CN104471090A

CN104471090A - 铝合金

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Publication number: CN104471090A
Application number: CN201380020755.1A
Authority: CN
Inventors: S·温斯纳; L·斯佩克特
Original assignee: Georg Fischer Druckguss GmbH and Co KG; Georg Fischer GmbH
Current assignee: Georg Fischer Druckguss GmbH and Co KG; Georg Fischer GmbH
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2033-04-03
Also published as: US9663845B2; CN104471090B; US20150071815A1; EP2653579A1; EP2653579B1; JP2015514871A; JP6376665B2; WO2013156301A1; KR20140148489A

Abstract

本发明涉及铝合金，其用于具有提高强度的部件，特别是用于汽车的结构部件和底盘部件，所述具有提高强度的部件具有在热处理后＞200MPa的延伸极限Rp0.2和同时＞6％的断裂伸长率A，或在铸造状态下＞120Mpa的延伸极限Rp0.2和同时＞9％的高的断裂伸长率A或在T6-热处理后＞10％，所述铝合金包含9-11.5重量％的硅，0.5-0.8重量％的锰，0.2-1.0重量％的镁，0.1-1.0重量％的铜，0.2-1.5重量％的锌，0.05-0.4重量％的锆，0.01-0.4重量％的铬，最多0.2重量％的铁，最多0.15重量％的钛，0.01-0.02重量％的锶，和其余为铝，以及总计最多0.5重量％的由于生产造成的杂质。

Description

铝合金

本发明涉及用于具有提高强度的部件，特别是用于汽车的结构部件和底盘部件的铝合金，所述具有提高强度的部件具有在热处理后＞200MPa的延伸极限Rp0.2和同时＞6％的断裂伸长率A，或在铸造状态下＞120Mpa的延伸极限Rp0.2和同时＞9％的高的断裂伸长率A或在T6-热处理后＞10％的断裂伸长率。

在以压铸方法制造的结构部件的情况中，特别是在薄壁部件的情况中，以及也在对于底盘部件应用压铸方法的情况中，良好的流动性能和模具填充性能和凝固特性是决定性的。特别是汽车工业对薄壁的结构部件感兴趣，因为在相同的部件功能的情况下由于使用较少的材料获得了重量优点，这又导致生产成本和环境负荷的降低。

今天，压铸技术的进一步发展允许制造具有高强度和高延性的复杂部件。底盘部件在许多地方以其他的铸造方法例如冷硬铸造来制造。这是由于，以压铸法不能实现或在足够延性的情况下不能实现为确保安全运行所要求的强度。

为了实现所要求的机械性能，特别是高的可延展性，在由AlSi10MnMg类型的压铸合金制成的结构部件和底盘部件的情况中，大都进行热处理，例如按照T6(固溶退火、淬火和人工时效(warmausgelagert))或T7(固溶退火、淬火和过老化)。由此任意部件的铸态组织改变，其满足了强度和断裂伸长率方面的较高要求。处于铸造状态的这些类型的合金具有大约110MPa的延伸极限Rp0.2和4-5％的断裂伸长率A，而通过T6热处理可以提高到超过150MPa和至少7％的伸长率。这基于析出硬化的强化效应，合金元素Mg和Si参与其中。此外，由于Si共晶体的成型提高了可延展性。这种热处理例如如下地来进行：在450-535℃的温度范围固溶退火之后，在水中或在空气中淬火至温度低于大约100℃。通过所述固溶退火，使合金元素通过扩散过程均匀细致地分布并通过淬火强制结合在α-Al中。此外，Si共晶体被球化。该合金现在具有高的可延展性，但仅低的强度。通过随后的在150-250℃下的人工时效，形成精细的均匀分布的Mg₂Si析出物，其又提高了材料强度。根据T6热处理的温度图，能够优化在强度或断裂伸长率方面的机械性能，由此可以通过合金塑造非常宽的性能组合和因此塑造非常宽的产品组合(Produktfolio)。为了降低生产成本，T5热处理，即在150-250℃下的人工时效而没有上述的固溶退火，也可符合。在此，由于形成Mg₂Si也造成强度的提高，但是以较低的程度，因为从铸造工具中取出的部件的淬火作用不太强，因此α-Al中强制溶解的镁的比例也下降。

一个缺点是，由于合金组成，规定了AlSi10MnMg类型的常见压铸合金关于硬化潜力的极限和因此在恒定的高伸长率的情况下强度提高的极限。

由于AlZnMg和AlMgCu-锻造合金的较高的硬化潜力，其实现了对于延伸极限Rp0.2而言最高600MPa的高得多的强度。在这些合金类型的情况中，强化效应以合金元素Mg、Cu和Zn的析出硬化(W.Hufnagel等人，“Aluminium-Taschenbuch 14.Auflage”，Aluminium-Verlag Düsseldorf，1988，第46页及随后几页)为基础。然而，这些合金由于其易于热裂以及其在铸造工具中的粘合倾向是不适合于压铸的。

除了对强度和伸长率的高要求外，作为以压铸方法制造的结构部件或底盘部件的进一步要求，也可提及铸造工具的耐腐蚀性、焊接能力和使用寿命。另一个指标在于热处理后部件的尺寸稳定性，以能够确保无问题的车身装配。

繁杂的固溶退火处理除了热处理本身的经济上的额外成本外，还具有这样的缺点，即部件由于突然的淬火而容易变形(Verzug)，这会导致机械修整和提高的次品率。

本发明的目的是，提供铝压铸合金，其由于提高的强度和同时高的伸长率，因而能够以压铸方法制造结构部件以及底盘部件。所述结构部件以及底盘部件优选包含由于高的机械要求(例如，＞200MPa的延伸极限Rp0.2并且断裂伸长率＞6％)和部件几何形状，因此更可能以压铸方法以外的其他方法来制造的底盘部件。此外，本发明的目的在于确保良好的可铸性和模具填充性。此外，所述合金应当尽可能地允许尽可能多的连接技术，具有高的尺寸稳定性和好的耐腐蚀性。

根据本发明，所述目的以此得到解决，即所述铝合金由9-11.5重量％的硅，0.5-0.8重量％的锰，0.2-1.0重量％的镁，0.1-1.0重量％的铜，0.2-1.5重量％的锌，0.05-0.4重量％的锆，0.01-0.4重量％的铬，最大0.2重量％的铁，最大0.15重量％的钛，0.01-0.02重量％的锶，和其余为铝，以及总计最多0.5重量％的由于生产造成的杂质构成，由此在铸造状态下或在热处理后，例如在T5、T6、T7或其他已知的热处理后确保了提高的强度和同时高的伸长率。所述人工时效也可以在其他工艺步骤，例如喷漆过程期间引入到该部件。

可通过合金的选择有力地影响所要求的品质(尤其是强度和伸长率方面的)的实现。根据本发明以提高强度为目标的合金组成在此具有延伸极限Rp0.2＞200MPa和断裂伸长率A＞10％的目标区间(Zielkorridor)。

根据本发明，所述合金具有高的硬化潜力，其被用在150和250℃之间的温度下的人工时效中。作为开发的结果已表明，通过混入少量的铜或锌实现了在没有损害伸长率的情况下显著的提高强度的效应并具有足够的耐腐蚀性。所希望的效应通过添加0.1-1.0重量％的铜，优选地0.15-0.5重量％的铜(和更优选地0.3-0.5重量％的铜)和0.2-1.5重量％的锌，优选地0.4-1.5重量％的锌获得。此外，锌的添加改善了铸造性能和模具填充性。

以在上面提到的份额之内的合适比例组合添加铜和锌能够在足够的耐腐蚀性的情况下再次提高强度。

硅在合金中的份额为9-11.5重量％。硅的合金化(Zulegieren)减小了凝固收缩并因此有利于好的铸造性能和好的模具填充性。

由于上面所描述的析出硬化，0.2-1.0重量％的镁，优选地0.2-0.8重量％的镁的添加导致强度提高效应。此外，以合适的比例添加铜和锌降低了根据本发明的铝压铸合金的耐腐蚀性。

混入锆导致伸长率的提高，而同时没有强度的下降，因为由此存在更精细的共晶组织。根据本发明的压铸合金的锆含量为0.05-0.4重量％。

通过添加锶，避免了形成粗的和针状的AlSi共晶体。通过混入0.01-0.02重量％的锶，如下地改变了该共晶体，即其形成细的和更确切地说片状的结构并且有利于避免未改良(Nichtveredelung)或过度改良

铬的添加导致机械性能的进一步提高，在此的含量为0.01-0.4重量％，优选0.01-0.3重量％。

锰和铁的组合含量显著地影响铸造工具的使用寿命和可脱模性。通过添加最多0.2重量％的铁的和0.5-0.8重量％的锰含量实现所希望的效应。优点是，保持低的铁含量，以避免由于组织中形成针状AlFeSi-相造成材料变脆。通过同时添加锰，抵制了低铁熔体对铸造工具的过度腐蚀，并通过降低粘合倾向提高可脱模性和因此提高尺寸稳定性。然而，在同时添加铁、锰和铬的情况中，应设定合适的比例，以避免形成重力偏析，因为这将不利影响流动性能和粘合倾向。

钛的添加由于在铝枝晶的形成期间提供核而引起α-Al的晶粒细化。钛含量最大为0.15重量％。

在下面的实施例中显示了所述新的铝合金的其他优点和特征，在此，本发明不仅仅局限于这些实施例。

多个压铸部件形式的试样部件和两个球状试样以压铸方法以具有下列合金组成的两种合金制成：

	合金1	合金2
			Si[重量％]	10.8	11.4
Fe[重量％]	0.15	0.16
			Mn[重量％]	0.56	0.57
Cu[重量％]	0.3	0.38
			Zn[重量％]	0.56	0.25
Mg[重量％]	0.49	0.58
			Ti[重量％]	0.13	0.08
Cr[重量％]	0.01	0.05
			Sr[重量％]	0.017	0.017
Zr[重量％]	0.1	0.07

在压铸后，进行两次不同的T6热处理并由压铸部件取出拉伸试样。由下表可知计算的在热处理后和浇铸状态的机械性能的特征值：

从该表得知，合金1和2的试样在热处理后视其实施情况而定具有＞270MPa的延伸极限Rp0.2和同时＞9％的高的断裂伸长率A或者＞140MPa的延伸极限Rp0.2和＞12％的增加的断裂伸长率。由此表明，根据本发明的铝合金视热处理情况而定特别适合用于以压铸方法制造汽车的与碰撞和强度相关的底盘部件和结构部件。在以压铸方法制造汽车的底盘底盘部件时，应当实现＞200MPa的延伸极限Rp0.2和同时＞6％的断裂伸长率。由于根据本发明在始终不变的高伸长率的情况下提高强度，上面所述的铝合金能够代替其他方法(例如通常用于这样的部件的冷硬铸造和沙铸)以压铸法来制造这种底盘底盘部件。

如从该表中同样可看出，根据本发明的铝合金也适合用于以压铸法制造与碰撞和强度相关的汽车的结构部件和底盘部件，因为在此应当实现＞120MPa的延伸极限Rp0.2和同时＞10％的断裂伸长率，特别是为了确保高的能量吸收和可变形性。该铝合金在铸造状态下同样获得了在此所要求的强度特性和A＞9％的断裂伸长率。

此外，在进一步的研究中已显示出这种合金的好的耐腐蚀性和可焊接性。

根据本发明的铝合金特别适合用于制造与碰撞和强度相关的汽车部件。

Claims

1.铝合金，其用于具有提高强度的部件，特别是用于汽车的结构部件和底盘部件，所述具有提高强度的部件具有在热处理后＞200MPa的延伸极限Rp0.2和同时＞6％的断裂伸长率A，或在铸造状态下＞120Mpa的延伸极限Rp0.2和同时＞9％的高的断裂伸长率A或在T6-热处理后＞10％的断裂伸长率，所述铝合金包含9-11.5重量％的硅，0.5-0.8重量％的锰，0.2-1.0重量％的镁，0.1-1.0重量％的铜，0.2-1.5重量％的锌，0.05-0.4重量％的锆，0.01-0.4重量％的铬，最多0.2重量％的铁，最多0.15重量％的钛，0.01-0.02重量％的锶，和其余为铝，以及总计最多0.5重量％的由于生产造成的杂质。

2.根据权利要求1的铝合金，其特征在于，所述铝合金具有0.4-1.5重量％的锌。

3.根据权利要求1的铝合金，其特征在于，所述铝合金具有0.15-0.5重量％的铜。

4.根据权利要求1的铝合金，其特征在于，所述铝合金具有0.3-0.5重量％的铜。

5.根据权利要求1的铝合金，其特征在于，所述铝合金具有0.2-0.8重量％的镁。

6.根据权利要求1的铝合金，其特征在于，所述铝合金具有0.01-0.3重量％的铬。

7.根据权利要求1的铝合金在压铸与碰撞和强度相关的汽车的结构部件和底盘部件中的用途。