耐热铝合金 |
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| 申请号 | CN200810097732.1 | 申请日 | 2008-05-23 | 公开(公告)号 | CN101311283B | 公开(公告)日 | 2015-03-04 |
| 申请人 | 莱茵费尔登炼铝厂有限责任公司; | 发明人 | 达恩·德拉古林; 鲁迪格·弗兰克; | ||||
| 摘要 | 一种用于制造能够承受热和机械 载荷 的 铸造 构件的具有良好热 稳定性 的冷作硬化 铝 铸造 合金 包含：11.0～12.0wt％的 硅 ；0.7～2.0wt％的镁；0.1～1wt％的锰；最大1wt％的 铁 ；最大2wt％的 铜 ；最大2wt％的镍；最大1wt％的铬；最大1wt％的钴；最大2wt％的锌；最大0.25wt％的 钛 ；最大40ppm的 硼 ；任选的80～300ppm的锶和作为余量的铝，以及由于制造导致的各自最大0.05wt％、总计最大0.2wt％的另外的元素和杂质。该合金特别适用于通过压模铸造方法制造汽缸 曲轴 箱。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制造能够承受热和机械载荷的铸造构件的具有良好热稳定性的冷作硬化铝铸造合金，特征在于所述合金包含： |
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| 说明书全文 | 耐热铝合金技术领域背景技术[0002] 旨在改善柴油燃烧并得到更高的比功率而对柴油发动机所作的进一步的改进尤其会导致提高的爆炸压力，并因此导致机械载荷以脉冲方式作用在汽缸曲轴箱上，这对材料提出了非常严苛的要求。除了要有较高的耐久性以外，为了能用于制造汽缸曲轴箱，材料还必须要有高温循环强度。 [0003] 目前通常使用AlSi合金用作热载荷构件，通过将所述合金与Cu(铜)形成合金来增加热稳定性，然而，其会增加热开裂倾向并对可铸造性具有不利作用。其中特别需要热稳定性的应用主要在汽车生产的汽缸盖的领域中遇到，参见例如F.J.Feikus“Optimierung vonAluminium-Silicium-Gusslegierungen für ”[Optimizationofaluminium-silicon casting alloys for cylinder heads]，Giesserei-Praxis，1999，第2卷，50-57页。 [0004] US-A-3 868 250公开了一种用于制造汽缸头的耐热AlMgSi合金。除了通常的添加剂以外，该合金还包含0.6～4.5wt％的Si、其中1～4.5wt％为游离Mg的2.5～11wt％的Mg和0.6～1.8wt％的Mn。 [0005] WO-A-9615281公开了一种铝合金，该铝合金具有3.0～6.0wt％的Mg、1.4～3.5wt％的Si、0.5～2.0wt％的Mn、最大为0.15wt％的Fe、最大为0.2wt％的Ti和作为余量的铝，另外的杂质各自最大为0.02wt％、总计最大为0.2wt％。该合金适合用于对机械性能具有严苛要求的构件。该合金优选通过压模铸造、触变铸造(thixocasting)或触变锻造(thixoforging)进行加工。 [0006] WO-A-0043560公开了用于通过压模铸造、挤压铸造、触变成型(thixoforming)或触变锻造方法用于制造安全构件的类似的铝合金。该合金包含2.5～7.0wt％的Mg、1.0～3.0wt％的Si、03～0.49wt％的Mn、0.1～0.3wt％的Cr、最大0.15wt％的Ti、最大 0.15wt％的Fe、最大0.00005wt％的Ca、最大0.00005wt％的Na、最大0.0002wt％的P，各自最大0.02wt％的其它杂质和作为余量的铝。 [0007] 由EP-A-1234893获知的AlMgSi型铸造合金包含3.0～7.0wt％的Mg、1.7～3.0wt％的Si、0.2～0.48wt％的Mn、0.15～0.35wt％的Fe、最大0.2wt％的Ti、还任选 0.1～0.4wt％的Ni和作为余量的铝，以及由于制造导致的各自最大为0.02wt％、总计最大为0.2wt％的杂质，另外的附带条件是，镁和硅基本上以Mg∶Si的重量比为1.7∶1存在于合金中，该比例对应于具有固相Al和Mg2Si的准二元共晶的组成。该合金合适用于通过压模铸造、流变铸造和触变铸造来制造车辆生产中的安全部件。 [0008] EP-A-1 645 647公开了一种冷作硬化铸造合金。该合金基于纯度为99.9的Al的铸造金属，并包含6～11wt％的Si、2.0～4.0wt％的Cu、0.65～1.0wt％的Mn、0.5～3.5wt％的Zn、最大0.55wt％的Mg、0.01～0.04wt％的Sr、最大0.2wt％的Ti、最大0.2wt％的Fe，并任选包含以下元素中的至少一种：0.01～0.08的银、0.01～1.0的钐、0.01～ 0.40的镍、0.01～0.30的镉、0.01～0.20的铟和最大0.001wt％的铍。通过示例说明的一种合金具有以下组成：9％的Si、2.7％的Cu、1％的Mn、2％的Zn、0.02％的Sr、0.5％的Mg、 0.1％的Fe、0.1％的Ti、0.1％的Ag、0.45％的Ni、0.1％的In、0.0005％的Be。 [0009] 被称为合金226(EN AC-46000)的AlSi9Cu3(Fe)型标准化铸造合金具有8～11wt％的Si、最大1.30wt％的Fe、2～4wt％的Cu、最大0.55wt％的Mn、0.05～0.55wt％的Mg、最大0.015wt％的Cr、最大0.55wt％的Ni、最大1.20wt％的Zn、最大0.35wt％的Pb、最大0.25wt％的Sn、最大0.25wt％的Ti、各自最大0.05wt％并总计最大0.25wt％的其它元素，余量为铝。 发明内容[0010] 本发明的一个目的是提供一种用于制造能够承受热和机械载荷的铸造构件的具有良好热稳定性的冷作硬化铝铸造合金。该合金意图主要适合用于压模铸造，但也适合用于硬型铸造(gravity mould casting)、低压模铸造(low-pressure mould casting)和砂型铸造。 [0012] 由该合金铸造的构件意图冷作硬化之后具有较高的强度。 [0013] 根据本发明可实现所述目的，其中所述合金包含： [0014] 11.0～12.0wt％的硅 [0015] 0.7～2.0wt％的镁 [0016] 0.1～1wt％的锰 [0018] 最大2wt％的铜 [0019] 最大2wt％的镍 [0020] 最大1wt％的铬 [0021] 最大1wt％的钴 [0022] 最大2wt％的锌 [0023] 最大0.25wt％的钛 [0024] 最大40ppm的硼 [0025] 任选的80～300ppm的锶 [0026] 和作为余量的铝，以及由于制造导致的各自最大0.05wt％、总计最大0.2wt％的另外的元素和杂质。 [0027] 根据本发明的合金的第一优选变体具有下列优选的合金元素含量范围： [0028] 11.2～11.8wt％的硅 [0029] 0.6～0.9wt％的锰 [0030] 最大0.15wt％的铁 [0031] 1.8～2.0wt％的镁 [0032] 1.8～2.0wt％的铜 [0033] 1.8～2.0wt％的镍 [0034] 0.08～0.25wt％的钛 [0035] 20～30ppm的硼。 [0036] 根据本发明的合金的第二优选变体具有下列优选的合金元素含量范围： [0037] 11.2～11.8wt％的硅 [0038] 0.6～0.9wt％的锰 [0039] 最大0.15wt％的铁 [0040] 1.8～2.0wt％的镁 [0041] 1.8～2.0wt％的铜 [0042] 1.8～2.0wt％的镍 [0043] 0.6～1.0wt％的钴 [0044] 0.08～0.25wt％的钛 [0045] 20～30ppm的硼。 [0046] 根据本发明的合金的第三优选变体具有下列优选的合金元素含量范围： [0047] 11.2～11.8wt％的硅 [0048] 0.6～0.9wt％的锰 [0049] 最大0.15wt％的铁 [0050] 0.7～1.0wt％的镁 [0051] 1.8～2.0wt％的铜 [0052] 0.5～1.0wt％的铬 [0053] 1.7～2.0wt％的锌 [0054] 0.08～0.25wt％的钛 [0055] 20～30ppm的硼。 [0057] 高的Si含量导致非常良好的可铸造性能并减少空洞。近共晶Al-Si成分还使得能够降低铸造温度并因此延长金属铸模的寿命。可选择亚共晶Si含量以使得无一次Si晶体出现。 [0058] 通过添加铬，可进一步改善合金的脱模性能，并可增加强度值。钴用于增加热稳定性。钛和硼用于晶粒细化。良好的晶粒细化显著有助于改善铸造性能和机械性能。 [0059] 根据本发明的铝合金的优选应用领域是制造能够承受热和机械载荷的铸造构件作为压模铸造、铸模铸造和砂型铸造，特别用于通过压模铸造法制造的汽车生产中的汽缸曲轴箱。 具体实施方式[0060] 通过优选的示例性实施例的以下描述，可以发现本发明的其它优点、特征和细节。 [0061] 通过压模铸造法铸造根据本发明的合金以形成壁厚为3mm的平拉伸试样。从压模铸造铸模中取出之后，试样在静止空气中冷却。 [0062] 在室温(RT)、150C、225℃和300℃下，对铸态的拉伸试样进行力学性能屈服点(Rp0.2)、抗拉强度(Rm)和断裂延伸率(A)的测定；并且在室温(RT)和热处理温度(HTT)下，对分别在150℃、225℃和300℃下经受500小时(500h)的各种一步热处理后的拉伸试样，进行力学性能屈服点(Rp0.2)、抗拉强度(Rm)和断裂延伸率(A)的测定。 [0063] 研究的合金如表1所示。 [0064] 表2、表3和表4给出了在各种温度下对表1的合金的铸态拉伸试样测定的力学性能的结果。 [0065] 表5、表6和表7给出了在室温(RT)和热处理温度(HTT)下对在各种温度下热处理500小时(500h)之后的表1的合金的拉伸试样测定的力学性能的结果。 [0066] 长期试验的结果确认根据本发明的合金具有良好的热稳定性。 [0067] 表1：以wt％计的合金的化学组成 [0068]合金 Si Mg Mn Fe Cu Ni Cr Co Zn Ti AlSi11Mg2Cu2Ni2 11.5 2.0 0.7 0.1 2.0 2.0 0.19 AlSi11Mg2Cu2Ni2Co 11.7 1.9 0.7 0.1 1.9 1.9 0.9 0.18 AlSi11Mg1Cu2Cr1Zn2 11.6 0.9 0.7 0.1 2.0 0.7 2.0 0.15[0069] 表2：不同温度下的屈服点(Rp0.2) [0070] [0071] 表3：不同温度下的抗拉强度(Rm) [0072] [0073] 表4：不同温度下的断裂延伸率(A) |
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