CN104350165A - 具有特别是再生铝的、基于铝-硅的压铸合金 - Google Patents

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Abstract

说明了一种具有特别是再生铝的、基于铝-硅的压铸合金。为了能够满足对强度、延展性和耐腐蚀性的要求提出：压铸合金具有6-12重量％的硅(Si)，至少0.3重量％的铁(Fe)，至少0.25重量％的锰(Mn)，至少0.1重量％的铜(Cu)，0.24至0.8重量％的镁(Mg)和0.40至1.5重量％的锌(Zn)，且，所述压铸合金具有：50至300ppm锶(Sr)，和/或20至250ppm钠(Na)，和/或20至350ppm锑(Sb)，以及至少一个下述组分：最多0.2重量％的钛(Ti)，最多0.3重量％的锆，最多0.3重量％的钒(V)，以及作为余量的铝以及制造所决定的、无法避免的杂质，其中，压铸合金中的Fe和Mn的总份额总计为最高1.5重量％，Fe和Mn的重量百分比的商数为0.35至1.5，Cu和Mg的重量百分比的商数为0.2至0.8。

Description

具有特别是再生铝的、基于铝-硅的压铸合金
技术领域
本发明涉及一种具有特别是再生铝的、基于铝-硅的压铸合金。
背景技术
物美价廉的压铸合金例如可以由铝废料取得，然而通常不利地包含不期望地高的杂质(以铁、铜、锌合金份额的形式)(EP1111077A1)。这不仅会导致延展性潜力降低，而且还会对压铸合金的强度以及淬火敏感性产生负面影响。对合金元素的相互权重的极为不同的措施，以及添加合金的多种建议由现有技术已知，特别是为了由此抵消杂质的负面影响。
因此，由文献JP9-003610已知一种压铸合金，其带有5-13重量％的硅，最大0.5重量％的镁，0.1至1.0重量％锰和0.1至2.0重量％的铁。在此，锰应当抑制Al-Fe-Si针形晶体的形成，以便避免强度降低。此外，为了得到铸造性能，应当将镁维持在尽可能小的、最大0.5重量％的含量。在JP9-003610中，压铸合金没有考虑铜杂质和锌杂质(如其在再生铝中以显著的量存在的那样)。
文献DE102004013777B4建议了一种压铸合金，其带有5至18重量％的硅、0.15至0.45重量％的锰、0.2至0.6重量％的铁、0.3至0.5重量％的镁、可能有0.1至0.5重量％的铜，以及4至5重量％的锌。最大0.5重量％的镁含量应当避免Mg-Fe-“pi”相的生成，以便因而获得延展性。铜应当改善合金的热拉强度，其中，锌的含量应当限制在4至5重量％，以便因此调整合金的强度和淬火敏感性。然而可能不利的是合金元素的这样的、特别是通过相对高的锌含量的组成，具有小的耐腐蚀性，这会导致由此制造的压铸件的安全技术限制。
另外，由文献DE102009012073A1已知了压铸合金，其带有9至11重量％的硅、最大0.6重量％的铁、0.2至0.6重量％的锰、0.05至0.4重量％的铜、0.2至0.35重量％的镁和最高0.35重量％的锌。尽管文献DE102009012073A1涉及再生铝，通过设置得相对低的、允许的铜、锌含量的下限，相对限制了能使用的再生铝的范围。此外，这样的组成不能实现相对高的强度、延展性和可铸性。类似情况由文献DE102005061668A1已知，根据该文献，压铸合金中的锌含量维持在0.05重量％以下。
发明内容
因此，本发明的目的在于，由开始所描述的现有技术出发，提供一种基于铝-硅的压铸合金，其尽管使用了再生铝，还是可以实现下述压铸部件：其对强度、延展性和化学反应耐受度、特别是耐腐蚀性有高要求。此外，压铸合金应当在压铸技术上可以确保复杂变形，以及出色的去变形能力，以及在由该合金所制造的构件中提供出色的可加工能力。
由如下实现了本发明的目的，即,一种压铸合金，其具有：
6至12重量％的硅(Si)，
至少0.3重量％的铁(Fe)，
至少0.25重量％的锰(Mn)，
至少0.1重量％的铜(Cu)，
0.24至0.8重量％的镁(Mg)，
0.40至1.5重量％的锌(Zn)，
且，所述压铸合金具有：
50至300ppm锶(Sr)，和/或
20至250ppm钠(Na)，和/或
20至350ppm锑(Sb)，
以及至少一个下述组分
最多0.2重量％的钛(Ti)，
最多0.3重量％的锆，
最多0.3重量％的钒(V)，
以及作为余量的铝以及制造所决定的、无法避免的杂质，
其中，压铸合金中的Fe和Mn的总份额总计最高为1.5重量％，Fe和Mn的重量百分比的商数为0.35至1.5，Cu和Mg的重量百分比的商数为0.2至0.8。
通过允许有相对多的重量％的杂质(像根据本发明为铁、铜、锌所建议的)可以提供基于铝-硅的、物美价廉的压铸合金，因为实质上降低了，甚至完全取消了原生铝的份额，因而可以增加地采用再生铝，用于生成铸件。然而，通过使压铸合金的合金组分根据本发明强迫进入特定的含量界限内，以便因而接近由原生铝已知的参数(例，强度值、延展性值、化学反应耐受度、可加工性和/或可铸性)。
Fe,Mn：
因此，Fe和Mn的重量百分比的商值0.35至1.5导致，尽管有相对高的铁含量，在结构中的β相(例如：Al5FeSi/Al8.9Fe2Si2)(该相以针状体析出)的形成可以显著降低。可以预计，α相会越来越多地出现，该相由于根据本发明的、至少0.25重量％的锰含量作为Al15(FeMn)3Si2出现。该α相以球形结晶，并且可以由于其紧凑的结构对于延展性具有，相比由针形β相所已知的更为有利的影响。可以如此确保带有相对高的延展性的压铸合金。通常还能提及，通过Fe/Mn的这种比例，结合高冷却速率(例如通过加速冷却)，可以把它的相维持得相对较小，并且因而将对结构的影响维持得相对较小。如果额外地将压铸合金的Fe和Mn的总份额限制在最大1.5重量％，即使在压铸方法应用通常执行的高的冷却速率时，也可以进一步降低粗α相的形成。对Fe和Mn的浓度规定因此特别对于压铸合金的延展性是必要的。
Cu,Mg:
通过引入和调整镁过量，具体而言，Cu和Mg的重量百分比的商值为0.2至0.8，并且考虑到，设置0.1重量％的铜和0.24至0.8重量％的Mg，存在的铜可以基本上结合入优选形成的Q相(Al5Cu2Mg8Si6)。因此，该浓度规定可以降低结构中易腐蚀相的形成(像例如Tao相，Al5Cu4Zn或Theta相，Al2Cu)，从而，尽管有相对高的Cu的重量百分比(其根据本发明用于改善压铸合金的人工时效)，还可以保持高耐腐蚀性。此外，可以通过镁过量改善合金的时效硬化机制，这是因为，镁的一部分结合入Q相(Al5Cu2Mg8Si6)，并且可以在这方面克服已知的界限，其通过Mg2Si的过量沉积调整出初相(Vorphase)。对铜和镁的浓度规定因此可以在强度和化学反应耐受度方面满足对压铸合金的高要求。另外，通过所建议的铜和镁的浓度比例可以实现：改善的可加工性，特别是对于由压铸合金制成的零件的可焊接性和可铆接性方面的可加工性。
Mg,Fe,Mn:
此外可以确定，相对铜引入和/或调整出上述的镁过量还可以用于，将压铸合金的提高的铁含量结合入pi-相(Al8FeMg3Si6)中。由此，一方面，降低损害延展性的β相(例如：Al5FeSi/Al8.9Fe2Si2)，因为为形成该β相提供了较少的铁，而另一方面，特别是可以因此在压铸合金中降低锰含量，这是因为，可以采用pi相(例如：Al8FeMg3Si6)来容纳铁。压铸问题(通常由于提高的锰含量为了对铁效应进行补偿而承受该问题)可以因而得到减轻。复杂的变形以及卓越的去变形能力可以通过特别的镁、铁、锰的含量界限结合它们的浓度规定得以确保。
Zn:
合金的强度(例如通过初相Mg2Si和Q相Al5Cu2Mg8Si6表现出来)可以通过混晶退火借助锌嵌入进一步改善。为此，可以在0.40至1.5重量％的含量界限中调整锌。另外，这可能是对于压铸合金的延展性是必要的。对于压铸合金，因而可以降低相对高的镁含量对于延展性的、可能的负面影响。此外，根据本发明的锌含量界限对于改善该压铸合金的可铸性是有利的，其中，由于所建议的锰的含量界限，在压铸合金中在这方面的负面影响可以尽可能地得到补偿。
基于铝-硅的、在合金组分铁、锰、铜、镁和锌组分上均衡的压铸合金因此可以对相对高的延展性、耐腐蚀性、强度、可铸性和可加工性相互补偿，并且因此克服由现有技术已知的参数界限，即使压铸合金具有再生铝，和/或被添入再生铝，和/或由此导致的相对高的杂质含量。
为了持续精制的目的，压铸合金可以具有50至300ppm的锶(Sr)，和/或20至250ppm钠(Na)，和/或20至350ppm锑(Sb)。对于压铸合金的颗粒细化可选地，有利地提出了最多0.2重量％的钛(Ti)，和/或最多0.3重量％的锆，和/或最多0.3重量％的钒(V)。可以总是用铝将压铸合金补充至100重量％，其中，归因于制造，压铸合金导致无法避免的杂质。通常提及，压铸合金可以具有最高0.1重量％，且总共最高1重量％的杂质。
出于完整性提及，再生铝可以理解为由铝废料获得的铝或铝合金。另外还提及，单位ppm理解为重量ppm。
当压铸合金具有0.3至1.0重量％的铁(Fe)，0.25至1.0重量％的锰(Mn)和0.1至0.6重量％的铜(Cu)时，压铸合金的强度、延展性、可加工性和化学反应耐受度可以进一步得到改善。
如果压铸合金在其组成上满足序理论关系(Ordnungsrelation)：
重量％Mg＞0.2+0.12×(重量％Fe/重量％Mn),
则给出简单的方法规定，用以提高在压铸合金的结构中的pi相(例如Al8FeMg3Si6)的份额。提高的铁份额可以由此得到补偿，由此可以以降低的Mn份额维持压铸合金的最好的可铸性。此外，可以通过固溶退火将pi相转化为对于所要求的压铸合金性能无害的α相。
当压铸合金的铁和锰的总份额总计为1.2重量％，Fe和Mn的重量百分比的商数为0.5至1.25，并且Cu和Mg的重量百分比的商数为0.2至0.5时，压铸合金在它的可实现的延展性、强度和腐蚀耐受性方面都可以进一步得到改善。
如果压铸合金具有9.5至11.5重量％的硅(Si)，和/或0.35至0.6重量％的铁(Fe)，和/或0.3至0.75重量％的锰(Mn)，和/或0.1至0.4重量％的铜(Cu)，和/或0.24至0.5重量％的镁(Mg)，和/或0.40至1.0重量％的锌(Zn)，针对在其力学和/或化学耐受度上改善的、基于铝-硅的压铸合金，得到了更窄的界限范围。通常提及，可以通过所建议的硅含量，改善熔融物的流动性能，并且避免脆的初级硅相。由此还可以实现：压铸出本身就相对薄的零件。由此，特别有利地提出了9.5重量％至11.5重量％的硅(Si)。
具体实施方式
实施本发明的途径：
下面，凭借实施例进一步示例性地阐明本发明：
为了证明所达到的效果，以压铸法制造由不同的压铸合金制成的、薄壁铸造零件。所研究的合金的组成在表1中列出。
合金编号 组成 铁/锰 铜/镁
1 AlSi10Mn0.5Fe0.1Mg0.4 0.2 0
2 AlSi10Mn0.5Fe0.5Mg0.4Cu0.25Zn0.75 1 0.63
表1所研究的合金的概览
合金1涉及由带有小杂质度的原生铝制成的压铸合金。相反，合金2表现出了铁和铜合金份额显著的杂质度，其例如可以通过再生铝所带来。
合金或由它制成的压铸零件或检测体以经1小时在460℃下的固溶退火进行T7热处理，用水进行淬火，在220℃下进行2小时的两阶段式的人工时效处理。最后，对成品检测体在机械性能方面进行研究。为此，在拉力实验中确定了抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2和断裂延伸率A5。得到的测量值在表2中加以总结。
合金编号 Rp0.2[MPa] Rm[MPa] A5[％]
1 155 230 14.3
2 160 240 13.8
表2所研究的合金的力学特征值
对2号压铸合金的研究表明，通过所调整出的铁份额和锰含量，避免了在凝固时所不期望的beta相。通过镁份额，铜份额也可以完全结合入Q相，由此，实现了相对高的耐腐蚀性。基于该元素组合，尽管有0.5重量％的铁含量，还是可以实现提高的强度和断裂延伸率为13.8％。相对高的锌含量导致了强度提升，而不会对力学性能造成负面影响。
正如现在在比较根据表2的两个压铸合金1和2所能认识到的，这两种合金示出了相似的力学性能，尽管合金2相对合金1具有明显更高的铁含量和铜含量。
因而示出了，根据本发明所建议的、用于压铸合金的浓度比例允许了：确保相对高的延展性、耐腐蚀性、强度、可铸性和可加工性。

Claims (10)

1.一种具有特别是再生铝的、基于铝-硅的压铸合金，其特征在于，
所述压铸合金具有：
6至12重量％的硅(Si)，
至少0.3重量％的铁(Fe)，
至少0.25重量％的锰(Mn)，
至少0.1重量％的铜(Cu)，
0.24至0.8重量％的镁(Mg)，以及
0.40至1.5重量％的锌(Zn)，
且，所述压铸合金具有：
50至300ppm锶(Sr)，和/或
20至250ppm钠(Na)，和/或
20至350ppm锑(Sb)，
以及至少一种下述组分
最多0.2重量％的钛(Ti)，
最多0.3重量％的锆，
最多0.3重量％的钒(V)，
和作为余量的铝以及制造所决定的、无法避免的杂质，
其中，所述压铸合金的Fe和Mn的总份额总计为最高1.5重量％，Fe和Mn的重量百分比的商数为0.35至1.5，并且Cu和Mg的重量百分比的商数为0.2至0.8。
2.根据权利要求1所述的压铸合金，其特征在于，所述压铸合金具有：
0.3至1.0重量％的铁(Fe)，
0.25至1.0重量％的锰(Mn)，以及
0.1至0.6重量％的铜(Cu)。
3.根据权利要求1或2所述的压铸合金，其特征在于，所述压铸合金在它的组成上满足序理论关系：
重量％Mg>0.2+0.12×(重量％Fe/重量％Mn)。
4.根据权利要求1、2或3所述的压铸合金，其特征在于，所述压铸合金中的Fe和Mn的总份额总计为最大1.2重量％，Fe和Mn的重量百分比的商数为0.5至1.25，并且Cu和Mg的重量百分比的商数为0.2至0.5。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的压铸合金，其特征在于，所述压铸合金具有9.5至11.5重量％的硅(Si)。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的压铸合金，其特征在于，所述压铸合金具有0.35至0.6重量％的铁(Fe)。
7.根据权利要求1至6的任意一项所述的压铸合金，其特征在于，所述压铸合金具有0.3至0.75重量％的锰(Mn)。
8.根据权利要求1至7的任意一项所述的压铸合金，其特征在于，所述压铸合金具有0.1至0.4重量％的铜(Cu)。
9.根据权利要求1至8的任意一项所述的压铸合金，其特征在于，所述压铸合金具有0.24至0.5重量％的镁(Mg)。
10.根据权利要求1至9的任意一项所述的压铸合金，其特征在于，所述压铸合金具有0.40至1.0重量％的锌(Zn)。
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