[發明專利]適于高壓模具鑄造的鋁合金

在審

• 申請號: 201410094907.9
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104046854A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: Q.王;W.楊;J.R.特勞布
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22F1/043
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 董均華;譚祐祥

技術領域

本發明總體涉及一種被闡明為用于高壓模具鑄造(HPDC)的無銅鋁合金以及其鑄造物，所述鑄造物能夠在升高的溫度處以降低的孔隙率時效硬化，因此對于尤其是汽車行業中的應用擁有優良的機械性能。

背景技術

HPDC是用于金屬部件工業生產的有成本效率并且普遍的方法，所述金屬部件需要精確的尺寸一致性、低尺寸公差，并且其中平滑的表面光潔度是重要的。汽車產業中的制造現在越來越多地需要生產具有高拉伸性能和延展性的組合的近凈形鋁部件，并且HPDC為大量的小到中型尺寸的部件提供最經濟的生產方法。

鋁合金鑄造物占據大多數HPDC鑄造物，并且例如可在大范圍的汽車部件中找到。為了避免鑄造部件的間斷，熔融合金被足夠快速地噴射到模具空腔中，從而在空腔的任何部分開始固化之前填充整個空腔。因此，噴射在高壓下進行，并且熔融金屬隨著它被迫進入模具而受到湍流，并且隨后快速地固化。因此，被熔融合金替代的空氣有很少的時間逃逸，它們中的某些受困并且導致孔隙。鑄造物還包含由有機模具壁潤滑物的氣體蒸汽分解產品導致的孔隙，并且孔隙還可以導致固化期間的收縮。

由HPDC過程導致的孔隙的主要缺陷是，鋁合金鑄造物由通常具有響應于時效硬化的能力而不能被人工時效的鋁來制成，也就是說，他們不能以人工時效條件的高溫特性來處理。含有在高壓模具鑄造物中形成化合物的一種或多種氣體的內部孔隙，在升高的溫度處在常規溶液處理期間膨脹，從而導致在鑄造物上形成表面起泡。這些起泡的存在不僅影響鑄造物的外觀還影響尺寸穩定性，并且在某些情形中，它可能負面影響HPDC部件的特定機械性能。具體地，鋁合金HPDC鑄造部件不易于服從在諸如500℃的高溫下的固溶處理(T4)，從而顯著地降低了通過完整的回火T6和/或T7(等同地措辭為回火T4和T5的組合)熱處理來析出硬化的潛力。幾乎不能找到沒有大氣泡的常規處理的HPDC部件。

在Al-Si鑄造合金(例如，合金319、356、390、360、380)中，加強是通過在鑄造之后的熱處理來實現的，其添加了各種合金硬化溶質，包括但不限于Cu和Mg。鑄造鋁的熱處理涉及描述為時效硬化或析出加強的機制。熱處理(常規的T6和/或T8熱處理)大體上包括3個步驟的組合或其中的至少一個:(1)?在低于合金熔點的相對高的溫度固溶處理(也限定為T4)通常超過8小時或更多的時間，以便溶解其合金(溶質)元素并且以便均化或修改微結構；(2)固溶處理之后，在諸如水的冷或溫液體介質中快速冷卻或淬火，以便保持過飽和固體溶液中的溶質元素；(3)通過使合金在一段時間內處于適于通過析出實現硬化或加強的中間溫度來人工時效(T5))。固溶處理(T4)用于三個主要目的:(1)溶解將隨后導致時效硬化的元素，(2)不溶解的組成部分的球化，以及(3)材料中溶質濃度的均化。在T4固溶處理之后淬火將保持過飽和固體溶液(SSS)中的溶質元素，并且還形成過飽和的空位從而強化析出物的擴散和分散。為了使合金的強度最大化，應當防止淬火期間所有加強相的析出。時效(T5，自然或人工時效)形成加強析出物的受控分散。

T5時效通常具有三種類型的時效條件(見圖1)，它們通常被稱為欠時效、峰值時效和過時效。在預時效或者時效的初始階段處，形成紀尼埃-普雷斯(GP)區域和細小的可剪切析出物，并且所述鑄造物被認為是欠時效的。在這種條件下，鑄造物的機械性能(例如材料硬度和屈服強度)通常較低。增加在給定溫度的時間或在較高溫度時效進一步放出析出結構，從而將機械性能(例如硬度和屈服強度)增加到最大水平以便實現峰值時效/硬度條件。進一步時效降低硬度/屈服強度，并且鑄造物由于析出物粗化而變得過時效并且其結晶轉換變得不連貫。圖2示出了在170℃的溫度時效的鑄造鋁合金A356/357的時效響應的示例。對于在給定時效溫度測試的時效時段，鑄造物經歷了欠時效、峰值時效和過時效階段。

考慮到常規HPDC鋁部件不可避免地包含內部孔隙，人工時效(T5)變成為實現期望的機械性能而不導致起泡的非常重要的步驟。發生了時效導致的加強，因為在過飽和固體溶液中存在的保持的硬化溶質形成析出物，所述析出物細微地分散在細粒中并且所述析出物通過滑移和塑性流動來增加了鑄造物抗變形的能力。當時效處理導致形成至少一種類型的這些細微的析出物的臨界分散時，可以發生最大的硬化和加強。