專利名稱：：耐熱鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于制造能夠承受熱和機(jī)械載荷的鑄造構(gòu)件的具有良好熱穩(wěn)定性的冷作石更化鋁鑄造合金。
背景技術(shù)：
：旨在改善柴油燃燒并得到更高的比功率而對柴油發(fā)動機(jī)所作的進(jìn)一步的改進(jìn)尤其會導(dǎo)致提高的爆炸壓力，并因此導(dǎo)致機(jī)械載荷以脈沖方式作用在汽缸曲軸箱上，這對材料提出了非常嚴(yán)苛的要求。除了要有較高的耐久性以外，為了能用于制造汽缸曲軸箱，材料還必須要有高溫循環(huán)強(qiáng)度。目前通常使用AlSi合金用作熱載荷構(gòu)件，通過將所述合金與Cu(銅)形成合金來增加熱穩(wěn)定性，然而，其會增加熱開裂傾向并對可鑄造性具有不利作用。其中特別需要熱穩(wěn)定性的應(yīng)用主要在汽車生產(chǎn)的汽缸蓋的領(lǐng)域中遇到，參見例如F.J.Feikus"OptimierungvonAluminium-Silicium-GusslegierungenftirZylinderk6pfe，，[Optimizationofaluminium-siliconcastingalloysforcylinderheads],Giesserei國Praxis,1999，第2巻，50-57頁。US-A-3868250公開了一種用于制造汽缸頭的耐熱AlMgSi合金。除了通常的添加劑以外，該合金還包含0.6-4.5wto/o的Si、其中1~4.5wt"/。為游離Mg的2.5~11wt。/。的Mg和0.6~1.8wt。/o的Mn。WO-A-9615281公開了一種鋁合金，該鋁合金具有3.06.0wt。/o的Mg、1.43.5wt。/。的Si、0.5~2.0wt。/o的Mn、最大為0.15wt。/o的Fe、最大為0.2wt。/。的Ti和作為余量的鋁，另外的雜質(zhì)各自最大為0.02wt%、總計最大為0.2wt%。該合金適合用于對機(jī)械性能具有嚴(yán)苛要求的構(gòu)件。該^T優(yōu)選通過壓;^鑄造、觸變鑄造(thixocasting)或觸變^it(thixoforging)進(jìn)行加工。WO-A-0043560公開了用于通過壓模鑄造、擠壓鑄造、觸變成型(thixoforming)或觸變鍛造方法用于制造安全構(gòu)件的類似的鋁合金。該合金包含2.57.0wtYo的Mg、1.03.0wt。/o的Si、0.3~0.49wt"/o的Mn、0.1~0.3wt。/o的Cr、最大0.15wt。/o的Ti、最大0.15wt。/o的Fe、最大0.00005wt。/o的Ca、最大0.00005wt。/o的Na、最大0.0002wt。/o的P，各自最大0.02wt。/。的其它雜質(zhì)和作為余量的鋁。由EP-A-1234893獲知的AlMgSi型鑄il合金包含3.07.0wt。/。的Mg、1.7~3.0wtYo的Si、0.2~0.48wt。/o的Mn、0.15~0.35wt。/o的Fe、最大0.2wt%的Ti、還任選0.10.4wtY。的Ni和作為余量的鋁，以及由于制造導(dǎo)致的各自最大為0.02wt。/n、總計最大為(Uwt。/。的雜質(zhì)，另外的附帶條件是，鎂和>^本上以Mg:Si的重量比為1.7:1存在于合金中，該比例對應(yīng)于具有固相Al和Mg2Si的準(zhǔn)二元共晶的組成。該^r合適用于通過壓模鑄造、流變鑄造和觸變鑄造來制造車輛生產(chǎn)中的安全部件。EP-A-1645647公開了一種冷作硬化鑄造合金。該合金基于純度為99.9的Al的鑄造金屬，并包含6~11wt"/o的Si、2.0~4.0wt。/o的Cu、0.65~1.0wt。/o的Mn、0.5~3.5wt。/o的Zn、最大0.55wt。/o的Mg、0.01~0.04wt。/o的Sr、最大0.2wt。/。的Ti、最大0.2wtYo的Fe,并任選包含以下元素中的至少、一種0.010.08的4艮、0.01~1.0的^^、0.01~0.40的鎳、0.010.30的鎘、0.01-0.20的銦和最大0.001wt。/o的鈹。通過示例i兌明的一種^^金具有以下組成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。被稱為合金226(ENAC-46000)的AlSi9Cu3(Fe)型標(biāo)準(zhǔn)化鑄造合金具有8~11wt。/。的Si、最大1.30wt。/。的Fe、2~4wt。/。的Cu、最大0.55wt。/o的Mn、0.050.55wt。/。的Mg、最大0.015wt"/o的Cr、最大0.55wt。/o的Ni、最大1.20wt。/o的Zn、最大0.35wt。/o的Pb、最大0.25wt%的Sn、最大0.25wt。/o的Ti、各自最大0.05wt。/o并總計最大0.25wt%的其它元素，余量為鋁。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種用于制造能夠承受熱和機(jī)械載荷的鑄造構(gòu)件的具有良好熱穩(wěn)定性的冷作硬化鋁鑄造合金。該合金意圖主要適合用于壓;j^鑄造，但也適合用于硬型鑄造(gravitymouldcasting)、低壓模鑄造(low-pressuremouldcasting)和砂型禱造。本發(fā)明的一個特定的目的是提供用于通過壓模鑄造法制造的內(nèi)燃機(jī)特別是柴油發(fā)動機(jī)的汽缸曲軸箱的鋁合金。由該合金鑄造的構(gòu)件意圖冷作硬化之后具有較高的強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明可實現(xiàn)所述目的，其中所述合金包含11.0~12.0wt。/o的珪0.7~2.0wt"/o的鎂0.1~1wt。/。的錳最大1Wt"/n的鐵最大2wt"/。的銅最大2wt"/。的鎳最大1wt。/。的鉻最大1wt。/。的鈷最大2wt。/。的鋅最大0.25wt。/o的鈥最大40ppm的硼任選的80300ppm的鍶和作為余量的鋁，以及由于制造導(dǎo)致的各自最大0.05wt%、總計最大0.2wt。/。的另外的元素和雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的合金的第一優(yōu)選變體具有下列優(yōu)選的合金元素含量范圍11.2~11.8wt。/o的硅0.6~0.9wtVo的錳最大0.15wt。/。的鐵1.8~2.0wto/。的鎂1.8~2.0wt。/o的銅1.8~2.0wt。/。的鎳0.08~0.25wt。/o的鈥20~30ppm的硼。根據(jù)本發(fā)明的合金的第二優(yōu)選變體具有下列優(yōu)選的合金元素含量范最大0.15wt。/。的鐵1.8-2.0wt。/o的鎂1.82.0wt。/。的銅I.82.0wt。/o的鎳0.61.0wt。/o的鈷0.080.25wt。/o的鈥20~30ppm的硼。根據(jù)本發(fā)明的合金的第三優(yōu)選變體具有下列優(yōu)選的合金元素含量范圍II.211.8wt。/o的珪0.60.9wt。/o的錳11.211.8wt。/o的磋0.60.9wt。/o的錳最大0.15wt。/。的鐵0.71.0wtY。的鎂1.8~2.0wt。/o的銅0.51.0wt。/o的鉻1.72.0wt。/o的鋅0.08~0.25wto/o的鈥2030ppm的硼。添加錳可防止鑄件在鑄模中粘結(jié)。錳還顯著有助于熱硬化。較低的鐵含量導(dǎo)致高的延伸率并降低產(chǎn)生含F(xiàn)e的板狀物的風(fēng)險，該板狀物導(dǎo)致空洞增加并損害可機(jī)加工性能。高的Si含量導(dǎo)致非常良好的可鑄造性能并減少空洞。近共晶Al-Si成分還使得能夠降低鑄造溫度并因此延長金屬鑄模的壽命?？蛇x擇亞共晶Si含量以使得無一次Si晶體出現(xiàn)。通過添加鉻，可進(jìn)一步改4^金的脫模性能，并可增加強(qiáng)度值。鈷用于增加熱穩(wěn)定性。鈦和硼用于晶粒細(xì)化。良好的晶粒細(xì)化顯著有助于改善鑄造性能和W^性能。根據(jù)本發(fā)明的鋁合金的優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域是制造能夠承受熱和機(jī)械載荷的鑄造構(gòu)件作為壓模鑄造、鑄模鑄造和砂型鑄造，特別用于通過壓模鑄造法制造的汽車生產(chǎn)中的汽缸曲軸箱。具體實施例方式通過優(yōu)選的示例性實施例的以下描述，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和細(xì)節(jié)。通itS模鑄造法鑄造根據(jù)本發(fā)明的合金以形成壁厚為3mm的平拉伸試樣。M模鑄造鑄模中取出之后，試樣在靜止空氣中冷卻。在室溫(RT)、150°C、225。C和300。C下，對鑄態(tài)的拉伸試樣進(jìn)行力學(xué)性能屈服點(Rp0.2)、抗拉強(qiáng)度(Rm)和斷M伸率(A)的測定;并且在室溫(RT)和熱處理溫度(HTT)下，對分別在150。C、225°C和300。C下經(jīng)受500小時(500h)的各種一步熱處理后的拉伸試樣，進(jìn)行力學(xué)性能屈服點(Rp0.2)、抗拉強(qiáng)度(Rm)和斷裂延伸率(A)的測定。研究的合金如表l所示。表2、表3和表4給出了在各種溫度下對表1的合金的鑄態(tài)拉伸試樣測定的力學(xué)性能的結(jié)果。表5、表6和表7給出了在室溫(RT)和熱處理溫度(HTT)下對在各種溫度下熱處理500小時(500h)之后的表1的^r的拉伸試樣測定的力學(xué)性能的結(jié)果。長期試驗的結(jié)果確認(rèn)根據(jù)本發(fā)明的合金具有良好的熱穩(wěn)定性。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5:在RT和HTT下測試的不同溫度下熱處理500h之后的屈服點(RpO.2)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表7:在RT和HTT下測試的不同溫度下熱處理5OOh之后的斷裂延伸率(A)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種用于制造能夠承受熱和機(jī)械載荷的鑄造構(gòu)件的具有良好熱穩(wěn)定性的冷作硬化鋁鑄造合金，特征在于所述合金包含11.0~12.0wt。/。的珪0.7~2.0wt。/o的鎂0.11wt。/o的錳最大1wt。/。的鐵最大2wt。/。的鋅最大0.25wt。/。的鈥最大40ppm的硼任選的80-300ppm的鍶和作為余量的鋁，以及由于制造導(dǎo)致的各自最大0.05wt%、總計最大0.2wt"/。的另外的元素和雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金，特征在于11.211.8wt。/o的珪0.6-0.9wt。/。的錳最大0.15wty。的鐵1.8~2.0wt。/。的鎂1.8-2.0wt"/o的銅1.8~2.0wto/。的鎳0.08~0.25wt。/o的鈥2030ppm的硼。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金，特征在于(11.2~11.8wtYo的珪0.6~0.9wt。/o的錳最大0.15wt。/。的鐵1.8~2.0wt。/o的鎂1.82.0wt。/。的銅(I.8~2.0wt。/o的鎳0.6~1.0wt。/o的鈷0.08~0.25wt。/o的鈥2030ppm的硼。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金，特征在于II.2~11.8wt。/o的珪0.6-0.9wt。/。的錳最大0.15wt。/o的鐵0.71.0wt。/。的鎂1.8~2.0wt。/。的銅0.5~1.0wt。/。的鉻1.7(2.0wt。/o的鋅0.08~0.25wt。/o的鈥20~30ppm的硼。5.根據(jù)權(quán)利要求14中任意一項所述的鋁合金的用途，用于通過壓模鑄造法、模型鑄造法或砂型鑄造法制造能夠承受熱和機(jī)械載荷的鑄造構(gòu)件。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用途，用于在汽車生產(chǎn)中通過壓模鑄造法制造汽缸曲軸箱。7.根據(jù)權(quán)利要求14中任意一項所述的鋁合金的用途，用于在汽車生產(chǎn)中通過壓模鑄造法制造安全部件。8.由根據(jù)權(quán)利要求14中任意一項所述的具有良好熱穩(wěn)定性的冷作硬化鋁鑄造合金制成的鑄造構(gòu)件。全文摘要一種用于制造能夠承受熱和機(jī)械載荷的鑄造構(gòu)件的具有良好熱穩(wěn)定性的冷作硬化鋁鑄造合金包含11.0～12.0wt％的硅；0.7～2.0wt％的鎂；0.1～1wt％的錳；最大1wt％的鐵；最大2wt％的銅；最大2wt％的鎳；最大1wt％的鉻；最大1wt％的鈷；最大2wt％的鋅；最大0.25wt％的鈦；最大40ppm的硼；任選的80～300ppm的鍶和作為余量的鋁，以及由于制造導(dǎo)致的各自最大0.05wt％、總計最大0.2wt％的另外的元素和雜質(zhì)。該合金特別適用于通過壓模鑄造方法制造汽缸曲軸箱。文檔編號C22C21/02GK101311283SQ20081009773公開日2008年11月26日申請日期2008年5月23日優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日發(fā)明者達(dá)恩·德拉古林,魯?shù)细瘛じヌm克申請人:萊茵費(fèi)爾登煉鋁廠有限責(zé)任公司