CN107208197A - 获得由低硅铝合金制成的零件的方法 - Google Patents

Abstract

所述由低硅铝合金制成的零件含有镁、铜、锰、钛和锶。所述零件通过由以下步骤组成的方法获得：‑在模具中模铸所述合金以获得所述零件；‑在所述模铸之后，将所述零件脱模构成仍然很热的预成型件；‑冷却所述预成型件，然后使其经受适于将所述预成型件重新加热至在470℃至550℃的范围内的温度的操作；‑将所述零件定位在模具的两个壳体之间，所述模具限定了尺寸基本上等于但小于所述模具的腔体尺寸的腔体；并且‑强力地将所述两个壳体按压在一起，在设置在所述壳体之间的所述零件上施加组合的按压和表面捏合效应。

Description

获得由低硅铝合金制成的零件的方法

本发明涉及用于制造铝零件的铸造工作或模铸的技术领域，特别是在汽车和航空领域中，并且更一般地在所有类型的行业中。

存在被称为“低硅”合金的许多合金。这种合金在T6热处理(Rp_0.2为300MPa；A％为8％)后具有高机械特性。它们被一起分组在铝合金分类中的6000(Al-Mg-Si)系列中。最众所周知的是6082、6061和6151。还存在含量与标准化合金类似的许多组合物，对该等组合物的提及可参见例如文献EP 0 987 344。

上述合金已被开发用于获得被设计成在热或冷操作期间以高变形率(>50％)转化的半成品(用于锻造或轧制的坯料或铸锭)。此外，这种半成品的几何形状是简单的(棒、杆或铸锭)，从而使得可以通过使用具有高固化速度的方法来固化缺陷被最小化的此类合金。此类几何形状和此类方法使用目前所掌握的技术来产生没有缺陷的半成品，此类缺陷为例如：收缩孔、裂缝、大量偏析和大量沉淀(形成过于粗糙的沉淀物，>100μm)。

基于现有技术，本发明提出要解决的适定问题是使得可以获得满足高安全性和质量标准并且可具有复杂形状的零件。

为了解决这个问题，本发明提供了一种制造由6000型低硅铝合金制成的零件的方法。

更具体地讲，本发明提供了一种获得由低硅铝合金制成的零件的方法，该低硅铝合金含有含量在0.5％至3％的范围内的硅，含量在0.65％至1％的范围内的镁，含量在0.20％至0.40％的范围内的铜，含量在0.15％至0.25％的范围内的锰，含量在0.10％至0.20％的范围内的钛，以及含量在0ppm至120ppm的范围内的锶，所述方法包括：

-在模具中模铸所述合金以获得所述零件；

-在模铸之后，将零件脱模构成仍然很热的预成型件；

-冷却所述预成型件，然后使其经受适于将预成型件重新加热至在470℃至550℃的范围内的温度的操作；

-将所述零件定位在模具的两个壳体之间，所述模具限定了尺寸基本上等于但小于模具的腔体尺寸的腔体；并且

-强力地将两个壳体按压在一起，在设置在所述壳体之间的零件上施加按压和表面捏合的组合效应。

本发明还提供了：

-在汽车领域或航空领域中实施上述方法；

-通过上述方法获得的零件在汽车领域中的用途；并且

-上述方法中的合金在航空领域中的用途。

在该方法的实施中，在已经冷却预成型件之后，通过将预成型件放置在隧道炉中来重新加热该预成型件。

作为这些特征的结果，后接在一个步骤中锻造预成型件的模铸操作与现有技术中的方法相比，不具有在温度、固化速度、变形速率和锻造温度方面相同的参数。

所要求保护的合金满足这些限制，并且使得可以获得具有满意质量的零件，特别是在零件必须满足安全义务(悬挂系统零件＝安全零件)的情况下。

在这些限制之中，以下内容可以举例方式提及：

-预成型件的几何形状与棒或铸锭不同，包括零件的功能区的粗糙轮廓(如所设计的)，因此可具有复杂的几何形状，包括肋或分段变化，从而导致液体金属质量分离。通过增加硅含量(等级AS7G03，标准模铸合金)，可以“容忍”此类分离的质量。该含量的降低使得合金在固化期间更加敏感，并导致数量和体积更大的收缩孔(多孔性)缺陷。

-固化范围，其是被定义为从所考虑合金的液相线温度至低共熔温度的范围。对于锶改性的AS7G03型合金，此范围为约50℃(从611℃至562℃)。对于低硅6000型合金，此范围为约90℃(从655℃至562℃)，具有肉眼可见的Mg₂Si(或硅)沉淀作为伪共晶线。宽的固化范围导致产生进一步延伸穿过该零件的半固体区域，使得引导固化边缘来减少缺陷变得更加困难，而用AS7G03合金能够按常规方式并且几乎自然地完成。

-AS7G03对于破裂的敏感性几乎为零，这是由于当发生固化时大量的共晶能够填充在收缩期间出现的裂缝中。这不适用于具有非常少的共晶的低硅合金，从而导致对破裂的高敏感性并且需要调适组合物并控制固化温度梯度。

还需要调节化学组成以便获得在模铸、锻造和热处理的参数与成品零件的期望机械特性之间的更好折衷或权衡。为此，合金的每种元素、元素含量以及导致选择该值的效应在下文中详细给出：

硅含量在0.5％至3％的范围内。小于1％的硅含量导致最高的屈服强度和伸长率。然而，该含量使得合金对破裂最敏感并具有最低的可铸性或流动性。因此，必须能够根据零件的几何形状来调适硅含量。复杂的几何形状需要较高的含量，以减少这种对破裂的敏感性。3％的最大含量对应于超过其会使伸长率和屈服强度变得过低而不能让使用这种类型的合金制造零件保持为有利的含量。

镁含量在0.65％至1％的范围内。此含量使得可以优化铝基体中的Mg₂Si沉淀物的密度。它补偿了硅含量的降低，同时还使得有破坏性并且必须在热处理过程中溶解或转化的肉眼可见Mg₂Si沉淀物最小化。如果沉淀物过多或过大，则热处理对其溶解仅具有很小的影响，因为超过了临界溶解大小。

铜含量在0.20％至0.40％的范围内。该含量使得可以在基体中形成Al₂Cu沉淀物并且完全不存在肉眼可见的Al₂Cu沉淀物。没有任何这种肉眼可见沉淀物使得可以维持高锻造温度，从而使锻造力(锻造以单一步骤进行)最小化。在铜存在下形成的主要沉淀物是分别在490℃和525℃下熔化的Al₂Cu和AlMgSiCu，它们的存在将防止在较高温度下进行锻造，从而没有了合金被烧毁的风险，而该风险将使零件不可用。可将这种劣化比作合金被破坏。较高的铜含量还增加了合金对破裂的敏感性，因为仍存在将在低温(490℃或525℃)下固化的共晶，为此施加在零件上的机械应力(与固化时的收缩有关)较大。

锰含量在0.15％至0.25％的范围内。此含量避免了形成β形式(高破坏性的薄片形式)的AlFeSi沉淀物，并且使得更可能形成α形式(较低破坏性的汉字字型形式)的AlFeMnSi沉淀物。这使得可让由Cobapress法得到的成品零件上的伸长率最大化。这种效应最常用于较大量的锰和铁，因为这两种元素导致合金的高度硬化以及在固化期间的较大沉淀物。这种大沉淀物对于适当的伸长率是不利的。然而，如所指出的那样，本发明的合金被设计用于Cobapress法，其中锻造是以单一步骤进行的并且不涉及在锻造、轧制或挤出中通常遇到的大变形。这种大变形使得可以使大沉淀物破碎，并使大沉淀物破坏性不那么强，同时还维持其硬化效应。通过利用本发明的合金，基于铁的沉淀物对机械特性的影响应当在铸造阶段时被最小化。这是因为它们的形态随后不再被修改，因为单步锻造不会使零件变形到足以改变它们的形态。最终，这种锰含量适于在永久模具中模铸时获得的冷却速度，并且关于这种速度，其有助于形成α形式的AlFeMnSi沉淀物。

钛含量在0.10％至0.20％的范围内。该含量对于晶粒的有效巨粒化和对这些合金的机械特性有很大影响的细晶粒尺寸是必需的。

锶含量在0ppm至120ppm的范围内。此含量对于所形成的少量共晶的纤维状固化是必需的。这主要在硅含量大于1.5％时发生。

已经看到，此合金的组成适于导致固化，该固化使得可以最大化机械特性，而不管在Cobapress法期间是否遇到低变形水平。

然而，固化缺陷仍然存在，诸如在晶粒接合处的晶粒间收缩孔固化缺陷、具有使模铸件(即，由模铸获得的零件)弱化的分支和扩散形态。

Cobapress锻造操作使得可以通过在设计阶段控制变形率来重新闭合和重新粘合此类缺陷。温度/变形对使得可以解决所述缺陷。下表给出了在对低硅合金进行T6热处理后，使用Cobapress法的模铸件和零件上的机械特性。可以注意到，极限拉伸强度Rm和极限伸长率的改善：

状态	Rp0.2[MPa]	Rm[MPa]	A％[％]
				模铸的AlMgSiCu+T6	300	315	1.3
CobapressTM AlMgSiCu+T6	300	340	8

Rp＝屈服强度

Rm＝极限拉伸强度

A％＝伸长率

最终，此组成使得可降低Al-Mg-Si-Cu型合金的常规热处理的复杂性。硅含量、固化速度和晶粒细化导致肉眼可见的Mg₂Si沉淀物，该沉淀物的尺寸和形态有助于在热处理期间溶解。

参考附图的各图，所述附图的各图示出了零件的金相照片，以显示锰含量和铜含量的重要性。图1示出了不含任何锰的模铸微结构以及β型的“针状”沉淀物，而图2示出了含有锰的单结构以及α型的“汉字字型”沉淀物。

图3、图4和图5示出了Al₂Cu铜沉淀物的消除。

在图3和图4中，铜含量大于0.40％，这导致了Al₂Cu沉淀物的存在。图4示出了其中可以观察到被Al₂Cu沉淀物包围的AlFeMnSi和Mg₂Si沉淀的实例。

图5示出了根据本发明的铜含量在0.20％至0.40％的范围内，表明不存在Al₂Cu沉淀物。

Claims (3)

1.一种获得由低硅铝合金制成的零件的方法，所述低硅铝合金包含：

-含量在0.5％至3％的范围内的硅；

-含量在0.65％至1％的范围内的镁；

-含量在0.20％至0.40％的范围内的铜；

-含量在0.15％至0.25％的范围内的锰；

-含量在0.10％至0.20％的范围内的钛；以及

-含量在0ppm至120ppm的范围内的锶；

所述方法包括：

-在模具中模铸所述合金以获得所述零件；

-在所述模铸之后，将所述零件脱模构成仍然很热的预成型件；

-冷却所述预成型件，然后使所述预成型件经受适于将所述预成型件重新加热至在470℃至550℃的范围内的温度的操作；

-将所述零件定位在模具的两个壳体之间，所述模具限定了尺寸基本上等于但小于所述模具的腔体尺寸的腔体；并且

-强力地将所述两个壳体按压在一起，在设置在所述壳体之间的所述零件上施加按压和表面捏合的组合效应。

2.通过根据权利要求1所述的方法获得的零件在汽车领域中的用途。

3.根据权利要求1所述的方法中的合金在航空领域中的用途。