技术领域
[0001] 本
发明涉及一种基于
铝、镁和
硅的压铸合金，特别是用于轻质
汽车结构部件。
现有技术[0002] 作为基于铝、镁和硅的压铸合金的代表并且从现有技术中已知，应当提及由
申请人研发的两种合金，其在EP 0853133 B1中公开且在DE 10352932 B4中公开。
[0003] DE 10352932 B4记载了一种在高达400℃下热稳定的
铝合金，其除了使用已知的
合金元素外，还包括添加钪。已经结合钪测试了许多其他元素如
钛和锆，以进一步提高合金的高温强度。
[0004] EP 0853133 B1中公开的合金是铝、镁、硅合金，其与示例实施方式中提到的参考合金相当。该合金由申请人制备并用于汽车工业数年。
[0005] 在二元AlMg合金中，Mg2Al3共晶点(eutectic point)位于约35％镁。然而，在本发明的合金的情况下以及在EP 0853133B1的合金的情况下，存在Mg2Si共晶，其构成压铸微观结构的约50％。由此，其从根本上不同于二元AlMg合金。
[0006] 关于本发明的合金，代表现有技术的其他合金组合物是Hydroalium。这是一种基于铝和镁的合金，用于
气缸盖。
发明内容
[0007] 从申请人使用EP 0853133 B1中公开的合金的经验开始，目的是增加该合金的强度性能，而不损害伸长特性。
[0008] 另一个目的是研发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)。
[0009] 本发明的合金旨在满足汽车工业中对轻质结构越来越高的要求。使用具有更高强度的材料使得设计者实现具有更薄壁并因此更轻量的结构。这标志着降低汽车
燃料消耗的又一步。
[0010] 本发明的合金原则上是通用的，但是旨在用于汽车的结构部件。它可用于生产与碰撞相关的结构部件，对于这些结构部件，可选择完全不用或用T5
热处理的无Cu和Zn的变体。
[0011] 另一个应用领域包括电动汽车(E-mobility)领域中的支持
电池的结构。在该应用中，寻求高强度材料以减轻重量。在该应用领域中，材料的
铆接性能不太重要，因为这些部件是可拆卸的并因此被拧入。与碰撞相关的部件相比，第二相关性也是材料的可
变形性。因此，在该应用领域中，使用已经适合于
铸造状态或经受热处理的含有
铜(Cu)或锌(Zn)的合金变体。
[0012] 根据本发明，所提及的目的通过基于铝-镁-硅的压铸合金实现，其由以下物质组成：
[0013]
[0014] 本发明的合金的优选实施方案列于从属
权利要求中。
[0015] 在一个实施方案中，本发明的合金包含0.05至0.20重量％的钼。
[0016] 在另一个实施方案中，本发明的合金包含0.05至0.20重量％的锆。
[0017] 在另一个实施方案中，本发明的合金包含2.0至3.0重量％的硅。
[0018] 在另一个实施方案中，本发明的合金包含5.5至6.5重量％的镁。
[0019] 在另一个实施方案中，本发明的合金包含0至0.08重量％的钛。
[0020] 在另一个实施方案中，本发明的合金包含0.05至0.2重量％的
铁。
[0021] 在另一个实施方案中，本发明的合金包含0至0.2重量％的铜。
[0022] 在另一个实施方案中，本发明的合金包含0至0.5重量％的锌。
[0023] 在另一个实施方案中，本发明的合金包含0至0.01重量％的锶。
[0024] 优选地，结构部件由本发明的合金在压
力下压铸而成。
[0025] 首先，改变Mg和Si含量以找到适合于更苛刻要求的MgSi比。增加Mg提供了强度的增加，但是从6.5％开始，必须考虑到断裂伸长率的显著降低。Si的额外增加导致合金的共晶部分增加，这不会产生任何技术益处。Mg:Si比超过2:1时，断裂伸长率显著降低。
[0026] 已知Mg2Si的
溶解度随着Mg含量的增加而降低。此外，在缓慢
凝固期间，形成粗粒Mg2Si颗粒，其对机械性能有不利影响。这些关系在本研究中得到证实。
[0027] 还已知共晶相分数变化直至硅含量为2.5％，但凝固
温度没有变化。这一关系用于本发明的合金中。
[0028] 已知在
晶界处积累的Mg2Si导致
腐蚀行为的恶化。由于本发明的合金用于压铸，因此发生快速凝固，这大大减少了晶界偏析至相应的程度，并且由此补偿了这种不利影响。
[0029] 从优化的MgSi比开始，添加一系列附加元素，其中包括Cu、Zn、Mo、Zr、V和Ti。
[0030] 钛和锆被称为晶粒细化剂。总的来说，所述元素的相互作用代表了本发明的合金的重要
基础。
[0031] 在添加元素Zn和Cu时，可以实现超过400MPa的高
屈服强度，特别是在热处理之后，但是有4至5％的非常低的伸长率值。
[0032] 确定与EP 0 853 133B1的对照合金相比，强度增加效果特别是产生于由元素Mo和Zr与V和Ti结合形成的高熔点相。一方面，在合金的生产过程中以及在铸造过程中，应避免这些相与熔体分离。另一方面，它们应该在铸造期间首先
固化，以便由此获得精细的微观结构和良好的机械性能。优选地，钛含量应保持为0至0.08重量％。
[0033] 本发明的合金主要研发用于压铸和在此遇到的典型凝固条件。高熔点相的尺寸和程度总是取决于凝固条件。在压铸期间，通常在喷射室中已经开始凝固，在填充模具期间继续并且在厚壁区域(通常仅在移除部件之后)结束。
[0034] 为了进一步提高本发明的合金的强度而没有大的伸长率损失，包括T5热处理。
[0035] 如果Cu和Zn也加入到本发明的合金中，则包括T6或T7热处理。与EP 0 853 133B1的参考合金相比，在这种情况下可以实现强度和屈服点的明显提高，但断裂伸长率显著降低。
[0036] 本发明的合金的一个实施方案包括以再循环材料的形式添加再生铝。优选地，再生铝的量应占生产合金所需的铝基合金的50％。术语再循环材料应理解为意指，例如：铝合金的
车轮、
挤压型材、板材和金属片材。使用本发明的合金组合物，可以达到0.20重量％的铁含量，以满足与碰撞相关的结构部件的要求；超过0.20重量％的铁使其在强度相关的结构部件领域中得以使用。
[0037] 通过降低锰含量来解决铁含量的少量增加。由此可以减轻在铸造机的保温炉中形成沉渣的
风险。
[0038] 然而，合金在铸模中粘附的趋势下降，因为铁和锰都对此起有利作用，并且Mn的减少大于Fe含量的补偿。此外，MnFe比例
预防形成所谓的β相，即严重降低材料的延展性的片状AlMnFeSi沉淀物。可以在
显微镜下看到这些沉淀物——所谓的铁针。
[0039] 循环盐雾测试(ISO 9227)和
晶间腐蚀测试(ASTM G110 92)用于检验腐蚀趋势。选择本发明的合金的组成，使得在低Cu和低Zn变体的情况下，可以检测到非常好的
耐腐蚀性。
[0040] 在
冲压铆接测试中，尽管其高强度，本发明的合金可以铆接而不开裂。
[0041] 对比例
[0042] 下文比较EP 0 853 133B1中公开的可比性合金(合金1)的和本发明的合金的三个示例性实施方案(合金A、B和C)的组成。数据以重量％表示。使用这三种合金，在3mm压铸板上测量机械特性(Rm、Rp0.2和A5)。给出了8次拉伸测试的平均值。测定了在铸造状态(状态F)、T5状态(受控冷却与随后的人工老化)和T6状态(完全人工老化的固溶
退火)下的结果。
[0043]
[0044]
[0045] 得到的结果
[0046] F状态
[0047]
[0048] T5状态
[0049]
[0050] T6状态
[0051]
