專利名稱：改進疲勞強度的鋁合金零件及其生產方法
技術領域：
本發(fā)明涉及改進疲勞強度的鋁合金零件，以及所述這些零件的生產方法。
眾所周知，鋁的重量比鋼鐵輕三倍，并有良好的抗腐蝕性能。在熔制合金時，鋁中加入如銅、鎂等金屬，它的機械強度就得到顯著的改進。而且，加入硅后，使產品具有很高的耐磨性。這些合金攙入諸如鐵、鎳、鈷、鉻和錳等其他元素后，導致得到一個綜合考慮的性能，是生產車輛的發(fā)動機、活塞、汽缸等零件的一種非常合適的材料。
歐洲專利144898中講述了一種鋁合金，它以重量計含有10-36%硅，1-12%銅，0.1-3%鎂，以及2-10%至少選擇鐵、鎳、鈷、鉻、錳一群元素中的一種元素。
這種合金能夠用于航空和車輛工業(yè)零件的生產。所述這些零件，除了模壓、拔制之外，可用粉末冶金來獲得，它使用了在250℃和550℃之間的溫度下，一次中間熱處理階段。
雖然這些零件能達到上文中所涉及的各種性能，但并沒有論及在疲勞強度方面的適用問題。專家都知道，疲勞表示在經受了一系列間斷性應力的作用后，材料的金屬結構發(fā)生了一種永久的、局部的以及逐漸發(fā)展的變化，在所述應力作用下，隨著周期的變化，它能導致裂紋，甚至會導致零件斷裂;這時它們的強度通常比在連續(xù)應力作用下，為了使材料拉斷所需要施加的力明顯的要低得多。就是這個理由，在歐洲專利144898中所給出的彈性模量、抗拉強度以及硬度值，不能把合金的疲勞強度考慮進去。
然而，對桿件或活塞銷之類零件來說，使它們動態(tài)受力和遭受斷續(xù)的應力，具有一個良好的疲勞強度是很重要的。
考慮了這個問題，本申請人發(fā)現以包括在上述資料范圍內的各種合金為基礎制造的零件，存在一個疲勞強度問題，這在某些用途上可能是很合適的，但所述性能是可以通過改變它的成分來得到改進的。因此，申請人已發(fā)展了一種鋁合金，以重量計含有11-22%硅，2-5%鐵，0.5-4%銅，0.2-1.5%鎂，而且它的特點在于還含有0.4-1.5%鋯。
申請人注意到，除了其他元素之外，這種合金元素鋯，在量上至少應為0.4%，以便有一個相適應的效果，但是不能超過1.5%，(超過了并沒有明顯的改進);結果，并不損害用早先的合金技術所能獲得的其他性能，或它們的機械加工性能。
本發(fā)明還涉及到從這樣的合金獲得零件的生產方法。
在制備具有所述成分的合金以后，使之在900℃以上溫度下熔化，以便避免任何過早淀積現象，然后使它受到快速的固化。由于元素如鐵和鋯在合金中只是極輕微的可熔化的，為了獲得符合所需要特性的零件，通過盡快冷卻，以防止這些元素產生任何粗的、不均勻的淀析是極其重要的。
有幾種產生這種快速固化的方法
或者借助于氣體，使熔化了的金屬霧化，或者用機械霧化，繼之在氣體(空氣、氦氣、氬氣)中冷卻;都能導致粉末的晶粒大小在400μm以下，然后在單軸的或等壓的壓機上，冷壓或熱壓成形，然后再拔制和/或鍛造;
或者將熔化了的合金噴射到一個冷卻的金屬平面上，這叫“熔體紡絲”或“平面中間鑄型法”，如在美國專利4389258和歐洲專利136508中所發(fā)表的關于那方面的敘述，它可導致金屬條厚度小于100μm，然后如上文所敘述的模壓成形。
或者在一種氣流中，將熔化了的合金，噴向一個基底，稱之為“噴射熔敷(SPraydeposition)”，在英國專利1379261中所舉的例子那樣，它能導致粘著沉積，例如可通過鍛造、拔制或模鍛充分鍛鑄成形。
這個清單顯然是不詳盡的。
為了進一步改進淀積結構，在任意經受機械加工后，使零件在溫度480℃和530℃之間，經受1到10小時的熱處理，然后在水中硬化，再在溫度150℃和200℃之間，經受2到32小時回火，以改進它們的機械特性。
下面的應用實例將有助于更好地理解本發(fā)明。
制備6種合金，其組成(以重量計)如下合金編號硅%鐵%銅%鎂%鋯%鋁%1183.031.0-余數2183.031.01″3125.011.51.2″4154.0110.6″
5204.0110.8余數6125.030.80.2″合金1，2和3是用粉末冶金獲得，也就是它們是在溫度900℃下熔化，在氮氣氛中霧化成晶粒大小為300μm的顆粒，然后在等壓力的壓機中，在300Mpa壓力下模壓，然后再拔制成直徑為40毫米的棒。
合金4，5和6使用的是噴射熔敷法所制成的，當噴射時所得到的沉積物是呈園柱形坯段，然后用這坯段拔制成直徑為40毫米的棒。從兩種生產過程所得到的這些金屬棒，然后在溫度490℃和520℃之間經受2小時的熱處理，用水硬化，并在溫度160℃和190℃之間暴露8小時。
在它們每一個試件上，一方面進行測定楊氏模量，另一方面進行測定標準0.2%彈性極限，致斷載荷和依次在20℃和150℃的溫度下，保持100小時后的延伸率;同時測定在20℃溫度下，在107次循環(huán)以后的疲勞極限，以及極限率;極限率的定義是疲勞極限和致斷載荷之間的比值。
測試的結果在下表中給出123456楊氏模量(Gpa)879189909584在20℃溫度下拉伸RO，2Mpa350390380387400355RmMpa430460442455470433A%2.53.05.03.81.02.0
在150℃溫度下保持100小時后的拉伸Ro，2Mpa290320315323327288RmMpa385390387393398380A%5.06.08.05.02.06.0在20℃溫度下經107循環(huán)后的疲勞極限(Lf)150185192190188155(輪流的彎曲)極限率(Lf/Rm)0.350.400.430.420.400.36鋯導致對疲勞強度有明顯的改進，它在限度150至192Mpa是合格的。
在用噴射熔敷和熔體紡絲或平面中間鑄型法所得到的零件上，也獲得相同的結果。
權利要求
1.疲勞強度得到改進的鋁合金零件，如特殊的桿件之類，除鋁外以重量計含有11～22%硅，2-5%鐵，0.5-4%銅，0.2-1.5%鎂，其特征在于含有0.4-1.5%鋯。
2.獲得權利要求1中另件的方法，其特征在于，合金在熔化狀能經受快速的固化，成形，在溫度480℃和520℃之間熱處理，在水中硬化，在溫度150℃和200℃下回火。
3.權利要求2所述的方法，其特征在于發(fā)生快速固化，是使用霧化，噴射熔敷或熔體紡絲法所構成的工藝規(guī)程。
全文摘要
本發(fā)明是關于疲勞強度得到改進的鋁合金零件，以及它們的生產方法，這些零件是用一種合金制成，這種合金以重量計含有11-22％硅，2-5％鐵，0.5-4％銅，0.2-1.5％鎂，它的特點是含有0.4-1.5％鋯。獲得組成相同的合金的方法，是將熔化狀態(tài)的合金快速固化，成形，在溫度480℃和530℃之間熱處理，在水中硬化然后在溫度150℃和200℃下回火。這些零件尤其較多的用作桿件和活塞銷。
文檔編號C22C21/04GK1034585SQ8810836
公開日1989年8月9日 申請日期1988年12月6日 優(yōu)先權日1987年12月7日
發(fā)明者珍尼·弗蘭西斯·福萊 申請人:塞格杜爾·皮奇尼鋁加工公司