CN108699639A - 铸造铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铸造铝合金。

Description

铸造铝合金
技术领域
本发明涉及铸造铝合金。
背景技术
由DE 10 2008 055 928 A1、DE 10 2012 108 590 A、DE 10 2013 108 127 A1和DE 10 2014 101 317 A1公开了各种不同的贫硅铸造铝合金。
发明内容
鉴于现有技术，本发明基于如下任务，提供一种改进的贫硅铸造铝合金，它尤其在其机械性能方面被进一步改善。
这根据本发明通过一种铸造铝合金来获得，其含有以下合金成分中的至少五种：
Si:3.0至3.8重量％
Mg:0.3至0.8重量％
Cr:0.05至0.35重量％
Fe:<0.18重量％
Mn:<0.06重量％
Ti:<0.16重量％
Cu:0.006至0.015重量％
Sr:0.010至0.030重量％
Zr<0.006重量％
Zn<0.006重量％
杂质:<0.1重量％
并且总是用铝补足至100重量％。
这样的铸造铝合金相比于现有技术更强、更硬和延展性更好。
根据本发明的在上述数量级内的合成成分选择导致了机械性能的进一步显著改善，其已经在铸造状态中、但尤其在铸件中在两级热处理之后即固溶退火和随后的时效硬化记录下来，其中在这两个热处理级之间最好规定铸件水浴淬火。对于底盘应用且最好是轮引导构件、更优选是减振支柱、轮架和尤其是摆动轴承，但也对于导杆，于是得到总体提高的力学参数。
完全出乎意料地，尤其与断裂延伸率A5的力学参数相关地表明了，对本发明而言重要地超出了根据DE 10 2013 108 127 A1对于铜被视为关键的0.006重量％的上限值。
对于力学参数的优化而可能有利的是：以高于0.006重量％、最好高于0.007重量％、尤其优选高于0.008重量％、更尤其优选至少0.009重量％的含量含有铜。对于力学参数的优化而可能有利的是：以低于0.015重量％、最好低于0.013重量％、尤其优选低于0.012重量％、更尤其优选低于0.011重量％的含量含有铜。
根据本发明的合金可以含有由制造决定的杂质例如Pb、Ni等，就像本领域技术人员众所周知的那样。
对于力学参数的优化而可能有利的是：以高于3.1重量％、最好高于3.3重量％、尤其优选高于3.4重量％含有硅。对于力学参数的优化而可能有利的是：以低于3.7重量％、最好低于3.5重量％的含量含有硅。
对于某些应用场合可能有利的是：以高于3.3重量％至低于3.7重量％的含量含有硅。对于其它一些应用场合可能有利的是：以高于3.0重量％至低于3.3重量％的含量含有硅。
对于力学参数的优化而可能有利的是：以高于0.40重量％、最好高于0.50重量％、尤其优选高于0.55重量％的含量含有镁。对于优化力学参数可能有利的是：以低于0.70重量％、最好低于0.60重量％的含量含有镁。
对于力学参数的优化而可能有利的是：以高于0.10重量％、最好高于0.15重量％、尤其优选高于0.20重量％、更尤其优选高于0.25重量％的含量含有铬。对于力学参数的优化而可能有利的是：以最多0.30重量％、最好低于0.30重量％的含量含有铬。
对于力学参数的优化而可能有利的是：以高于0.01重量％、最好高于0.05重量％、尤其优选高于0.07重量％的含量含有铁。对于力学参数的优化而可能有利的是：以低于0.15重量％、最好低于0.12重量％的含量含有铁。
对于力学参数的优化而可能有利的是：以高于0.01重量％、最好高于0.02重量％的含量含有锰。对于力学参数的优化而可能有利的是：以低于0.15重量％、最好低于0.12重量％、尤其优选低于0.10重量％的含量含有锰。
对于力学参数的优化而可能有利的是：以高于0.01重量％、最好高于0.03重量％、尤其优选高于0.04重量％的含量含有钛。对于力学参数的优化而可能有利的是：以低于0.10重量％、最好低于0.08重量％、尤其优选低于0.065重量％、更尤其优选低于0.055重量％的含量含有钛。
对于力学参数的优化而可能有利的是：以高于0.015重量％、最好高于0.020重量％的含量含有锶。对于力学参数的优化而可能有利的是：以低于0.030重量％、最好低于0.025重量％的含量含有锶。
对于力学参数的优化而可能有利的是：以高于0.001重量％的含量含有锆。对于力学参数的优化而可能有利的是：以低于0.005重量％、最好低于0.004重量％、尤其优选低于0.003重量％的含量含有锆。
对于力学参数的优化而可能有利的是：以高于0.001重量％、最好高于0.002重量％的含量含有锌。对于力学参数的优化而可能有利的是：以低于0.005重量％、最好低于0.004重量％的含量含有锌。
对于许多应用可能有利的是：以低于0.05重量％、最好低于0.035重量％的含量含有杂质。
对于某些铸件已经被证明有利的是：根据本发明的铸造铝合金是低压铸造铝合金。
相应地，本发明也涉及一种由根据权利要求1至22之一所述的铸造铝合金制造铸件的方法，其中采用低压铸造方法。
对于某些铸件已被证明有利的是：铸造铝合金是反压(CPC)铸造铝合金。
相应地，本发明也涉及一种由根据权利要求1至22之一所述的铸造铝合金制造铸件的方法，在此采用低压反压铸造方法。
作为用于由本发明铸造合金构成的铸件尤其是作为汽车的底盘件且优选是轮导向件、更优选是减振支柱、轮架或摆动轴承的铸件的加工方法，各种不同的硬模铸造方法原则上是适用的。但因为在汽车的承受高载荷的轮导向件情况下有很好的机械性能，故低压硬模铸造以及也被称为反压硬模铸造方法的反压铸造方法(CPC方法)尤其适合作为加工方法。
作为用于由本发明铸造合金构成的铸件尤其是作为汽车底盘件且优选是轮导向件、更优选是减振支柱、轮架或摆动轴承的铸件的加工方法，可有利地采用挤压铸造、重力硬模铸造或压铸、尤其是触变砂型铸造、流变砂型铸造或低压砂型铸造。
为了获得上述优点或者为了更进一步发展上述优点而可能有利的是，铸造件接受两级热处理，即固溶退火和随后的热时效。可能有利的是，该铸件在这两个热处理级之间被水浴淬火。
可能合适的是，该铸件在铸造过程后在530和550℃之间被固溶退火6至10小时，最好在540和550℃之间被固溶退火7至9小时、尤其是8至9小时，更尤其优选在高于540℃和550℃之间被固溶退火7至9小时、尤其8至9小时。
可能合适的是，该铸件在铸造过程后在180和210℃之间被回火1至8小时、尤其1至6.5小时，优选在180和190℃之间被回火1至6.5小时、尤其4至6.5小时，尤其优选在180℃和低于190℃之间被回火4至6.5小时、尤其5至6.5小时。
本发明还规定了将根据前述权利要求之一所述的铸造铝合金或者尤其是被热处理的根据前述权利要求之一所述的铸件用于汽车底盘件、优选是汽车轮导向件、更尤其优选是汽车的减振支柱、轮架或摆动轴承的用途。
根据本发明，该铸件在具有改善的组织性能的同时具有改善的强度-延伸比。该铸造方法一方面允许获得已知被称为缩孔的严重缺陷的铸件，另一方面，微观结构以下述方式被有利地影响，即减小断裂延伸的内缺口的数量保持尽量小。
如上所述，本发明的铸造铝合金已经被证明尤其适用于承受高载荷的部件例如减振支柱、轮架或摆动轴承。作为用于制造这种承受高载荷的部件的更优选方法，采用反压硬模铸造方法(CPC方法)。
本发明的铸件由根据前述权利要求之一所述的铸造铝合金或根据前述权利要求之一所述的方法制造，其特点是它在热处理后具有300至330MPa的、最好是大于320MPa至330MPa的屈服强度RP0.2，和/或7至11％、最好是8.5至10％、尤其优选是9至9.5％的断裂延伸率A5和/或350至375MPa、最好是大于360MPa至375MPa的抗拉强度Rm。
具体实施方式
为了确定含有3.4重量％的Si、0.6重量％的Mg、0.27重量％的Cr、0.09重量％的Fe、0.03重量％的Mn、0.05重量％的Ti、0.009重量％的Cu、0.022重量％的Sr、0.002重量％的Zr、0.003重量％的Zn和低于0.1重量％的杂质以及分别用铝补足至100重量％的本发明合金的力学性能，从借助反压硬模铸造方法(CPC方法)制造的摆动轴承中切断出按照DIN50125的所谓“法国拉伸条”，其中，摆动轴承已先获得热处理(固溶退火540℃达8小时，水浴淬火、热时效180℃达6.5小时)。对比试样(AlSi3Mg0.5和AlSi3Mg0.5Cr0.3)的铸造和随后的热处理在相同条件下进行。待对比的合金仅在铬含量上有区别。试样条在摆动轴承的相同部位上截取。根据DIN10002的力学性能抗拉强度Rm、延伸极限Rp0.2和断裂延伸率A5被求出。
Rm[MPa] Rp 0.2[MPa] A5[％]
AlSi3Mg0.5 327 263 9.3
本发明的合金 369 322 9.12
AlSi3Mg0.5Cr0.3 358 308 6.9
鉴于DE 10 2013 108 127 A1的背景关于力学参数作为关键值所给出的0.006重量％的铜含量上限值，无法预期获得针对本发明合金的上述力学参数。

Claims (33)

1.一种铸造铝合金，含有以下合金成分中的至少五种：
Si:3.0至3.8重量％
Mg:0.3至0.8重量％
Cr:0.05至0.35重量％
Fe:<0.18重量％
Mn:<0.06重量％
Ti:<0.16重量％
Cu:0.006至0.015重量％
Sr:0.010至0.030重量％
Zr<0.006重量％
Zn<0.006重量％
杂质:<0.1重量％
并且总是用铝补足至100重量％。
2.根据权利要求1所述的铸造铝合金，其特征在于，以高于3.1重量％、最好高于3.3重量％、尤其优选高于3.4重量％的含量含有硅。
3.根据权利要求1或2所述的铸造铝合金，其特征在于，以低于3.7重量％、最好低于3.5重量％的含量含有硅。
4.根据权利要求1至3之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以高于0.40重量％、最好高于0.50重量％、尤其优选高于0.55重量％的含量含有镁。
5.根据权利要求1至4之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以低于0.70重量％、最好低于0.60重量％的含量含有镁。
6.根据权利要求1至5之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以高于0.10重量％、最好高于0.15重量％、尤其优选高于0.20重量％、更尤其优选高于0.25重量％的含量含有铬。
7.根据权利要求1至6之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以最多0.30重量％且最好最低于0.30重量％的含量含有铬。
8.根据权利要求1至7之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以高于0.01重量％、最好高于0.05重量％、尤其优选高于0.07重量％的含量含有铁。
9.根据权利要求1至8之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以低于0.15重量％、最好低于0.12重量％的含量含有铁。
10.根据权利要求1至9之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以高于0.01重量％、最好高于0.02重量％的含量含有锰。
11.根据权利要求1至10之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以低于0.15重量％、最好低于0.12重量％、尤其优选低于0.10重量％的含量含有锰。
12.根据权利要求1至11之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以高于0.01重量％、最好高于0.03重量％、尤其优选高于0.04重量％的含量含有钛。
13.根据权利要求1至12之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以低于0.10重量％、最好低于0.08重量％、尤其优选低于0.065重量％、更尤其优选低于0.055重量％的含量含有钛。
14.根据权利要求1至13之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以高于0.006重量％、最好高于0.007重量％、尤其优选高于0.008重量％、更尤其优选至少0.009重量％的含量含有铜。
15.根据权利要求1至14之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以低于0.015重量％、最好低于0.013重量％、尤其优选低于0.012重量％、更尤其优选低于0.011重量％的含量含有铜。
16.根据权利要求1至15之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以高于0.015重量％、最好高于0.020重量％的含量含有锶。
17.根据权利要求1至16之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以低于0.030重量％、最好低于0.025重量％的含量含有锶。
18.根据权利要求1至17之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以高于0.001重量％的含量含有锆。
19.根据权利要求1至18之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以低于0.005重量％、最好低于0.004重量％、尤其优选低于0.003重量％的含量含有锆。
20.根据权利要求1至19之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以高于0.001重量％、最好高于0.002重量％的含量含有锌。
21.根据权利要求1至20之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以低于0.005重量％、最好低于0.004重量％的含量含有锌。
22.根据权利要求1至21之一所述的铸造铝合金，其特征在于，以低于0.05重量％、最好低于0.035重量％的含量含有杂质。
23.根据权利要求1至22之一所述的铸造铝合金，其特征在于，该铸造铝合金是低压铸造铝合金。
24.根据权利要求1至23之一所述的铸造铝合金，其特征在于，该铸造铝合金是反压(CPC)铸造铝合金。
25.一种由根据权利要求1至22之一所述的铸造铝合金制造铸件的方法，其中，采用低压铸造方法。
26.一种由根据权利要求1至22之一所述的铸造铝合金制造铸件的方法，其中，采用反压(CPC)铸造方法。
27.一种由根据权利要求1至22之一所述的铸造铝合金制造铸件的方法，其中，采用挤压铸造、重力硬模铸造或压铸、尤其是触变砂型铸造、流变砂型铸造或低压砂型铸造。
28.尤其根据权利要求25至27之一所述的方法，用于由根据权利要求1至24之一所述的铸造铝合金制造铸件，其中，该铸件在铸造过程后经历两级热处理，即固溶退火和随后的热时效。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，该铸件在这两个热处理级之间被水浴淬火。
30.根据权利要求25至29之一所述的方法，其中，该铸件在铸造过程后在530至550℃之间被固溶退火6至10小时，最好在540至550℃之间被固溶退火7至9小时、尤其8至9小时，更尤其优选在高于540℃至550℃之间被固溶退火7至9小时、尤其8至9小时。
31.根据权利要求25至30之一所述的方法，其中，该铸件在铸造过程后在180至210℃之间被回火1至8小时、尤其1至6.5小时，最好在180至190℃之间被回火1至6.5小时、尤其4至6.5小时，尤其优选在180℃至低于190℃之间被回火4至6.5小时、尤其5至6.5小时。
32.将根据前述权利要求之一所述的铸造铝合金或者由其制造的且尤其被热处理的铸件用于汽车底盘件、最好是汽车的轮导向件、更尤其优选是汽车的减振支柱、轮架和尤其是摆动轴承的用途。
33.一种铸件，由根据前述权利要求之一所述的铸造铝合金或根据前述权利要求之一所述的方法制造，其中，该铸件在热处理之后具有300至330MPa的、最好是大于320MPa至330MPa的屈服强度RP 0.2，和/或7至11％、最好是8.5至10％、尤其优选是9至9.5％的断裂延伸率A5和/或350至375MPa、最好大于360MPa至375MPa的抗拉强度Rm。
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