專利名稱：鋁合金鑄件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有良好耐熱性的鋁合金鑄件。
背景技術：
目前，對于受熱應力的零件，一般使用AlSi合金，其中耐熱性是通過向合金中加入Cu來實現的。但是，銅還會增強熱裂趨向，對鑄造性能有負面影響。特別要求耐熱性的應用主要是在汽車制造中的汽缸蓋領域，例如參見F.J.Feikus，“Optimierung von Aluminium-Silicium-Gusslegierungen für Zylinderkpfe”，Giesserei-Praxis 1999，第2冊，50-57頁。
WO-A-0043560公開了一種鋁合金，含2.5-7.0重量％Mg、1.0-3.0重量％Si、0.3-0.49重量％Mn、0.1-0.3重量％Cr、最多0.15重量％Ti、最多0.15重量％Fe、最多0.00005重量％Ca、最多0.00005重量％Na、最多0.0002重量％P、分別最多0.02重量％的其它雜質和余量的鋁，以用于制造硬模鑄造、模壓鑄造、觸變成形或觸變鍛造工藝中的安全零件。
發明內容
本發明的的目的在于提供一種適于受熱應力零件的制造的具有良好耐熱性的鋁合金。此合金尤其適合硬型鑄造、低壓冷硬鑄造和砂型鑄造。
由此合金鑄造的零件應當具有高強度以及高延展性。期望的零件機械性能如下屈服強度Rp0.2＞ 170Mpa抗拉強度Rm ＞ 230Mpa斷裂伸長A5 ＞ 6％由于其用途，合金的腐蝕趨向應保持盡可能低，且該合金必須具有相應的良好疲勞強度。合金的鑄造性能應當優于目前使用的AlSiCu鑄造合金，且合金應當無熱裂趨向。
術語“鑄件”不僅包括完全通過鑄造制造的純零件，還包括那些通過鑄造預制然后通過熱成型或冷成型形成成品尺寸的零件。
純鑄件的例子是那些完全通過砂型鑄造、硬型鑄造、低壓冷硬鑄造、硬模鑄造、觸變鑄造或模壓鑄造制造的零件。
對預鑄件進行的成型操作例如是鍛造和觸變鍛造。
本發明的目的是由具有以下組成的鋁合金實現的2-4重量％Mg0.9-1.5重量％Si0.1-0.4重量％Mn0.1-0.4重量％Cr最多0.2重量％Fe最多0.1重量％Cu最多0.2重量％Zn最多0.2重量％Ti最多0.3重量％Zr最多0.008重量％Be最多0.5重量％V以及余量的鋁，其中其它元素和在制造中引入的雜質的含量分別最多為0.02重量％且總量最多為0.2重量％。
各合金元素優選以下含量范圍Mg 2.5-3.5重量％，尤其2.7-3.3重量％Si 0.9-1.3重量％Mn 0.15-0.3重量％Cr 0.15-0.3重量％Ti 0.05-0.15重量％Fe 最多0.15重量％Cu 最多0.05重量％Be 0.002-0.005重量％V 0.01-0.1重量％Zr 0.1-0.2重量％合金元素的作用可以大致表征如下硅連同鎂產生相應的硬化，特別是熱硬化。優選熱處理到T6狀態，例如在550℃固溶退火12小時并接著在160-170℃人工老化8-10小時。
錳和鉻的組合產生在高達180℃的持續溫度下的良好耐熱性。
鈦和鋯用于晶粒細化。好的晶粒細化對提高鑄造性能有很大幫助。
鈹連同釩減少廢渣的形成。
根據本發明所述的鑄件的一個優選應用領域是受熱應力零件，特別是壓力容器、壓縮機外殼和發動機元件如汽車制造中的氣缸蓋。這些零件優選使用砂型鑄造或冷硬鑄造工藝制造。
本發明的其它優點、特征和細節記述在下面對優選實施例和附圖的說明中。
圖1-3本發明的合金與現有技術的對比合金在500小時的持續溫度載荷后的抗拉強度、屈服強度和斷裂伸長隨溫度的變化曲線。
具體實施例方式
對具有表1所示組成的根據本發明所述的合金AlMg3Si1MnCr和對比合金AlSi7MgCu1(F.J.Feikus，“Optimierung von Aluminium-Silicium-Gusslegierungen für Zylinderkpfe”，Giesserei-Praxis 1999，第2冊，50-57頁)在持續溫度載荷下的長期性能進行了比較。
表1合金的化學組成(重量％)
將根據本發明所述的合金在根據Diez的試驗棒模型中澆鑄成直徑16mm的圓棒。測量在不同溫度的500小時持續溫度載荷后圓棒在狀態T6(165℃/6小時)的機械性能即屈服強度(Rp0.2)、抗拉強度(Rm)和斷裂伸長(A5)。測量上述F.J.Feikus的零件，得到對比合金的相應測量值。結果圖示在圖1中。
雖然根據本發明所述的合金AlMg3Si1MnCr在屈服強度和抗拉強度方面沒有達到對比合金AlSi7MgCu1的峰值，但它的溫度性能“可變性較小”。此可變性在實施中具有破壞作用，溫度的輕微改變就會造成機械性能的巨大變化。本發明所述合金的屈服強度在直到約180℃都保持在大約同一水平，直到約200℃逐漸減少，只有在約200℃以上才開始連續減小。所述連續減小的梯度小于合金AlSi7MgCu1。
對于斷裂伸長，根據本發明所述的合金特征在于在直到180℃都是一個幾乎不變的值。高斷裂伸長值可以提供有利的斷裂/失效行為。在零件破裂前可以產生明顯的變形。在180℃以上，斷裂伸長連續增大。在對比合金AlSi7MgCu1中可以看到明顯的硬化效果。低伸長值導致不利的失效行為，即零件只輕微變形或根本不變形。在載荷峰處，零件毫無預兆地破裂。
權利要求
1.具有良好耐熱性的鋁合金鑄件，特征在于合金中含有2-4重量％Mg0.9-1.5重量％Si0.1-0.4重量％Mn0.1-0.4重量％Cr最多0.2重量％Fe最多0.1重量％Cu最多0.2重量％Zn最多0.2重量％Ti最多0.3重量％Zr最多0.008重量％Be最多0.5重量％V以及余量的鋁，其中其它元素和在制造中引入的雜質的含量分別最多為0.02重量％且總量最多為0.2重量％。
2.根據權利要求1所述的鑄件，特征在于合金中含有2.5-3.5重量％Mg，特別是2.7-3.3重量％Mg。
3.根據權利要求1或2所述的鑄件，特征在于合金中含有0.9-1.3重量％Si。
4.根據權利要求1-3中任何一項所述的鑄件，特征在于合金中含有0.15-0.3重量％Mn。
5.根據權利要求1-4中任何一項所述的鑄件，特征在于合金中含有0.15-0.3重量％Cr。
6.根據權利要求1-5中任何一項所述的鑄件，特征在于合金中含有0.05-0.15重量％Ti。
7.根據權利要求1-6中任何一項所述的鑄件，特征在于合金中含有最多0.15重量％Fe。
8.根據權利要求1-7中任何一項所述的鑄件，特征在于合金中含有最多0.05重量％Cu。
9.根據權利要求1-8中任何一項所述的鑄件，特征在于合金中含有0.002-0.005重量％Be。
10.根據權利要求1-9中任何一項所述的鑄件，特征在于合金中含有0.01-0.1重量％V。
11.根據權利要求1-10中任何一項所述的鑄件，特征在于合金中含有0.1-0.2重量％Zr。
12.根據權利要求1-11中任何一項所述的鑄件，所述鑄件是在砂型鑄造或冷硬鑄造工藝中制造的。
13.權利要求1-12中任何一項所述的鑄件在壓力容器、壓縮機外殼和發動機零件如汽車制造中的氣缸蓋中的應用。
全文摘要
一種具有出色耐熱性的鋁合金鑄件，合金中含有2－4重量％Mg、0.9－1.5重量％Si、0.1－0.4重量％Mn、0.1－0.4重量％Cr最多0.2重量％Fe、最多0.1重量％Cu、最多0.2重量％Zn、最多0.2重量％Ti、最多0.3重量％Zr、最多0.008重量％Be、最多0.5重量％V以及余量的鋁，其中其它元素和在制造中引入的雜質的含量分別最多為0.02重量％且總的最多為0.2重量％。
文檔編號C22C21/06GK1654694SQ20051000902
公開日2005年8月17日 申請日期2005年2月16日 優先權日2004年2月11日
發明者H·科赫, R·弗蘭克 申請人:萊茵費爾登煉鋁廠有限責任公司