用于由輕質金屬合金制成的鑄件的激冷區微觀結構的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用 本申請要求提交于2014年10月24日的美國臨時申請號62/068219的權益。上面引 用申請的全部公開通過引用并入此文。
技術領域
[0002] 本公開涉及鑄造輕質金屬合金，例如鋁和/或鎂合金的方法，其中部件設計有利 于形成一個激冷區微觀結構（a chill zone microstructure)，從而獲得具有更高的強度 和更高的延展性的鑄造輕質金屬合金部件。
【背景技術】
[0003] 本部分提供了涉及本公開內容的不一定是現有技術的背景信息。
[0004] 輕質金屬組件在制造車輛，特別是汽車時已經變得越來越普遍，其中在燃料效率 和性能上的持續改進是所希望的。對于這樣的汽車應用，輕質金屬組件通常由鋁、鎂及其合 金構成。這樣的輕質金屬可以形成能夠承載的組件，并且需要強和硬而具有良好的強度和 延展性(例如伸長率)。高強度和延展性對于車輛(例如汽車)的安全性要求和耐久性尤其重 要。
[0005] 用于車輛的結構組件的一種示例性的輕質金屬合金是含鋁的合金。含鋁合金可通 過鍛造工藝，例如擠出、鍛造、沖壓或鑄造技術，如壓鑄、砂型鑄造、永久型鑄造、熔模鑄造等 來成型。在這樣的鑄造中，可以將熔融的金屬澆入鑄模中。熔融金屬遵照鑄模內的形狀，因 此當其冷卻和固化時采用了模腔的形狀。在金屬固化并形成部件之后，然后分離模具并從 部件移除。在壓鑄工藝中，將熔融金屬材料通常在壓力下通過限定一個或多個孔口或孔隙 的沖模。在穿過澆口、澆道和澆注系統到所述沖模之后，使熔融的金屬進入模腔，在此固化 以完成鑄造工藝。
[0006] 所有的鑄件在鑄件的外表面上具有非常薄的激冷區，這發生在靠近模具的較冷的 壁附近。激冷區具有不同于部件的其它區域的微觀結構。激冷區靠近內部的樹枝狀微觀結 構區域，其從激冷區延伸至鑄件的內部或中心。激冷區通常僅占部件總厚度的很小百分比。
[0007] 當鑄造合金時，在鑄造過程中的工業標準和局限性通常決定其中包括哪種合金材 料和合金成分。合金的選擇最終要滿足部件所需的樹枝狀微觀結構區域的性質，而所述激 冷區微觀結構通常被忽略。有時，激冷區在鑄造之后可以部分地被去除以滿足表面粗糙度、 表面外觀和/或裝配要求。強度和其它合金性質可以鑒于這些傳統的鑄造技術來進一步改 進。輕質金屬鑄件，例如鋁和鎂鑄件，需要與那些高強度鍛鋁和鋼沖壓件相稱的更高強度水 平。因此，存在持續的需要來改進鑄造工藝以由具有合適的鑄造性、強度和延展性以及其它 特性的合金形成改進的輕質金屬組件。
【發明內容】
[0008] 本部分提供了本公開內容的總體概述，而不是其整個范圍或全部特征的全面公 開。
[0009] 在一些方面，本公開內容提供了一種鑄造輕質金屬組件的方法。所述方法包括將 熔融的輕質金屬合金導入模具的型腔。將所述熔融的輕質金屬合金固化，然后從所述模具 移除固體輕質金屬合金組件。所述固體輕質金屬合金組件設計為具有至少一個區域帶有薄 壁。例如在一些變型方案中，所述固體輕質金屬合金組件的至少一個區域的至少一維小于 或等于大約2 _，從而使形成的激冷區微觀結構沿著所述固體輕質金屬合金組件的所述至 少一維延伸。
[0010] 在另一些方面，提供了鑄造輕質金屬組件的方法，其包括選擇含有輕質金屬的合 金。選擇所述合金以在鑄造固體組件中，尤其在對于鑄造固體組件結構特別重要的鑄件區 域中形成激冷區微觀結構。所述輕質金屬選自鋁、鎂及其組合。所述方法可以包括通過將 熔融的合金導入模具的型腔中而鑄造所述合金。然后，將所述熔融的合金固化并且從模具 作為固體組件移除。所述固體組件設計為在至少一個區域中具有薄壁。例如，所述固體組 件在所述至少一個區域中的至少一維可以為小于或等于大約2 _。以此方式，所述激冷區 微觀結構沿著所述固體組件的至少一維延伸。
[0011] 在還有另一些方面，鑄造輕質金屬車輛組件的方法包括將熔融的輕質金屬合金導 入限定車輛組件形狀的模具型腔中。所述輕質金屬合金包含鋁、鎂或者鋁和鎂的組合，以及 任選其它的預選以提供合適性能的元素。將所述熔融的輕質金屬合金固化，然后從模具作 為固體輕質金屬合金車輛組件移除。所述固體輕質金屬合金車輛組件的至少一維小于或等 于大約2 _，從而使激冷區微觀結構沿著所述固體輕質金屬合金車輛組件的所述至少一維 延伸。
[0012] 通過本文所提供的描述，進一步的應用領域將變得顯而易見。在
【發明內容】
中的描 述和具體實施例僅供說明目的，而并非旨在限制本公開的范圍。
【附圖說明】
[0013] 這里描述的附圖僅用于選擇的實施方案的說明性目的，而不是所有可能的實施， 并且不旨在限制本公開的范圍。
[0014] 圖1是傳統的輕質金屬鑄造系統的示例性示意圖，其具有設置在其中的固化的輕 質金屬部分；和 圖2是根據本公開內容的一些方面制造的輕質金屬鑄造系統的示例性示意圖，其中形 成僅具有激冷區微觀結構的固化的輕質金屬部分。
[0015] 相應的參考標號表不在整個附圖的幾個視圖中相應的部分。
【具體實施方式】
[0016] 下面參照附圖更具體地描述實施例實施方案。
[0017] 提供實施例實施方案以使得本公開將是徹底的，并使本領域技術人員完全理解本 發明的范圍。給出了大量具體的細節，例如具體組合物、組件、裝置和方法的實施例，以提供 本公開內容的實施方案的全面理解。本領域技術人員清楚的，不必采用具體的細節，實施例 實施方案可以體現在許多不同的形式，而且也不應該被解釋為限制本公開的范圍。在一些 實施例實施方案中，公知的工藝、公知的裝置結構和公知的技術沒有詳細描述。
[0018] 本文所用的術語僅用于描述特定的實施例實施方案的目的，而不意圖是限制性 的。如本文所用，單數形式"一種"、"一個"和"該"可以意圖也包括復數形式，除非上下文清 楚地另外指明。術語"包含"、"包括"、"含有"和"具有"都是包含在內的，因此指定所陳述 的特征、整數、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除存在或附加一個或多個其它的 特征、整數、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。本文所述的方法步驟、工藝和操作不應 被解釋為必須要求它們以所討論或示出的特定順序實施，除非特別指出為實施的順序。也 可以理解，可以使用附加的或可替代的步驟，除非另有說明。
[0019] 當一個組件、元件或層被稱為在另一元件或層"上"或者"接合到"、"連接到"或"耦 合到"另一元件或層時，它可以直接地在另一組件、元件或層上或者直接地接合、連接或耦 合到另一組件、元件或層，或者可以存在中間元件或層。相反地，當一個元件被稱為直接在 另一元件或層"上"或者"直接接合到"、"直接連接到"或"直接耦合到"另一元件或層時， 可以沒有中間元件或層存在。用于描述元件之間的關系的其它詞語應當以類似的方式理解 (例如，"之間"與"直接之間"、"相鄰"與"直接相鄰"等)。如本文所使用的，術語"和/或" 包括相關所列項的一種或更多種的任意和所有的組合。
[0020] 雖然術語第一、第二、第三等可以在本文中用來描述各種步驟、元件、組件、區域、 層和/或部分，但是這些步驟、元件、組件、區域、層和/或部分不應該受這些術語的限制，除 非另有說明。這些術語可以僅用于從另一個步驟、元件、組件、區域、層或部分區分一個步 驟、元件、組件、區域、層或部分。本文所用的術語，例如"第一"、"第二"和其它數字術語并不 暗示序列或順序，除非上下文明確說明。因此，下面討論的第一步驟、元件、組件、區域、層或 部分可以被稱為第二步驟、元件、組件、區域、層或部分，而不脫離實施例實施方案的教導。
[0021] 在空間或時間上的相對術語，諸如"前"、"后"、"內"、"外"、"之下"、"下面"、"低于"、 "上方"、"之上"等，可在本文中為了便于描述而用于描述附圖中所示的一個元件或特征相 對于另一元件(多個元件）或特征（多個特征）的關系。在空間或時間上的相對術語可以旨 在包括裝置或系統在使用或操作中除了在附圖中描述的取向之外的不同取向。
[0022] 對于"包括"某些步驟、成分或特征的一種方法、組合物、裝置或系統的任意描述應 當理解為，在某些替代的變型方案中，這樣的方法、組合物、裝置或系統也可以理解為"基本 上由"所列舉的步驟、成分或特征構成，因此從中排除了任何其它的可能實質性改變本發明 的基本和新穎特性的步驟、成分或特征。
[0023] 在整個本公開內容中，數值表示近似的度量或范圍限度以涵蓋可從給定的值和實 施方案具有提到的大約值以及那些具有確切提及的值的微小偏差。不同于在詳細描述的最 后中提供的工作實施例，在該說明書中，包括所附的權利要求中的參數(例如，數量或條件） 的所有數值，都應當理解為在所有情況下由術語"大約"修飾，無論"大約"是否實際出現在 該數值之前。"大約"表示所述的數值允許一些輕微的不精確性(與準確值接近；近似或合理 地接近該值；幾乎)。如果由于"大約"提供的不精確性與通常意義上在現有技術中的理解 不一致，則本文所用的"大約"至少表示由測量和使用這樣的參數的通常方法而可能出現的 偏差。如果，由于某種原因，由于"大約"提供的不精確性與通常意義上在現有技術中的理 解不一致，則本文所用的"大約"可以表示給出值的最多5%的可能偏差或者與