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Al-Mg-Si-Mn-Fe 铸造 合金

阅读：220发布：2020-05-14

专利汇可以提供Al-Mg-Si-Mn-Fe 铸造合金专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了新的铝铸造 (铸) 合金。所述新的铝铸造合金大体上包含从2.5wt.％至5.0wt.％的Mg，从0.70wt.％至2.5wt.％的Si，从0.40wt.％至1.50wt.％的Mn，从0.15wt.％至0.60wt.％的Fe，任选地至多0.15wt.％的Ti，任选地至多0.10wt.％的Sr，任选地至多0.15wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种，其余部分是铝和不可避免的杂质，其中Mg/Si比(以重量百分比计)是从1.7至3.6。所述新的铝铸造合金可以被高压压模铸造例如形成汽车部件。所述新的铝合金可以例如以F或T5回火提供。，下面是Al-Mg-Si-Mn-Fe 铸造合金专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种铝铸造合金，其包含：
从2.5wt.％至5.0wt.％的Mg；
从0.70wt.％至2.5wt.％的Si；
其中镁与硅的重量比(wt.％Mg/wt.％Si)是从1.7:1至3.6:1；
从0.40wt.％至1.5wt.％的Mn；
从0.10wt.％至0.60wt.％的Fe；
任选地至多0.15wt.％的Ti；
任选地至多0.10wt.％的Sr；
任选地至多0.15wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种；
其余部分是铝和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含不大于4.75wt.％的Mg或不大于4.60wt.％的Mg。
3.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含至少
2.75wt.％的Mg或至少3.0wt.％的Mg。
4.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含至少
0.80wt.％的Si、或至少0.90wt.％的Si、或至少0.95wt.％的Si、或至少1.00wt.％的Si、或至少1.05wt.％的Si、或至少1.10wt.％的Si、或至少1.15wt.％的Si或至少1.20wt.％的Si。
5.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含不大于
2.4wt.％的Si、或不大于2.3wt.％的Si、或不大于2.2wt.％的Si、或不大于2.1wt.％的Si或不大于2.0wt.％的Si。
6.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中镁与硅的重量比是至少1.8:1，或者其中镁与硅的重量比是至少1.85:1。
7.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中镁与硅的重量比是不大于3.6:1，或者其中镁与硅的重量比是不大于3.5:1。
8.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含至少
0.45wt.％的Mn、或至少0.50wt.％的Mn、或至少0.55wt.％的Mn或至少0.60wt.％的Mn。
9.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含不大于
1.45wt.％的Mn、或不大于1.40wt.％的Mn、或不大于1.35wt.％的Mn、或不大于1.30wt.％的Mn、或不大于1.35wt.％的Mn或不大于1.20wt.％的Mn。
10.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含至少
0.12wt.％的Fe、或至少0.15wt.％的Fe、或至少0.20wt.％的Fe、或至少0.25wt.％的Fe、或至少0.30wt.％的Fe或至少0.35wt.％的Fe。
11.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含不大于
0.55wt.％的Fe、或不大于0.50wt.％的Fe或不大于0.45wt.％的Fe。
12.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含至少
0.01wt.％的Ti、或至少0.03wt.％的Ti、或至少0.05wt.％的Ti或至少0.07wt.％的Ti。
13.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含不大于
0.13wt.％的Ti、或不大于0.115wt.％的Ti或不大于0.10wt.％的Ti。
14.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述合金包含不大于0.08wt.％的Sr或不大于0.05wt.％的Sr。
15.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述合金包含至少0.005wt.％的Sr。
16.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述合金包含至少0.01wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种，或至少0.03wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种，或至少
0.05wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种。
17.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含不大于
0.30wt.％的所述不可避免的杂质，并且其中所述铝铸造合金包含所述不可避免的杂质中的不大于0.10wt.％的任何一种元素。
18.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含不大于
0.15wt.％的所述不可避免的杂质，并且其中所述铝铸造合金包含所述不可避免的杂质中的不大于0.05wt.％的任何一种元素。
19.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含不大于
0.10wt.％的所述不可避免的杂质，并且其中所述铝铸造合金包含所述不可避免的杂质中的不大于0.03wt.％的任何一种元素。
20.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中(0.4567*Mg–0.5)<＝Si<＝(0.4567*Mg+0.2)。
21.如权利要求1-19中任一项所述的铝铸造合金，其中：
(1) wt. ％ Si ≤ (0.4567 * (wt. ％ Mg) + 0.2 * (wt. ％ Mg) + 0.25 * (wt. ％Fe)；并且
(2) wt. ％ Si ≥ (0.4567 * (wt. ％ Mg) + 0.2 * (wt. ％ Mg) + 0.25 * (wt. ％Fe)-0.6)。
22.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金实现以下中的至少一项：
至少200MPa的极限拉伸强度；
至少110MPa的拉伸屈服强度；和
至少10％的伸长率。
23.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金实现以下中的至少两项：
至少200MPa的极限拉伸强度；
至少110MPa的拉伸屈服强度；和
至少10％的伸长率。
24.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金实现以下全部：
至少200MPa的极限拉伸强度；
至少110MPa的拉伸屈服强度；和
至少10％的伸长率。
25.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金包含不大于
0.012wt.％的β-Al5FeSi化合物、或不大于0.010wt.％的β-Al5FeSi化合物、或不大于
0.008wt.％的β-Al5FeSi化合物、或不大于0.006wt.％的β-Al5FeSi化合物、或不大于
0.004wt.％的β-Al5FeSi化合物、或不大于0.002wt.％的β-Al5FeSi化合物、或不大于
0.001wt.％的β-Al5FeSi化合物或不大于0.0005wt.％的β-Al5FeSi化合物。
26.如前述权利要求中任一项所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金实现不大于
0.30、或不大于0.25、或不大于0.20或不大于0.15的热裂倾向指数。
27.一种由权利要求1-26所述的铝铸造合金中的任何一种制造的高压压模铸造产品。
28.如权利要求27所述的高压压模铸造产品，其中所述高压压模铸造产品处于F回火或T5回火。
29.如权利要求27所述的高压压模铸造产品，其中所述高压压模铸造产品呈汽车部件的形式。
30.如权利要求29所述的高压压模铸造产品，其中所述汽车部件是结构部件。
31.如权利要求29所述的高压压模铸造产品，其中所述汽车部件是门框或减震塔或通道结构。
32.一种铝铸造合金，其包含：
从3.0wt.％至4.60wt.％的Mg；
从1.20wt.％至2.0wt.％的Si；
其中镁与硅的重量比(wt.％Mg/wt.％Si)是从1.85:1至3.5:1；
从0.60wt.％至1.20wt.％的Mn；
从0.20wt.％至0.60wt.％的Fe；
任选地至多0.15wt.％的Ti；
任选地至多0.10wt.％的Sr；和
任选地至多0.15wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种；
其余部分是铝和不可避免的杂质。
33.如权利要求32所述的铝铸造合金，其中所述铝铸造合金呈复杂形状铸件的形式。
34.如权利要求33所述的铝铸造合金，其中所述复杂形状铸件是汽车部件。
35.如权利要求34所述的铝铸造合金，其中所述汽车部件是结构部件。
36.如权利要求34所述的铝铸造合金，其中所述汽车部件是门框或减震塔或通道结构。
37.如权利要求32所述的铝铸造合金，包含从0.35wt.％至0.60wt.％的Fe。

说明书全文

Al-Mg-Si-Mn-Fe铸造 合金

背景技术

[0001] 铝合金可以用于多种应用。例如，铝铸造(casting)(铸(foundry))合金用于几十种行业，包括例如汽车行业和消费电子行业。发明内容

[0002] 概括地，本公开内容涉及新的铝铸造(铸)合金和相关产品。新的铝铸造合金大体上包含(并且在某些情况下，由如下成分组成或基本上由如下成分组成)从2.5wt.％至5.0wt.％的Mg，从0.70wt.％至2.5wt.％的Si，从0.40wt.％至1.5wt.％的Mn，从0.10wt.％至0.60wt.％的Fe，任选地至多0.15wt.％的Ti，任选地至多0.10wt.％的Sr，以及任选地至多0.15wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种，其余部分是铝和不可避免的杂质，其中镁与硅(Mg/Si)的重量比是从1.7:1至3.6:1。新的铝铸造合金可以实现改进的特性的组合，比如改进的强度、延展性、可铸造性、耐压模焊接性(die soldering resistance)和品质指数(quality index)等中的两种或更多种的组合。

[0003] i.组成

[0004] 如上所指出的，新的铝铸造合金大体上包含从2.5wt.％至5.0wt.％的Mg。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于4.75wt.％的Mg。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于4.60wt.％的Mg。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少2.75wt.％的Mg。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少3.0wt.％的Mg。

[0005] 如上所指出的，新的铝铸造合金大体上包含从0.70wt.％至2.5wt.％的Si。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.80wt.％的Si。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.90wt.％的Si。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.95wt.％的Si。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少1.00wt.％的Si。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少1.05wt.％的Si。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少1.10wt.％的Si。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少
1.15wt.％的Si。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少1.20wt.％的Si。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于2.4wt.％的Si。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于2.3wt.％的Si。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于
2.2wt.％的Si。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于2.1wt.％的Si。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于2.0wt.％的Si。

[0006] 如上所指出的，新的铝铸造合金中镁与硅的重量比大体上是从1.7:1至3.6:1(wt.％Mg/wt.％Si)。在一个实施方案中，新的铝铸造合金中镁与硅的重量比是至少1.8:1。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金中镁与硅的重量比是至少1.85:1。在一个实施方案中，新的铝铸造合金中镁与硅的重量比是不大于3.6:1。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金中镁与硅的重量比是不大于3.5:1。

[0007] 在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含足以促进生产无裂纹铸造产品(例如，无裂纹高压压模铸造产品)的量的镁和硅。无裂纹产品是这样的产品，所述产品充分无裂纹，使得它可以用于其预期目的。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含足以实现不大于0.30的热裂倾向指数(HCTI)(比如本文公开的任何低HCTI值)的量的镁和硅。

[0008] 如上所指出的，新的铝铸造合金大体上包含从0.40wt.％至1.5wt.％的Mn。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.45wt.％的Mn。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.50wt.％的Mn。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.55wt.％的Mn。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.60wt.％的Mn。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于1.45wt.％的Mn。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于1.40wt.％的Mn。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于
1.35wt.％的Mn。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于1.30wt.％的Mn。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于1.25wt.％的Mn。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于1.20wt.％的Mn。

[0009] 如上所指出的，新的铝铸造合金大体上包含从0.10wt.％至0.60wt.％的Fe。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.12wt.％的Fe。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.15wt.％的Fe。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.20wt.％的Fe。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.25wt.％的Fe。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.30wt.％的Fe。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.35wt.％的Fe。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于
0.55wt.％的Fe。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.50wt.％的Fe。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.45wt.％的Fe。

[0010] 在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含足以促进形成α相颗粒同时限制形成β相颗粒的量的铁和锰。在一个实施方案中，至少由于铁含量的原因，新的铝铸造合金包含不大于0.012wt.％的β-Al5FeSi化合物。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.010wt.％的β-Al5FeSi化合物。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于
0.008wt.％的β-Al5FeSi化合物。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于
0.006wt.％的β-Al5FeSi化合物。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于
0.004wt.％的β-Al5FeSi化合物。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于
0.002wt.％的β-Al5FeSi化合物。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于
0.001wt.％的β-Al5FeSi化合物。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于
0.0005wt.％的β-Al5FeSi化合物。

[0011] 在一个实施方案中，新的铝铸造合金可以包含足以满足以下要求的量的镁和硅：(0.4567*Mg–0.5)<＝Si<＝(0.4567*Mg+0.2)。

[0012] 在一个实施方案中，新的铝铸造合金可以包含足以满足以下要求的量的镁、硅、锰和铁：

[0013] (1)wt.％Si≤(0.4567*(wt.％Mg)+0.2*(wt.％Mg)+0.25*(wt.％Fe)；和[0014] (2)wt.％Si≥(0.4567*(wt.％Mg)+0.2*(wt.％Mg)+0.25*(wt.％Fe)-0.6)。

[0015] 如上所指出的，新的铝铸造合金可以任选地包含至多0.15wt.％的Ti。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.01wt.％的Ti。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.03wt.％的Ti。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.05wt.％的Ti。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.07wt.％的Ti。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.13wt.％的Ti。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.115wt.％的Ti。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.10wt.％的Ti。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含足以促进晶粒细化同时限制/避免形成初级(primary)含钛颗粒的量的钛。在一些实施方案中，钛作为杂质包含在新的铝铸造合金中。

[0016] 如上所指出的，新的铝铸造合金可以任选地包含至多0.10wt.％的Sr。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含足以促进Mg2Si共晶的改性同时限制/避免形成初级含锶颗粒的量的锶。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.005wt.％的Sr。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.08wt.％的Sr。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.05wt.％的Sr。在一些实施方案中，锶作为杂质包含在新的铝铸造合金中。

[0017] 如上所指出的，新的铝铸造合金可以任选地包含至多0.15wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含足以促进固溶强化同时限制/避免形成含锆、钪、铪、钒和铬的初级颗粒的量的锆、钪、铪、钒和/或铬。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.01wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.03wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含至少0.05wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.10wt.％的Zr、Sc、Hf、V和Cr中的任何一种。在一些实施方案中，锆作为杂质包含在新的铝铸造合金中。在一些实施方案中，钪作为杂质包含在新的铝铸造合金中。在一些实施方案中，铪作为杂质包含在新的铝铸造合金中。在一些实施方案中，钒作为杂质包含在新的铝铸造合金中。在一些实施方案中，铬作为杂质包含在新的铝铸造合金中。

[0018] 新的铝铸造合金的其余部分大体上是铝和不可避免的杂质。在一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.30wt.％的不可避免的杂质，并且其中新的铝铸造合金包含所述不可避免的杂质中的不大于0.10wt.％的任何一种元素。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.15wt.％的不可避免的杂质，并且其中新的铝铸造合金包含所述不可避免的杂质中的不大于0.05wt.％的任何一种元素。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金包含不大于0.10wt.％的不可避免的杂质，并且其中新的铝铸造合金包含所述不可避免的杂质中的不大于0.03wt.％的任何一种元素。

[0019] ii.加工

[0020] 新的铝铸造合金可以使用任何合适的铸造方法来铸造。在一个实施方案中，新的铝铸造合金是作为锭料或坯料的直接冷铸件。在另一个实施方案中，将新的铝铸造合金成型铸造为成型铸造产品(例如，复杂成型铸造产品，比如复杂汽车部件)。在一个实施方案中，成型铸造产品是汽车结构部件。在另一个实施方案中，成型铸造产品是门框。在另一个实施方案中，成型铸造产品是减震塔(shock tower)。在另一个实施方案中，成型铸造产品是用于汽车的通道(tunnel)结构。

[0021] 在一个实施方案中，成型铸造包括高压压模铸造。在另一个实施方案中，成型铸造包括永久型模铸造(permanent mold casting)。

[0022] 新的铝铸造合金不需要固溶热处理步骤。因此，可以以适当的回火(temper)比如F回火或T5回火来提供新的铝铸造合金。

[0023] iii.特性

[0024] 如上所指出的，新的铝铸造合金可以实现改进的特性组合，比如改进的强度、延展性、可铸造性、耐压模焊接性和品质指数中的至少两种的组合。机械特性可以根据ASTM E8和B557测量(例如，当定向凝固时)。可铸造性可以使用本文所述的HCTI方法测量。耐压模焊接性可以通过铸造合金测试。

[0025] 在一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少200MPa的极限拉伸强度。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少210MPa的极限拉伸强度。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少220MPa的极限拉伸强度。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少230MPa的极限拉伸强度。

[0026] 在一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少100MPa的拉伸屈服强度。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少105MPa的拉伸屈服强度。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少110MPa的拉伸屈服强度。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少115MPa的拉伸屈服强度。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少120MPa的拉伸屈服强度。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少125MPa的拉伸屈服强度。任何上述拉伸屈服强度值都可以利用任何上述极限拉伸强度值实现。

[0027] 在一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少7％的伸长率。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少8％的伸长率。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少9％的伸长率。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少10％的伸长率。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少11％的伸长率。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少12％的伸长率。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少13％的伸长率。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少14％的伸长率。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少15％的伸长率。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现至少16％或更高的伸长率。任何上述伸长率值都可以利用任何上述极限拉伸强度或拉伸屈服强度值实现。

[0028] 在一个实施方案中，新的铝铸造合金实现不大于0.30的HCTI。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现不大于0.25的HCTI。在又另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现不大于0.20的HCTI。在另一个实施方案中，新的铝铸造合金实现不大于0.15或更低的HCTI。

[0029] 在一个实施方案中，新的铝铸造合金是耐压模焊接的，其中铸态(as-cast)铝合金产品从压模中被移出而不损伤铸造产品和/或未粘附至压模。模粘(die soldering)可能在高压压模铸造期间发生，其中熔融铝焊接(solder)至压模表面。在一些实施方案中，本文所述的新的铝铸造合金可以在不焊接至压模的情况下铸造。

[0030] 在以下具体实施方式中公开了特征的这些和其他组合。附图说明

[0031] 图1是示出实施例1合金的硅含量对热裂倾向指数的曲线图。

[0032] 图2是示出实施例2合金的硅含量对热裂倾向指数的曲线图。

[0033] 图3是示出实施例3合金的硅含量对热裂倾向指数的曲线图。

[0034] 图4是示出实施例4合金的锰含量对热裂倾向指数的曲线图。

[0035] 图5a是示出基于ICME建模的作为Mn和Fe含量的函数的β相含量(以wt.％示出)的曲线图；3.6wt.％的Mg和1.5wt.％的Si的量保持恒定。

[0036] 图5b是示出基于ICME建模的作为Mn和Fe含量的函数的α相含量(以wt.％示出)的曲线图；3.6wt.％的Mg和1.5wt.％的Si的量保持恒定。

[0037] 图6是示出基于ICME建模的作为Fe含量的函数的β相含量(以wt.％示出)的曲线图；3.6wt.％的Mg、1.5wt％的Si和0.5wt.％的Mn的量保持恒定。

[0038] 图7a是示出实施例6合金的极限拉伸强度(MPa)对铁含量(wt.％)的曲线图。

[0039] 图7b是示出实施例6合金的伸长率(％)对铁含量(wt.％)的曲线图。

[0040] 图7c是示出实施例6合金的拉伸屈服强度(MPa)对铁含量(wt.％)的曲线图。

[0041] 图7d是示出实施例6合金的品质指数(Q，以MPa计)对铁含量(wt.％)的曲线图。

[0042] 图8a是示出基于ICME建模的作为Si和Mg含量的函数的HCI(计算的热裂指数)的曲线图；0.70wt.％的Mn和0.25wt.％的Fe的量保持恒定。

[0043] 图8b是示出基于ICME建模的作为Si和Mg含量的函数的非平衡凝固(non-equilibrium solidification)温度范围(℃)的曲线图；0.70wt.％的Mn和0.25wt.％的Fe的量保持恒定。

[0044] 图8c是示出基于ICME建模的作为Si和Mn含量的函数的HCI(计算的热裂指数)的曲线图；4.0wt.％的Mg和0.25wt.％的Fe的量保持恒定。

[0045] 图8d是示出基于ICME建模的作为Si和Fe含量的函数的HCI(计算的热裂指数)的曲线图；4.0wt.％的Mg和0.70wt.％的Mn的量保持恒定。

具体实施方式

[0046] 实施例1

[0047] 将六种铝合金铸造成铅笔探针(pencil probe)铸件。所述铝合金的组成在下表1中给出。

[0048] 表1-实施例1合金的组成(所有值均以重量百分比计)

[0049]

[0050] 每种合金进行五次测试并且是在不同的连接尺寸下。下表2提供了热裂结果。在下表中，“C”意指在铸造过程中破裂，“OK”意指铸造成功而且无破裂，并且“NF”意指铅笔探针型模未被完全填充。根据结果计算每种合金的热裂倾向指数(“HCTI”)。表2还列出了每种合金的计算的HCTI。

[0051] 合金的热裂倾向指数(HCTI)被定义为

[0052]

[0053] 如果在任何连接杆(connection rod)上均未发现破裂，则HCTI值将为0。如果在所有7个连接杆(从4mm至16mm)中均发现破裂，则HCTI值将为1。因此，对于特定合金，较小的HCTI指示较高的抗热裂性。

[0054] 表2-实施例1合金的热裂结果

[0055]

[0056]

[0057] 图1示出了硅含量对测定的HCTI值的曲线图。如所示，在相似量的Fe、Mn、Mg和Ti时，具有从约1至约2wt.％的Si的合金实现了改进的抗热裂性。这些合金的Mg/Si比是从约2.0至3.0。具有1.56wt.％的Si的合金A4的Mg与Si的比是2.26。

[0058] 实施例2

[0059] 按照实施例1，铸造四种另外的合金，并且测定它们的热裂敏感性。与实施例1一样，硅含量再次变化，但是使用较低标称量的镁和锰。实施例2合金的组成示出于下表3中。实施例2合金的HCTI结果示出于下图中。合金B2显示出最佳的抗热裂性。此合金的Mg/Si比是约2.65。

[0060] 表3-实施例2合金的组成(所有值均以重量百分比计)

[0061]

[0062] 图2示出了Al-2.5Mg-1.1Mn-x％Si合金的实验测量的热裂倾向指数。具有0.96wt.％的Si和2.54wt.％的Mg的合金B2显示出最佳的抗热裂性。此合金的Mg/Si比是约
2.65。

[0063] 实施例3

[0064] 按照实施例1，铸造四种另外的合金，并且测定它们的热裂敏感性。与实施例1一样，硅含量再次变化，但是使用较高标称量的镁和较低标称量的锰。实施例3合金的组成示出于下表4中。实施例3合金的HCTI结果示出于图3中。如所示，所有合金的HCTI大体上良好。Mg/Si比为2.22的合金C3实现了最低的HCTI。

[0065] 表4-实施例3合金的组成(所有值均以重量百分比计)

[0066]

[0067] 实施例1-3的结果指示Mg/Si(重量比)应为从约1.7至约3.6，优选从约2.0至约3.0以促进抗热裂性。

[0068] 实施例4

[0069] 按照实施例1，铸造四种另外的合金，并且测定它们的热裂敏感性。这次，锰含量变化，以3.6wt.％的标称的镁的量和1.5wt.％的标称的硅的量为目标。实施例4合金的组成示出于下表5中。实施例4合金的HCTI结果示出于图4中。如所示，所有合金的HCTI大体上良好。具有1.20wt.％的Mn的合金D4实现了最佳的HCTI结果。

[0070] 表5-实施例4合金的组成(所有值均以重量百分比计)

[0071]

[0072]

[0073] 实施例5

[0074] 按照实施例1，铸造四种另外的合金，并且测定它们的热裂敏感性。这次，铁含量变化，以3.45wt.％的标称的镁的量、1.55wt.％的标称的硅的量和0.90wt.％的标称的锰的量为目标。实施例5合金的组成示出于下表6中。实施例5合金的HCTI结果示出于下图中。如所示，所有合金的HCTI大体上良好。具有0.29wt.％的Fe的合金E4实现了最佳的HCTI结果。

[0075] 表6-实施例5合金的组成(所有值均以重量百分比计)

[0076]

[0077] 这些结果是意料之外的。铁不利地影响Al-Si铸合金的机械特性，这是因为铁作为大的初级(primary)或伪初级(pseudo-primary)化合物存在，该化合物增加硬度但是降低延展性。考虑到这些改进的HCTI结果，进行建模(ICME-综合计算材料工程)。这些结果显示，通过控制Fe和Mn含量，可以潜在地避免形成有害的针状β-Al5FeSi。图5a、5b和6示出了锰与铁含量和β-Al5FeSi与α-Al15FeMn3Si2相颗粒的体积分数之间的相关性(对于Al-3.6Mg-1.5Si合金)。向Al-Mg-Si合金中添加Mn可以促进α-Al15FeMn3Si2相的形成并且限制或防止β-Al5FeSi相的形成。例如，使用增加的铁的量，具有从0.4至0.6wt.％的Mn的Al-3.6Mg-
1.5Si合金降低了β-Al5FeSi相的量。如图6所示，通过将铁从0.15wt.％增加至0.4wt.％，β-Al5FeSi相的量从约0.018wt.％降低至基本上0wt.％。因此，由于合金中铁的增加和β-Al5FeSi相的相应减少，可以实现具有改进的特性(例如，伸长率)的合金。

[0078] 实施例6

[0079] 通过定向凝固铸造八种另外的合金。所有合金的铁含量变化。第一组(F)以3.6wt.％的标称的镁的量、1.5wt.％的标称的硅的量和0.90wt.％的标称的锰的量为目标。
第二组(G)以4.0wt.％的标称的镁的量、1.7wt.％的标称的硅的量和0.65wt.％的标称的锰的量为目标。实施例6合金的组成示出于下表7中。

[0080] 表6-实施例5合金的组成(所有值均以重量百分比计)

[0081]

[0082] 根据ASTM E8和B557测试定向凝固合金的机械特性，其结果提供在下表7中。还测试实施例5合金的机械特性，因此那些结果也包括在表7中。还提供了品质指数(Q)。(Q＝UTS+150*log(伸长率))。与这些特性和合金组成有关的各种曲线图提供在图7a-7d中。

[0083] 表7-合金E1-E4、F1-F4和G1-G4的特性

[0084]

[0085] 实施例7-实验建模

[0086] 基于现有实验，对各种铝合金组成进行建模。结果示于图8a-8b中。这些建模结果指示，对于以为0.7wt.％的Mn和0.25wt.％的Fe为目标的Al-Mg-Si合金，控制镁和硅可能是有用的，以使得(以重量百分比计的所有值)：(0.4567*Mg–0.5)<＝Si<＝(0.4567*Mg+0.2)。

[0087] 对另外的铝合金进行类似的建模，如图8c-8d所示。这些建模结果指示，随着锰或铁含量增加，硅含量需要增加。这些结果进一步指示，按照以下控制镁、硅、锰和铁可能是有用的：

[0088] (0.4567*Mg+0.2*Mn+0.25*Fe–0.6)<＝Si<＝(0.4567*Mg+0.2*Mn+0.25*Fe)[0089] 尽管已经详细描述了本公开内容的各种实施方案，但是显然本领域技术人员将设想到那些实施方案的修改和改进。然而，应当明确地理解，此类修改和改进在本公开内容的精神和范围内。

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