[發明專利]含鎳過共晶鋁硅砂型鑄造合金

有效

• 申請號: 201480008061.0
• 申請日: 2014-02-11
• 公開（公告）號: CN105074027B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 雷蒙德·J·唐納修;特倫斯·M·科利爾里;凱文·R·安德森
• 申請（專利權）人: 布倫斯威克公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立,高為華

交叉參考相關申請

不適用。

關于聯邦資助的研究或開發

不適用。

光盤提交的引用合并資料

不適用。

背景技術

鋁硅合金的共晶結構早已進行了研究以確定合金的機械性能，參見美國專利號1,387,900和1,410,461。經過80多年對這種共晶結構的研究，本領域技術人員現在理解，僅以100ppm的濃度將鈉或鍶添加至共晶熔體中就改變了共晶硅相的尺寸和形態，致使合金的延展性顯著增加。

而且，過共晶鋁硅合金沒有在很大程度上用于砂型鑄造工藝，因為它們難以加工且因為初級生硅顆粒的尺寸在砂型鑄造冷卻速率下比在使用金屬模具的鑄造工藝的冷卻速率下更大。其結果是，需要控制鑄造的微觀結構，以達到可接受的機械加工性。在過共晶合金中達到滿意的機械加工性通常是通過將磷添加到合金熔體來細化初生硅顆粒的尺寸而實現的。然而，磷傾向于與普通熔體添加劑，如鍶和鈉，形成磷化物，而不是與鋁反應形成磷化鋁。這是有問題的，因為磷化鋁是過共晶鋁硅合金的共晶結構中形成初生硅的晶核。因此，含磷過共晶鋁硅合金的共晶結構幾乎總是不變的。

因此，磷細化的、固溶熱處理的、淬火并老化的過共晶鋁硅結構提供了用于機械加工的基線，但這個基線通常需要金剛石刀具進行適當的加工。相比之下，共晶鋁硅合金和亞共晶鋁硅合金，其中共晶硅結構用添加鍶或鈉改性，增加了延展性并更易于加工。然而，當亞共晶合金結構中的改性共晶與未改性結構比較時，鍶或鈉改性的共晶結構表現出與未改性結構幾乎相同的熱處理狀態下的機械加工性。人們認為，這種加工性的相同是由于共晶硅相作為連續相在共晶中存在，無論共晶改性或未改性。另外，由于相比于鑄造狀態，加工延展性較差的T6或T7熱處理狀態始終是更容易的，基礎金屬的性質對機械加工性存在相當顯著的影響。因此，不存在可以改善過共晶鋁硅合金的機械加工性的可預測處理。

過共晶鋁合金B391(AA B391)包括18～20％的按重量計的硅以求耐磨損性，0.4～0.7％按重量計的鎂用于老化以增加強度并具有最大值為0.2％的按重量計的鐵和銅以求良好的砂型鑄造特性，并且是由鋁業協會注冊用于砂型鑄造的唯一過共晶鋁硅合金。按重量計最大0.2％的銅成分可以確保(對于任何給定的硅含量)固化范圍，即，液相和固相線之間的溫度差，處于最小值。相比較而言，AA 390具有與AA B391相同的元素的范圍，只是AA 390具有4.5％按重量計的銅成分。因此，AA B391的窄固化范圍的發生主要是因為，相比于AA 390，顯著較低的銅成分提高了近100華氏度的固相線熔點。

AA B391的窄固化范圍是很重要的，因為初生硅比熔融合金密度小，比較不太可能在窄固化范圍的合金中漂浮及沉淀而分離。AA B391的低鐵和錳含量是可取的，并且對于固化緩慢的砂型鑄造過共晶鋁硅合金特別有吸引力。當在緩慢冷卻期間鐵相變大時，AA B391的機械性能顯著降低，因為鐵相的針樣形態導致了機械特性的下降。

從歷史上看，鎳是在第一次世界大戰期間開發的Y合金中(按重量計銅4％，按重量計鎳2％，按重量計鎂1.5％，余量的鋁)的必要元素。現今只存在于3個在鋁協會注冊的合金中，鎳的濃度為2％～3％的鎳。因此，已知鎳作為微量成分使用在一些鋁銅合金中，例如AA 242、AA 336和AA 393，其中該元素在高溫下賦予了高強度。AA 242具有的配方是3.7～4.5％按重量計的銅，1.2～1.7％按重量計的鎂，1.8～2.3％按重量計的鎳和余量為鋁。AA 336具有11～13％按重量計的硅，最大1.2％按重量計的鐵，0.5～1.5％按重量計的銅，0.7～1.3％按重量計的鎂，2.0～3.0％按重量計的鎳和余量為鋁。同樣地，AA 393具有的過共晶配方是21～23％按重量計的硅，按重量計最多1.3％的鐵，0.7～1.1％按重量計的銅，0.7到1.3％按重量計的鎂，2.0～2.5％按重量計的鎳和余量為鋁。