合金鑄材與合金制品的形成方法
【專利說明】合金鑄材與合金制品的形成方法 【技術領域】
[0001] 本發明涉及合金鑄材，更特別涉及其組成與成形方式。 【【背景技術】】
[0002] 近年來石油價格飛漲，在能源與環境的議題逐漸受重視的情況下，汽車、機車等運 輸工具的動力元件（如：潤輪增壓器、汽缸頭、排氣岐管等零組件）運用輕質的鉛合金材料 成為目前主要趨勢。目前汽機車等運輸工具的動力元件大多W傳統鑄造方式所制成，此傳 統制程對于產品外型與結構設計有所局限，需要繁瑣的CNC后加工與熱處理制程，其過程 費時、耗能、耗材，且對于形狀復雜的動力元件的加工難度則更高，加工程序復雜再加上加 工時間長，導致加工成本相當高。綜上所述，傳統鑄造方式非常不適合用于復雜結構且需兼 具多元需求的汽車、機車零組件開發。
[0003] 綜上所述，目前亟需新的鉛合金材料及其加工方式，W克服現有技術耗工耗時的 問題。 【
【發明內容】
】
[0004] 本發明一種實施方式提供合金鑄材，包括；97至99重量份的Al與Si ;0. 25至0. 4 重量份的化；W及0. 15至1. 35重量份的Mg、Ni、與Ti中至少兩者的組合。
[0005] 本發明一種實施方式提供合金制品的形成方法，包括：將上述合金鑄材氣體噴制 成粉末，再W激光增材制造 （laser additive manu化Cturing)燒結粉末W成形燒結體；W 及時效熱處理所述燒結體，W完成合金制品。 【【具體實施方式】】
[0006] 在下述內容中，將公開W激光增材制造燒結的方式制作運輸工具的動力元件。利 用激光增材制造燒結技術，可將傳統的H階段制程（成形+CNC后加工+熱處理）縮減成 增材燒結的單一制程。燒結體可近似成型（near net-shape),降低材料使用量，同時可W 解決難W加工成型結構件W及需要內部水路設計的動力元件的加工問題，同時降低材料用 量。為了使鉛合金粉體具耐高溫性與機械強度W達到汽、機車等運輸工具的動力元件規格 需求，同時能符合激光增材制造燒結制程，需調整鉛合金粉體組成W提升鉛合金粉體的高 溫機械強度。另一方面，可采用氣體噴粉使鉛合金塊材形成高真圓度的鉛合金粉體。
[0007] 在本發明一種實施方式中，合金鑄材粉體包括；97至99重量份的Al與Si ;0. 25 至0. 4重量份的化；W及0. 15至1. 35重量份的Mg、Ni、與Ti中至少兩者的組合。若化的 比例過高，則會降低鑄造流動性與耐蝕性。若化的比例過低，則降低鉛合金機械強度與機 械加工性。
[000引在本發明一種實施方式中，合金鑄材中的Si占6至8重量份，而合金鑄材中的Al 占89至93重量份。若Si的比例過高，則造成合金的延展性變差。若Si的比例過低，則會 降低鑄造流動性，鑄材硬度會降低。
[0009] 在本發明一種實施方式中，合金鑄材中的Mg占0.7至0.9重量份。若Mg的比例 過高，則造成合金的延展性變差。若Mg的比例過低，則降低鉛合金強度與耐磨性。在本發 明一種實施方式中，合金鑄材中的Ni占0. 1至0. 25重量份。若Ni的比例過高，則會造成 合金的延展性變差。若Ni的比例過低，則無法提升鉛合金材料的高溫機械性質。在本發明 一種實施方式中，合金鑄材中的Ti占0.05至0.2重量份之間。若Ti的比例過高，則易與 鉛合金材料中其他元素形成化合物，對合金材料的機械性質會造成負面影響。
[0010] 在本發明一種實施方式中，上述合金鑄材可用于形成合金制品。舉例來說，可先依 上述比例將A1、Si、化、Ni、Mg、與Ti烙融成合金塊材。接著將合金塊材氣體噴粉成粉末， 再W激光增材制造燒結噴出的粉末，W形成燒結體。在本發明一種實施方式中，上述粉末的 尺寸介于5 y m至35 y m之間。若粉末尺寸過大，則造成激光增材制造燒結后的燒結體表面 粗糖度過高，影響燒結體的精度。若粉末尺寸過小，則易造成粉體團聚，降低粉體的流動性， 影響激光增材制造制程中每一層粉體鋪粉后粉體厚度均勻性。在本發明一種實施方式中， 激光增材制造燒結的溫度介于66(TC至240(TC之間。若激光增材制造燒結的溫度過高，貝U 會造成鉛合金材料汽化。若激光增材制造燒結的溫度過低，則鉛合金材料會無法烙解。接 著時效熱處理燒結體，W完成合金制品。在本發明一種實施方式中，時效熱處理的溫度介于 15(TC至18(TC之間。若時效熱處理的溫度過高，則會過時效，析出相粒徑增大、顆粒數減少 及析出相密度變低，降低合金的硬度。若時效熱處理的溫度過低，則析出相析出不充分，硬 度提升效果變差。上述氣體噴粉、激光增材制造燒結、與時效熱處理的原理即所謂的3D列 印，燒結的合金粉末堆迭成形，可省略傳統車床加工消耗的原料，或傳統模具成形的模具。
[0011] 為了讓本發明的上述和其他目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉多個實施 例，作詳細說明如下：
[001引【實施例】
[001引 實施例1
[0014] 依據表1的41、51、化、1旨、化、與1'1的重量比例，先^高溫爐烙煉成鉛合金。接著 依序經過氣體噴粉、激光增材制造燒結、和時效熱處理（165°C，時間為6小時），且鉛合金燒 結體在時效熱處理前和時效熱處理后的硬度分析結果（W洛氏硬度機進行HRB標準硬度測 試，依據ASTM E18規范）如表1所示。鉛合金燒結體具有時效析出硬化的特性，其中W銅 含量為0. 3重量份和0. 4重量份的燒結體經時效熱處理后的硬度提升幅度最大。
[001引 表1
[0016]
[0017] 上述試片A1-A9的常溫抗拉強度（W Gleeble3500進行材料常溫拉伸強度測試， 依據ASTM E8規范）、常溫降伏強度（yield Strength) ( W Gleeble3500進行材料常溫降伏 強度測試，依據ASTM E8規范）、常溫伸長率（WGleeble3500進行材料常溫伸長率測試， 依據ASTM E8規范）、高溫抗拉強度（W Gleeble3500進行材料高溫拉伸強度測試，依據 ASTM E8 (E8M)&E21規范）、高溫降伏強度（W Gleeble3500進行材料高溫降伏強度測試，依 據ASTM E8 (E8M)&E21規范）、與高溫伸長率（W Gleeble3500進行材料高溫伸長率測試，依 據ASTM E8 (E8M)&E21規范）如表2所示。在考量材料強度與延性須兼顧的情況下，W Alg i.esSiyCuojMgo.sNio.isTio.i (A。和 Al9i.55Si7Cu〇.3Mg〇.7Ni〇.25Ti〇.2(A8)兩組鉛合金工件經過時效 處理后，常溫與高溫（25(TC )下的機械強度和伸長率最符合需求。
[001引 表2
[0019]
[0020」 頭她例Z
[0021] 固定娃、鎮、媒和鐵含量，并改變鉛合金粉體中銅含量進行合金烙煉，其成份重量 百分比如表3所示，再依序經過氣體噴粉、激光增材制造燒結、和時效熱處理（165°C，時間 為6小時）。表4為改性后鉛合金燒結體時效處理前和時效處理后的硬度，表5為試片 B1-B4的常溫抗拉強度、常溫降伏強度、常溫伸長率、高溫抗拉強度、高溫降伏強度、與高溫 伸長率，其測量標準同前述。在考量材料強度與延性須兼顧的情況下，W Algi.sSi本Ue.sMgc.sN 1。.21'1。.2度：3)經過時效處理后，硬度可達皿8 74.5且常溫下和高溫（250°〇下的機械強度 和伸長率也最符合需求。
[0022] 表 3
[0023]
[0027] 比較例I
[002引取市售的鉛合金材料AlSii0Mg(A360 ;振寓有限公司和AC4B(AlSi9Fei.2Cu4M%5Mgi. 0化0.52叫.。1'1。.25;振寓有限公司）同樣依序經過氣體噴粉、激光增材制造燒結、和時效熱處理 (165°C，時間為6小時），進行常溫下和高溫下的機械強度比較，結果如表5所示。本發明 開發的鉛合金粉體，在高溫環境（25(TC )下的高溫機械強度如抗拉強度扣T巧與降伏強度 燈巧均高于市售商品，因此更適于應用在汽機車動力元件相關產業。
[0029]表 5 [00301
[00引]比較例2
[0032] 選用與本發明的元素范圍W外的鉛合金材料，如表6所示，也同樣依序經過氣體 噴粉、激光增材制造燒結、和時效熱處理（165°C，時間為6小時），進行常溫下和高溫下的機 械強度比較，結果如表7所示。本發明開發的鉛合金粉體，在高溫環境（25(TC)下的高溫機 械強度如抗拉強度扣T巧與降伏強度燈巧均高于表6中四組鉛合金材料，因此更適于應用 在汽機車動力元件相關產業。
[0033] 表 6
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[003引雖然本發明已W多個實施例掲露如上，然其并非用W限定本發明，任何本技術領 域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作任意的更動與潤飾，因此本發明的 保護范圍當W所附權利要求書所界定的范圍為準。
【主權項】
1. 一種合金鑄材，包括： 97至99重量份的A1與Si ; 0.25至0.4重量份的Cu ;以及 0. 15至1. 35重量份的Mg、Ni、與Ti中至少兩者的組合。2. 如權利要求1所述的合金鑄材，其中Si占6至8重量份。3. 如權利要求1所述的合金鑄材，其中A1占89至93重量份。4. 如權利要求1所述的合金鑄材，其中Mg占0. 7至0. 9重量份。5. 如權利要求1所述的合金鑄材，其中Ni占0. 1至0. 25重量份。6. 如權利要求1所述的合金鑄材，其中Ti占0. 05至0. 2重量份。7. -種合金制品的形成方法，包括： 將權利要求1所述的合金鑄材氣體噴粉成粉末，再以激光增材制造燒結粉末以成形燒 結體；以及 時效熱處理該燒結體，以完成合金制品。8. 如權利要求7所述的合金制品的形成方法，其中該合金鑄材的粉末粒徑為5 μ m至 35 μ m〇9. 如權利要求7所述的合金制品的形成方法，其中激光燒結溫度為660°C至2400°C。10. 如權利要求7所述的合金制品的形成方法，其中時效熱處理該制品的溫度為150°C 至 180°C。
【專利摘要】本發明提供合金鑄材，其包括：97至99重量份的Al與Si；0.25至0.4重量份的Cu；以及0.15至1.35重量份的Mg、Ni、與Ti中至少兩者的組合。上述合金鑄材經氣體噴粉成粉末，再以激光增材制造燒結粉末以成形燒結體。時效熱處理燒結體，可完成合金制品。
【IPC分類】C22C21/02, C22C1/04
【公開號】CN105714161
【申請號】CN201410723012
【發明人】周育賢, 楊智超, 侯彥羽, 翁鋕榮, 陳溪山
【申請人】財團法人工業技術研究院