鋁合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋁合金，其用于具有提高強度的部件，特別是用于汽車的結(jié)構(gòu)部件和底盤部件，所述具有提高強度的部件具有在熱處理后＞200MPa的延伸極限Rp0.2和同時＞6％的斷裂伸長率A，或在鑄造狀態(tài)下＞120Mpa的延伸極限Rp0.2和同時＞9％的高的斷裂伸長率A或在T6-熱處理后＞10％，所述鋁合金包含9-11.5重量％的硅，0.5-0.8重量％的錳，0.2-1.0重量％的鎂，0.1-1.0重量％的銅，0.2-1.5重量％的鋅，0.05-0.4重量％的鋯，0.01-0.4重量％的鉻，最多0.2重量％的鐵，最多0.15重量％的鈦，0.01-0.02重量％的鍶，和其余為鋁，以及總計最多0.5重量％的由于生產(chǎn)造成的雜質(zhì)。
【專利說明】?呂合金
[0001] 本發(fā)明涉及用于具有提高強度的部件，特別是用于汽車的結(jié)構(gòu)部件和底盤部件的 鋁合金，所述具有提高強度的部件具有在熱處理后> 200MPa的延伸極限RpO. 2和同時> 6%的斷裂伸長率A，或在鑄造狀態(tài)下> 120Mpa的延伸極限RpO. 2和同時> 9%的高的斷裂 伸長率A或在T6-熱處理后> 10%的斷裂伸長率。
[0002] 在以壓鑄方法制造的結(jié)構(gòu)部件的情況中，特別是在薄壁部件的情況中，以及也在 對于底盤部件應(yīng)用壓鑄方法的情況中，良好的流動性能和模具填充性能和凝固特性是決定 性的。特別是汽車工業(yè)對薄壁的結(jié)構(gòu)部件感興趣，因為在相同的部件功能的情況下由于使 用較少的材料獲得了重量優(yōu)點，這又導(dǎo)致生產(chǎn)成本和環(huán)境負荷的降低。
[0003] 今天，壓鑄技術(shù)的進一步發(fā)展允許制造具有高強度和高延性的復(fù)雜部件。底盤部 件在許多地方以其他的鑄造方法例如冷硬鑄造來制造。這是由于，以壓鑄法不能實現(xiàn)或在 足夠延性的情況下不能實現(xiàn)為確保安全運行所要求的強度。
[0004] 為了實現(xiàn)所要求的機械性能，特別是高的可延展性，在由AlSilOMnMg類型的壓鑄 合金制成的結(jié)構(gòu)部件和底盤部件的情況中，大都進行熱處理，例如按照T6 (固溶退火、淬火 和人工時效（warmausgelagert))或T7(固溶退火、淬火和過老化）。由此任意部件的鑄態(tài)組 織改變，其滿足了強度和斷裂伸長率方面的較高要求。處于鑄造狀態(tài)的這些類型的合金具 有大約I IOMPa的延伸極限RpO. 2和4-5 %的斷裂伸長率Α，而通過Τ6熱處理可以提高到超 過150MPa和至少7%的伸長率。這基于析出硬化的強化效應(yīng)，合金元素 Mg和Si參與其中。 此外，由于Si共晶體的成型提高了可延展性。這種熱處理例如如下地來進行：在450-535? 的溫度范圍固溶退火之后，在水中或在空氣中淬火至溫度低于大約l〇〇°C。通過所述固溶 退火，使合金元素通過擴散過程均勻細致地分布并通過淬火強制結(jié)合在a-Al中。此外，Si 共晶體被球化。該合金現(xiàn)在具有高的可延展性，但僅低的強度。通過隨后的在150_250°C下 的人工時效，形成精細的均勻分布的Mg 2Si析出物，其又提高了材料強度。根據(jù)T6熱處理的 溫度圖，能夠優(yōu)化在強度或斷裂伸長率方面的機械性能，由此可以通過合金塑造非常寬的 性能組合和因此塑造非常寬的產(chǎn)品組合（Produktfolio)。為了降低生產(chǎn)成本，T5熱處理， 即在150-250°C下的人工時效而沒有上述的固溶退火，也可符合。在此，由于形成Mg 2Si也 造成強度的提高，但是以較低的程度，因為從鑄造工具中取出的部件的淬火作用不太強，因 此a-Al中強制溶解的鎂的比例也下降。
[0005] 一個缺點是，由于合金組成，規(guī)定了 AlSilOMnMg類型的常見壓鑄合金關(guān)于硬化潛 力的極限和因此在恒定的高伸長率的情況下強度提高的極限。
[0006] 由于AlZnMg和AlMgCu-鍛造合金的較高的硬化潛力，其實現(xiàn)了對于延伸極限 RpO. 2而言最高600MPa的高得多的強度。在這些合金類型的情況中，強化效應(yīng)以合金元 素 Mg、Cu 和 Zn 的析出硬化（W. Hufnagel 等人，"Aluminium-Taschenbuch 14. Auflage"， Aluminium-Verlag DUsseldorf，1988,第46頁及隨后幾頁）為基礎(chǔ)。然而，這些合金由于 其易于熱裂以及其在鑄造工具中的粘合傾向是不適合于壓鑄的。
[0007] 除了對強度和伸長率的高要求外，作為以壓鑄方法制造的結(jié)構(gòu)部件或底盤部件的 進一步要求，也可提及鑄造工具的耐腐蝕性、焊接能力和使用壽命。另一個指標在于熱處理 后部件的尺寸穩(wěn)定性，以能夠確保無問題的車身裝配。
[0008] 繁雜的固溶退火處理除了熱處理本身的經(jīng)濟上的額外成本外，還具有這樣的缺 點，即部件由于突然的淬火而容易變形（Verzug)，這會導(dǎo)致機械修整和提高的次品率。
[0009] 本發(fā)明的目的是，提供鋁壓鑄合金，其由于提高的強度和同時高的伸長率，因而能 夠以壓鑄方法制造結(jié)構(gòu)部件以及底盤部件。所述結(jié)構(gòu)部件以及底盤部件優(yōu)選包含由于高的 機械要求（例如，> 200MPa的延伸極限RpO. 2并且斷裂伸長率> 6% )和部件幾何形狀，因 此更可能以壓鑄方法以外的其他方法來制造的底盤部件。此外，本發(fā)明的目的在于確保良 好的可鑄性和模具填充性。此外，所述合金應(yīng)當盡可能地允許盡可能多的連接技術(shù)，具有高 的尺寸穩(wěn)定性和好的耐腐蝕性。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，所述目的以此得到解決，即所述鋁合金由9-11. 5重量％的硅， 0. 5-0. 8重量％的錳，0. 2-1. 0重量％的鎂，0. 1-1. 0重量％的銅，0. 2-1. 5重量％的鋅， 0. 05-0. 4重量％的鋯，0. 01-0. 4重量％的鉻，最大0. 2重量％的鐵，最大0. 15重量％的鈦， 0. 01-0. 02重量％的鍶，和其余為鋁，以及總計最多0. 5重量％的由于生產(chǎn)造成的雜質(zhì)構(gòu) 成，由此在鑄造狀態(tài)下或在熱處理后，例如在T5、T6、T7或其他已知的熱處理后確保了提高 的強度和同時高的伸長率。所述人工時效也可以在其他工藝步驟，例如噴漆過程期間引入 到該部件。
[0011] 可通過合金的選擇有力地影響所要求的品質(zhì)（尤其是強度和伸長率方面的）的實 現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明以提高強度為目標的合金組成在此具有延伸極限RpO. 2 > 200MPa和斷裂 伸長率A > 10%的目標區(qū)間（Zielkorridor)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，所述合金具有高的硬化潛力，其被用在150和250°C之間的溫度下的 人工時效中。作為開發(fā)的結(jié)果已表明，通過混入少量的銅或鋅實現(xiàn)了在沒有損害伸長率的 情況下顯著的提高強度的效應(yīng)并具有足夠的耐腐蝕性。所希望的效應(yīng)通過添加0.1-1.0重 量％的銅，優(yōu)選地0. 15-0. 5重量％的銅（和更優(yōu)選地0.3-0. 5重量％的銅）和0.2-1. 5重 量％的鋅，優(yōu)選地0. 4-1. 5重量％的鋅獲得。此外，鋅的添加改善了鑄造性能和模具填充 性。
[0013] 以在上面提到的份額之內(nèi)的合適比例組合添加銅和鋅能夠在足夠的耐腐蝕性的 情況下再次提高強度。
[0014] 娃在合金中的份額為9-11. 5重量％。娃的合金化（Zulegieren)減小了凝固收縮 并因此有利于好的鑄造性能和好的模具填充性。
[0015] 由于上面所描述的析出硬化，0. 2-1. 0重量％的鎂，優(yōu)選地0. 2-0. 8重量％的鎂的 添加導(dǎo)致強度提高效應(yīng)。此外，以合適的比例添加銅和鋅降低了根據(jù)本發(fā)明的鋁壓鑄合金 的耐腐蝕性。
[0016] 混入鋯導(dǎo)致伸長率的提高，而同時沒有強度的下降，因為由此存在更精細的共晶 組織。根據(jù)本發(fā)明的壓鑄合金的鋯含量為0. 05-0. 4重量％。
[0017] 通過添加鍶，避免了形成粗的和針狀的AlSi共晶體。通過混入0. 01-0. 02重量％ 的鍶，如下地改變了該共晶體，即其形成細的和更確切地說片狀的結(jié)構(gòu)并且有利于避免未 改良（Nichtveredelung)或過度改良(Oberveredelung)。
[0018] 鉻的添加導(dǎo)致機械性能的進一步提高，在此的含量為0. 01-0. 4重量％，優(yōu)選 0· 01-0. 3 重量％。
[0019] 錳和鐵的組合含量顯著地影響鑄造工具的使用壽命和可脫模性。通過添加最多 0. 2重量％的鐵的和0. 5-0. 8重量％的錳含量實現(xiàn)所希望的效應(yīng)。優(yōu)點是，保持低的鐵含 量，以避免由于組織中形成針狀A(yù)lFeSi-相造成材料變脆。通過同時添加猛，抵制了低鐵熔 體對鑄造工具的過度腐蝕，并通過降低粘合傾向提高可脫模性和因此提高尺寸穩(wěn)定性。然 而，在同時添加鐵、錳和鉻的情況中，應(yīng)設(shè)定合適的比例，以避免形成重力偏析，因為這將不 利影響流動性能和粘合傾向。
[0020] 鈦的添加由于在鋁枝晶的形成期間提供核而引起a -Al的晶粒細化。鈦含量最大 為〇. 15重量％。
[0021] 在下面的實施例中顯示了所述新的鋁合金的其他優(yōu)點和特征，在此，本發(fā)明不僅 僅局限于這些實施例。
[0022] 多個壓鑄部件形式的試樣部件和兩個球狀試樣以壓鑄方法以具有下列合金組成 的兩種合金制成：
[0023]
【權(quán)利要求】
1. 侶合金，其用于具有提高強度的部件，特別是用于汽車的結(jié)構(gòu)部件和底盤部件，所述 具有提高強度的部件具有在熱處理后>200MI^的延伸極限化0.2和同時>6%的斷裂伸長 率A，或在鑄造狀態(tài)下> 120Mpa的延伸極限化0. 2和同時> 9 %的高的斷裂伸長率A或在 T6-熱處理后> 10 %的斷裂伸長率，所述侶合金包含9-11. 5重量％的娃，0. 5-0. 8重量％ 的鋪，0. 2-1. 0重量％的儀，0. 1-1. 0重量％的銅，0. 2-1. 5重量％的鋒，0. 05-0. 4重量％的 錯，0. 01-0. 4重量％的銘，最多0. 2重量％的鐵，最多0. 15重量％的鐵，0. 01-0. 02重量％ 的鎖，和其余為侶，W及總計最多0. 5重量％的由于生產(chǎn)造成的雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的侶合金，其特征在于，所述侶合金具有0. 4-1. 5重量％的鋒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的侶合金，其特征在于，所述侶合金具有0. 15-0. 5重量％的銅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的侶合金，其特征在于，所述侶合金具有0. 3-0. 5重量％的銅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的侶合金，其特征在于，所述侶合金具有0. 2-0. 8重量％的儀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的侶合金，其特征在于，所述侶合金具有0. 01-0. 3重量％的銘。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的侶合金在壓鑄與碰撞和強度相關(guān)的汽車的結(jié)構(gòu)部件和底盤部件 中的用途。
【文檔編號】C22F1/043GK104471090SQ201380020755
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月17日
【發(fā)明者】S·溫斯納, L·斯佩克特 申請人:喬治費歇爾壓鑄有限責任兩合公司, 喬治費歇爾有限責任兩合公司