定在α -Al中。另外，Si共晶物被球化。現在合金具有高韌性，但是僅具有低強度。作為隨后在150-250°C高溫時效的結果，形成了細小均勻分布的Mg2Si沉淀物，其進而提高了材料的強度?；赥6熱處理的溫度曲線不同，機械性能可以在強度或斷裂延伸率方面進行優化，通過這種方法，可以由一種合金獲得非常寬的性能，并因而獲得非常寬的產品種類。為了減少生產成本，T5熱處理，即未經預先固溶熱處理的150-250°C的高溫時效，也可以達到同樣的效果。這里，強度增加的原因同樣是因為形成Mg2Si沉淀物，但是程度較低，因為由鑄造工具制出的構件的淬火效果不那么顯著，在α-Al中被迫溶解的鎂的比例因此也降低了。
[0005]對于屈服點Rpa2最高為600MPa的更高強度通過機械合金化AlZnMg和AlMgCu合金獲得，因為這些合金具有更高的硬化潛能。在這些合金類型中，強化效果基于合金化兀素 Mg、Cu 和 Zn 的沉淀硬化(ff.Hufnagel 等，“Aluminium-Taschenbuch 第 14 版”，Aluminium-Verlag Diisseldorf, 1988,第46頁起)。然而，由于其對熱裂紋的敏感性以及其在鑄模中的粘結傾向，這些合金并不適用于壓鑄。
[0006]作為對由壓鑄工藝制成的結構以及底盤件的進一步要求，除了強度和延伸率方面的苛刻要求之外，還可以提到耐腐蝕性、焊接的適合性和鑄模的壽命。另一要求是在熱處理后構件的尺寸穩定性，以便能夠確保車身的無問題裝配。
[0007]除了熱處理本身的額外經濟成本之外，復雜的固溶熱處理的缺點還有急速淬火導致的構件變形趨勢，其可能導致進一步的機械加工和增加的廢品率。

【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種鋁壓鑄合金，由于該合金具有提高的強度以及高的延伸率，使得其能夠通過壓鑄工藝制造結構和底盤件。其優選地包括底盤件，該底盤件由于苛刻的機械要求(例如，斷裂延伸率A>6%時的屈服點Rpa2>200MPa)和構件幾何形狀，傾向于利用非壓鑄工藝的工藝生產。另外，本發明的目的是確保模具的良好可鑄性和充填性。另外，該合金應該允許非常多的連接技術，具有高的尺寸穩定性和具有良好的耐腐蝕性。
[0009]根據本發明，上述目的通過由9-11.5重量％的硅，0.45-0.8重量％的錳，0.2-1重量％的鎂，0.1-1.0重量％的銅,不超過0.2重量％的鋅,不超過0.4重量％的錯,不超過
0.4重量％的鉻,不超過0.3重量％的鑰,不超過0.2重量％的鐵,不超過0.15重量％的鈦，
0.01-0.02重量％的鍶，及余量的鋁和總量最多不超過0.5重量％的與生產工藝關聯的雜質組成的鋁合金實現，因此確保了在鑄態和熱處理之后(例如在T5、T6、T7熱處理或者其它已知的熱處理之后)這兩種情形下增加的強度以及高的延伸率。在進一步的工藝步驟(例如表面涂覆工藝)中還可以對構件實施高溫時效處理。
[0010]對合金的選擇可以嚴重影響所需質量(包括強度和延伸率)的獲得。為了獲得提高的強度，本發明的合金組成的目標范圍是使屈服點Rpa 2>200MPa,斷裂延伸率A> 10 %。
[0011]根據本發明，該合金具有高的硬化潛能，其用于150-250°c的溫度范圍的高溫時效中。作為該改進的結果，已經發現通過添加少量的銅或鋅獲得了顯著的強度提高效果，而不會導致延伸率降低，同時能夠獲得滿意的耐腐蝕性。所需效果通過添加0.1-1.0重量％的銅，優選0.15-0.5重量％的銅(更優選0.3-0.5重量％的銅)和最多0.2重量％的鋅來獲得。鋅的添加還能提高模具的鑄造性能和充填性。
[0012]銅和鋅以有利的比率在上述比例范圍內的組合添加能夠使強度進一步提高，同時獲得滿意的耐腐蝕性。
[0013]硅在合金中的比例為9-11.5重量％，硅的加入降低了凝固時的收縮，因而有助于模具具有良好的鑄造性能和充填性。
[0014]加入0.2-1.0重量％鎂、優選0.2-0.8重量％的鎂具有上述的沉淀硬化導致的提高強度的效果。另外，以與銅有利的比率加入減弱了本發明鋁壓鑄合金對腐蝕的敏感度。
[0015]鋯的加入導致延伸率的提高，同時不會伴隨強度減弱，這是由于導致了存在更細小的共晶微觀結構。本發明壓鑄合金的鋯含量為不超過0.4重量％。添加最多0.3重量％的鑰也會提高延伸率而不會改變強度。在下文給出的限度范圍內組合加入鑰和鋯能提高所獲得的斷裂延伸率的值。
[0016]通過添加鍶避免了粗的針狀AlSi共晶的形成。添加0.01-0.02重量％的鍶改變了共晶，使其形成了細小的和更具層狀的結構，同時還用于避免無疊積和過疊積。
[0017]鉻的加入導致機械性能的進一步提高；其含量為不超過0.4重量％，優選不超過
0.3重量％。[0018]錳和鐵的組合含量顯著地影響鑄模的壽命以及脫模性。所需的效果通過添加不超過0.2重量％的鐵和0.45-0.8重量％的錳含量獲得。有利的是，保持低鐵含量，從而避免由于在微觀結構中形成針狀AlFeSi相而導致材料脆化。錳的同時加入抵消了低鐵熔體對鑄模的過度侵蝕，同時，通過降低粘結的趨勢，提高了脫模性并因而改良了尺寸穩定性。然而，在同時添加了鐵、錳和鉻的情況下，需要設定一個有利的比例，從而避免重力沉淀物的形成，因為這些沉淀物在流動性和粘結傾向上都具有不利影響。
[0019]鈦的添加通過在鋁枝晶形成期間提供晶核導致了 α -Al晶粒尺寸的減小。鈦含量為不超過0.15重量％。
【具體實施方式】
[0020]新型的鋁合金的其它優點和特點將在下面的實施例中給出，但是本發明并不僅限制于這些實施例。
[0021 ] 通過壓鑄工藝由兩種鋁合金制成多個壓鑄構件形式的樣品構件和兩個球形樣品，上述兩種鋁合金具有下述合金組成:
【權利要求】
1.構件用鋁合金，其具有提高的強度，在鑄態具有屈服點Rpa2>120MPa，同時斷裂延伸率A>7% ;在了5熱處理后，具有屈服點Rpa2>200MPa，同時斷裂延伸率A>6% ;或在T6熱處理后，具有屈服點Rpa2>200MPa，同時斷裂延伸率A>9%，其特別是用于汽車的結構和底盤部件，該合金包含9-11.5重量％的硅，0.45-0.8重量％的錳，0.2-1.0重量％的鎂，0.1-1.0重量％的銅，不超過0.2重量％的鋅,不超過0.4重量％的錯,不超過0.4重量％的鉻,不超過0.3重量％的鑰，不超過0.2重量％的鐵，不超過0.15重量％的鈦，0.01-0.02重量％的鍶，及余量的鋁和總量最高不超過0.5重量％的與生產工藝關聯的雜質。
2.權利要求1所述的鋁合金，其特征在于:該鋁合金包含0.15-0.5重量％的銅。
3.權利要求1所述的鋁合金，其特征在于:該鋁合金包含0.3-0.5重量％的銅。
4.權利要求1所述的鋁合金，其特征在于:該鋁合金包含0.2-0.8重量％的鎂。
5.權利要求1所述的鋁合金，其特征在于:該鋁合金包含不超過0.3重量％的鉻。
6.權利要求1所述的鋁合金用于壓鑄汽車與碰撞和強度相關的結構和底盤件的用途。
【文檔編號】C22C21/02GK103834835SQ201310643333
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2012年11月21日
【發明者】L·斯佩克特, S·威斯納 申請人:喬治費歇爾壓鑄有限責任兩合公司, 喬治費歇爾有限責任兩合公司