[發(fā)明專利]具有獨(dú)特微結(jié)構(gòu)的過共晶鋁?硅鑄造合金

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710791012.4
• 申請(qǐng)日: 2017-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN107815566A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷蒙德·J·多納休;凱文·R·安德森;特倫斯·M·克利;亞歷山大·K·門羅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 布倫斯威克公司
• 主分類號(hào): C22C21/02
• 分類號(hào): C22C21/02
• 代理公司: 上海旭誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立,陳娟

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)是2015年7月6日提交的、美國專利申請(qǐng)?zhí)枮?4/791,646的部份接續(xù)申請(qǐng)，而美國專利申請(qǐng)?zhí)枮?4/791,646的申請(qǐng)是2013年3月14日提交的、美國專利申請(qǐng)?zhí)枮?3/828,765的部份接續(xù)申請(qǐng)，它們以全文引入的方式并入本文以供參考。

關(guān)于聯(lián)邦政府資助研究和開發(fā)領(lǐng)域的申明

不適用。

用光盤遞交的引用參考材料

不適用。

背景技術(shù)

鋁硅合金的共晶結(jié)構(gòu)早已被研究以確定合金的機(jī)械性能，參見美國專利號(hào)1,387,900和1,410,461。在研究這種共晶結(jié)構(gòu)80多年之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在理解到：將僅100ppm濃度的鈉或鍶添加到共晶熔體中改變了共晶硅相的尺寸和形態(tài)，導(dǎo)致合金延展性的顯著提高。

然而，由于過共晶鋁硅合金難以機(jī)械加工，且由于初晶硅顆粒尺寸在砂型鑄造冷卻速度上比在使用金屬鑄模鑄造工藝的冷卻速度上大，過共晶鋁硅合金沒有在很大程度上用于砂型鑄造工藝中。結(jié)果是，需要控制鑄件的微結(jié)構(gòu)以獲得可接受的機(jī)械加工性。在過共晶合金中獲得可接受的機(jī)械加工性典型地是通過向合金熔體中添加磷以改善初晶硅顆粒尺寸來完成。但是，磷更易與常用熔融添加物如鍶、鈉生成磷化物而不與鋁反應(yīng)生成磷化鋁。這就成為一個(gè)問題，因?yàn)榱谆X是過共晶鋁硅合金的共晶結(jié)構(gòu)中初晶硅形成的核。相應(yīng)地，含磷過共晶鋁硅合金的共晶結(jié)構(gòu)通常是未變質(zhì)的。

因此，細(xì)化磷、溶液熱處理、淬火和老化的過共晶鋁硅結(jié)構(gòu)為機(jī)械加工性提供基線，然而，該基線對(duì)于適合的機(jī)械加工性通常需要金剛石工具。相反，共晶鋁硅合金和過共晶鋁硅合金，其中共晶硅結(jié)構(gòu)用鍶或鈉添加變質(zhì)，具有增強(qiáng)的延展性，且易于機(jī)械加工。但是，當(dāng)過共晶合金結(jié)構(gòu)中的變質(zhì)共晶與未變質(zhì)結(jié)構(gòu)比較時(shí)，鍶或鈉變質(zhì)的共晶結(jié)構(gòu)在熱處理?xiàng)l件下呈現(xiàn)出與未變質(zhì)結(jié)構(gòu)幾乎相同的機(jī)械加工性。據(jù)信，這種機(jī)械加工性的相同是由于共晶硅相在共晶中作為一個(gè)連續(xù)相出現(xiàn)，而不論共晶是變質(zhì)的或未變質(zhì)的。另外，相比于鑄態(tài)條件，較易延展的T6或T7熱處理?xiàng)l件通常易于機(jī)械加工，堿金屬特性對(duì)機(jī)械加工性有相當(dāng)顯著的影響。相應(yīng)地，不存在可預(yù)見提高過共晶鋁硅合金的機(jī)械加工性的處理。

過共晶鋁合金B(yǎng)391(AA B391)包括按重量計(jì)18至20％的硅用于耐磨、按重量計(jì)0.4至0.7％的鎂用于增加應(yīng)力的時(shí)效響應(yīng)，并具有最大量的鐵，以及按重量計(jì)0.2％的銅用于良好的砂型鑄造特性，其是唯一由鋁業(yè)協(xié)會(huì)登記的用于砂型鑄造的過共晶鋁硅合金。按重量計(jì)0.2％的最大量銅組成保證了(對(duì)任何給定的硅含量)固化范圍，即液相線和固相線之間的溫差在最小值。相比之下，AA 390具有與AA B391相同的元素范圍，除了AA 390具有按重量計(jì)4.5％的銅組成。這樣，相比于AA 390，AA B391的窄固化范圍首先出現(xiàn)，因?yàn)轱@著更低的銅組成將固相線的熔點(diǎn)提高近100℉。

AA B391的窄固化范圍很重要，因?yàn)槊芏刃∮谌廴诤辖鸬某蹙Ч璨淮罂赡茉谡袒秶暮辖鹬谐恋頃r(shí)浮起并分離。AA B391的低鐵和錳含量是理想的，對(duì)于緩慢固化的砂型鑄造過共晶鋁硅合金尤其具有吸引力。當(dāng)鐵相在緩慢冷卻過程中長大時(shí)，AA B391的機(jī)械性能明顯退化，因?yàn)殍F相導(dǎo)致的類似針狀形態(tài)使機(jī)械性能退化。

從歷史的觀點(diǎn)上，鎳是Y合金(按重量計(jì)4％的銅、按重量計(jì)2％的鎳、按重量計(jì)1.5％的鎂，剩余為鋁)中的必需元素，鎳在第一次世界大戰(zhàn)期間得到發(fā)展。現(xiàn)今，使用鎳以2％和3％之間的鎳濃度僅存在于三種鋁業(yè)協(xié)會(huì)登記過的合金中。因此，已知在一些鋁銅合金中使用鎳作為次要組分，如AA 242、AA 336和AA 393，其中，該元素在高溫賦予高強(qiáng)度。AA 242具有按重量計(jì)3.7至4.5％的銅、按重量計(jì)1.2至1.7％的鎂、按重量計(jì)1.8至2.3％的鎳、剩余為鋁的組成。AA 336具有按重量計(jì)11至13％的硅、按重量計(jì)1.2％的最大量鐵、按重量計(jì)0.5至1.5％的銅、按重量計(jì)0.7至1.3％的鎂、按重量計(jì)2.0至3.0％的鎳，剩余為鋁。類似地，AA 393具有以下過共晶組成：按重量計(jì)21至23％的硅、按重量計(jì)1.3％的最大量鐵、按重量計(jì)0.7至1.1％的銅、按重量計(jì)0.7至1.3％的鎂、按重量計(jì)2.0至2.5％的鎳，剩余為鋁。