[0001] 本
发明涉及一种基于
铝和
硅的压铸合金，特别是用于轻质车辆结构部件。
[0002] 本发明的合金考虑了
汽车工业中对轻质结构的更高要求。使用具有更高强度的材料使得设计者可以实现更薄壁并因此更轻质的结构。以这种方式可以实现向汽车低
燃料消耗的又一步。
[0003] AlSi10Mg或AlSi7Mg类型的合金属于工业中使用最广泛的
铸造合金。
[0004] 目前，可以提及
现有技术中已知并用于汽车工程的两种压铸合金，它们由本
申请人自行研发。
[0005] EP 1 612 286 B1公开了一种AlSi合金，其即使在铸造状态下也具有高的延展度而无需进一步的
热处理。对于铸造状态的压铸部件，该合金可以实现良好的
屈服强度和拉伸强度，因此该合金特别适用于制造汽车工程中的安全部件。对于现有技术中已知的这种合金，已经表明，由于添加钼或添加钼和锆的组合，实现了拉伸强度和屈服强度的所需值。
[0006] EP 0 687 742 B1同样公开了一种基于铝-硅的压铸合金，其特别用于汽车工程中的安全部件。与EP 1 612 286 B1的合金不同，对制造的压铸件进行热处理。已经确定了该合金所获得的增加的强度值在很大程度上取决于镁含量，因此在制造中需要非常严格地容许该含量。
[0007] 在EP 2 653 579 B1和EP 2 735 621 A1中引用了现有技术中已知的其他AlSi合金。两种合金均将
铁的比例限定为最大0.2重量％。
[0008] 从EP 0 687 742 B1中记载的合金开始，目的在于研发一种高强度铝压铸合金，其在拉伸强度、屈服强度和断裂伸长率方面显示出提高的机械特征值。此外，本发明的合金应具有良好的可铸性，不增加粘附倾向，不增加热裂纹倾向的
风险，并且在模具填充能
力方面没有限制。
[0009] 本发明的另一个目的是研发一种具有上述性能的高强度铝压铸合金，其中合金的铝基可含有至少50％的再生金属(再循环材料)。
[0010] 根据本发明，该目的通过基于铝-硅的压铸合金实现，该合金由以下物质组成：
[0011] 8.5至11.5重量％的硅
[0012] 0.1至0.5％重量的镁
[0013] 0.3至0.8重量％的锰
[0014] 0.02至0.5％重量的铁
[0015] 0.005至0.5％重量的锌
[0017] 0.02至0.3重量％的钼
[0018] 0.02至0.3重量％的锆
[0021] 10至200ppm的镓
[0022] 任选30至300ppm的锶或5至30ppm的钠或1至30ppm的
钙用于永久改性，和5至250ppm的磷和/或0.02至0.25％重量的钛以及3至50ppm的硼用于晶粒细化，
[0023] 其余为铝和不可避免的杂质。
[0025] 在一个实施方案中，本发明的合金含有0.15至0.5重量％的铁。
[0026] 在另一个实施方案中，本发明的合金含有0.05至0.20重量％的钼。
[0027] 在另一个实施方案中，本发明的合金含有0.05至0.20％重量的锆。
[0028] 在另一个实施方案中，本发明的合金含有60至120ppm的镓。
[0029] 在另一个实施方案中，本发明的合金含有0.3至0.5重量％的锰。
[0030] 在另一个实施方案中，本发明的合金含有0.2至0.4重量％的锌。
[0031] 在另一个实施方案中，本发明的合金含有0.15至0.25重量％的铜。
[0032] 在另一个实施方案中，本发明的合金含有8.5至10.0重量％的硅。
[0033] 在另一个实施方案中，本发明的合金含有0.3至0.4重量％的镁。
[0034] 本发明的压铸合金优选用于汽车工程中的压铸与碰撞相关或与强度相关的结构部件。
[0035] 除了选择
合金元素的组合之外，还通过特定的热处理，实现了铝压铸合金的合适强度。对本发明的合金进行T6热处理，包括固溶
退火、空气淬火或
水淬火和人工老化。因此可以确定，与EP 0 687 742B1的合金相比，可以实现刚好超过200N/mm2的高屈服强度。
[0036] 本发明的合金在T6热处理后具有疲劳强度，即没有自硬化。
[0037] 此外，由于使用530℃的高退火
温度(其中随后进行水淬火)的T6热处理，可以实现高达280N/mm2的屈服强度。
[0038] 此外，可以对本发明的合金进行T7热处理。
[0039] 对于材料状态T6或T7的压铸件，用本发明的合金组合物可以获得提高值的拉伸强度、屈服强度和断裂伸长率。
[0040] 与EP 0 687 742 B1的合金相比，可以确定选择0.1至0.5重量％、优选0.15至0.25重量％的铜含量是提高合金的机械特征值的原因。根据EP0 687 742 B1，应避免在
熔化期间引入铜，因为铜对耐
腐蚀性具有不利影响。选择本发明的合金的组成，以避免产生腐蚀促进相，例如Al2Cu。盐雾测试(ISO 9227)和
晶间腐蚀测试(ASTM G110-92)用于研究腐蚀趋势。可以确定与EP 1 612 286 B1的已用于汽车工程但明确地将铜含量限制为最大0.1重量％的铜的合金相当的
耐腐蚀性。改善机械特征值、特别是延展性的其他元素是钼含量的选择和锆的添加。添加至少0.08％的锆会使延展值增加，而材料的强度不会下降。这种效果通过高熔点相实现。在这种情况下，时间因素起着特殊的作用。高熔点相的尺寸和范围总是取决于
凝固条件。在压铸中，凝固通常甚至在铸造室中开始，在模具填充期间继续并且在厚壁区域(通常仅在部件移除之后)结束。为了这些过程，已经研发了本发明的合金。只有在压铸过程中，
沉积物才具有正确的尺寸和程度，以在T6热处理后显示出最佳的材料特征值。
[0041] 如果同时添加钼，则这两种元素共同起作用并且另外实现强度的增加。这些元素超过0.2％的增加对材料的特征值没有积极效果。
[0042] 向本发明的合金中添加镓显示出类似的效果。除了锆和钼之外，通过添加镓，可以实现更精细的结构，特别是具有略微增加的铁含量。
[0043] 如果使用再循环材料(例如再生铝)来制造合金，则Mo、Zr和Ga的添加起着特定的作用。在铁含量为0.2％时，可以使铁对断裂伸长率的破坏作用最小化。产生显著更精细的结构，其中AlMgFeSi相更小并且分布更均匀。
[0044] 通过降低锰的比例来考虑略微增加的铁含量，否则在铸造机的保温炉中存在形成沉渣的风险。然而，合金的粘附倾向下降，因为铁就像锰一样具有积极效果，并且Mn的减少被Fe含量过度补偿。
[0045] 此外，由于MnFe比例，避免了产生所谓的β相，即片状AlMnFeSi沉积物，由此严重降低材料的延展性。这些沉积物已知为
显微镜下所谓的铁针。
[0046] 由于添加元素Mo、Zr和Ga，在本发明的合金中形成非常细的α-AlMnFeSi沉积物，使得它们对延展值的破坏作用和腐蚀倾向可以最小化。
[0047] 由于选择的低比例的锌结合本发明的其他元素，实现了可铸性的改善和断裂伸长率的增加。通常，锌含量高达0.5重量％仍然对材料特征值没有影响。然而，相对于EP 0 687 742 B1改进的合金的可铸性对部件的表面
质量有影响，因此对材料特征值有影响。
[0048] 添加锶或钠导致硅的细粒沉积，这导致形成改性的共晶，并且同样对本发明的合金的强度和延展具有积极影响。
[0049] 优选地，对本发明的合金进行晶粒细化。因此，优选地，可以向合金中添加1至30ppm的磷。可选择地或另外地，合金还可含有钛和硼用于晶粒细化，其中钛和硼的添加通过
母合金进行，所述母合金具有1至2重量％的Ti和1至2重量％的B，其余为铝。铝母合金优选含有1.3至1.8％重量的Ti和1.3至1.8％重量的B，并且Ti/B重量比为约0.8至1.2。本发明合金中母合金的含量优选地调节至0.05至0.5重量％。
[0050] 在研究的
框架内，可以制造本发明的合金，其再循环比例为50-70％。
[0051] 为此需要高级再循环材料(如
车轮的废金属、
挤压型材、金属板材以及切屑)和使用经过试验和测试的倾斜鼓式炉来熔化合金。高达0.25％的铁含量可以满足与碰撞相关的结构部件的要求，高达0.40％的铁含量可以用于与强度相关的结构部件中。
[0052] 在TIG
焊接测试中可以研究焊接的适用性。在模具
冲压铆接测试中，尽管具有高强度，但本发明的合金可以铆接而不开裂。
[0053] 对比例
[0054] 下文比较EP 0 687 742 B1的示例性合金(合金1)和本发明合金的两个示例性实施方案(合金A、B)的组成。细节以重量％计。使用这两种合金，在3mm压铸板上测量机械特征值(Rm、Rp0.2和A5)。在所有测试中，使用相同的T6热处理，空气淬火和水淬。在每种情况下，示出了约30次拉伸测试的平均值。
[0055] Si Fe Cu Mn Mg Zn
合金1 10.15 0.110 0.0006 0.658 0.355 0.0013
合金A 9.41 0.114 0.197 0.49 0.340 0.296
合金B 9.01 0.227 0.198 0.440 0.349 0.351
[0056] Ti B Sr Zr Mo
合金1 0.050 0.001 0.020 0.002 0.0
合金A 0.110 0.0003 0.023 0.117 0.087
合金B 0.150 0.0049 0.0175 0.102 0.108
[0057] Ga P
合金1 0.0050 0.0009
合金A 0.0092 0.0020
合金B 0.0104 0.0034
[0058] 得到的结果
[0059] T6热处理，在空气中淬火
[0060] Rm[N/mm2] Rp0.2[N/mm2] A5[％]
合金1 236 167 7.9
合金A 288 209 11.0
合金B 280 189 9.6
[0061] T6热处理，在水中淬火
[0062] Rm[N/mm2] Rp0.2[N/mm2] A5[％]
合金1 326 241 7.9
合金A 332 257 10.0
合金B 348 264 8.2
