[發明專利]利用壓力進行固溶熱處理的方法

在審

• 申請號: 201711402870.1
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108239731A
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 凱文·R·莫拉斯克;凱文·R·安德森;雷蒙德·J·多納休;克里斯托弗·J·米索斯基
• 申請（專利權）人: 布倫斯威克公司
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立;應風曄

本發明公開了一種使用壓力對高壓模鑄物體進行熱處理的方法。獲得高壓模鑄物體，并且在0.5與35KSI之間的壓力下或者在其間的任何壓力或壓力范圍下在700℉以上對其進行固溶熱處理至少2小時。這種利用壓力進行固溶熱處理的方法減少和/或消除了高壓模鑄物體上的起泡缺陷。通過利用壓力進行固溶熱處理的熱處理方法還允許在重新設計時提高屈服強度并且減少相應的重量，或者允許鑄造物體具有相當大的安全系數。

相關申請的交叉引用

本申請是2013年3月5日提交的美國專利申請號13/786,034的部分繼續申請，其全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本申請涉及高壓模鑄物體的熱處理，更具體地涉及利用壓力對高壓模鑄物體進行固溶熱處理。

背景技術&發明內容

高壓模鑄是一種用于大批量生產許多鑄造物體，包括但不限于船用螺旋槳、船用和車用發動機部件、車輛底盤、車輛閉合裝置、車輛結構體，以及先進的車身，的低成本且尺寸精確的鑄造工藝。全部鑄鋁中大約70％使用高壓模鑄工藝鑄造而成，主要使用鋁合金。在大批量生產中，高壓模鑄工藝在每磅成本的基礎上生產鑄件，與可選方法如永久鑄模鑄造或砂型鑄造相比，在更高的尺寸精度下，鑄件成本更低。

高壓模鑄工藝的缺點在于它導致鑄造物體具有比永久鑄模鑄造或砂型鑄造強度相對更低的強度。這種更低的強度是由于這樣的事實：高壓模鑄工藝使金屬以劇烈紊流的方式移動，在鑄造工藝期間將空氣截留在熔融金屬中。這些截留的空氣成為問題，因為，為了提高高壓鋁模鑄物體的強度，優選在鑄造之后對所述鑄造物體進行熱處理。強化鋁合金的典型熱處理是固溶熱處理和人工老化以達到T6處理條件。然而，高于700℉的熱處理不用于提高高壓模鑄物體的強度和延展性，因為在高于700℉的溫度下在固溶熱處理期間夾帶或截留在鑄件中的空氣通常會膨脹，在鑄造產品上或在鑄造產品中產生氣泡。氣泡導致表面光潔度的美觀問題，并且產生降低鑄件的機械性能的大孔。因此，常規的高壓模鑄是在“鑄態”條件下使用。對于許多低銅含量的合金，如鋁業協會合金367、360或361，在“鑄態”條件下，相關的屈服強度約為17KSI。

在傳統的固溶熱處理中，將鑄造物體放置在空氣爐、熔鹽浴或流化沙床中，并且用熱處理以發展寬范圍的機械性能并且實現通過其它方式無法達到的性能的組合。將高壓模鑄物體加熱到特定溫度以產生合金元素的過飽和溶液，然后在該溫度下將所述物體浸泡給定時間。隨后，在較低溫度下將模鑄物體快速淬火并且人工老化給定時間段。

在T6熱處理過程的固溶熱處理部分期間，鑄造物體可以承受高達1000℉的溫度高達12小時。在1000℉下，永久鑄模鑄造或砂型鑄造鋁合金鑄造物體將溶解給定合金的固溶體中存在的任何鎂，并且將使共晶硅熱變質，提供機械優勢。然而同樣，當高壓模鑄物體經受T6熱處理條件時，鑄件中的任何夾帶氣體在升高的溫度下將會體積膨脹，增加孔或缺陷內的壓力。在該高溫下的這種壓力增加和金屬的低機械性能的結果造成金屬塑性變形的情況，從而在內部或者在產生美觀問題和機械問題的表面處留下起泡缺陷。在本申請之前，通過在非常短的固溶時間(例如15分鐘)下對高壓模鑄物體進行熱處理來防止起泡缺陷。這種短的固溶時間無法實現共晶的充分變質，并且不會產生更長時間(例如2-12小時)的處理所產生的機械優勢。

因為熱處理通常使屈服強度增加一倍，所以對高壓模鑄物體進行熱處理仍是非常理想的。例如，如果沒有起泡缺陷出現來損害機械性能，則鋁合金高壓模鑄物體的T6熱處理將從“鑄態”條件下的17KSI增加到T6熱處理條件下的大約35KSI。而且，這種強度的大幅度增加將允許設計工程師重新設計零件，在考慮多種加載模式和零件幾何形狀時，所述零件通常實現了零件重量減少30％。