CN108699640A - 用于低压压铸和重力铸造的高强度铝合金 - Google Patents

用于低压压铸和重力铸造的高强度铝合金 Download PDF

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Abstract

提供铸造轻质高强度的铝铸造结构部件的方法，其中铸造通过低压压铸或重力铸造完成。铝铸造结构部件优选地由铝基合金构成，所述铝基合金包含≥约4至≤约7重量％的硅；≤约0.15重量％的铁；≤约0.5重量％的锰；≥约0.15至≤约0.5重量％的铬；≤约0.8重量％的镁；≤约0.01重量％的锌；≥约0.05至≤约0.15重量％的钛；≤约0.003重量％的磷；≤约0.015重量％的锶和余量的铝。

Description

用于低压压铸和重力铸造的高强度铝合金
领域
本公开涉及铸造金属部件的方法，更具体地涉及由铝基金属合金组合物铸造金属部件的方法。
背景
本部分提供涉及本公开的背景信息，其不一定是现有技术。
铝基合金一般分为两种不同的类别：铸造和锻造合金。这两种类型的合金在包括汽车工业在内的许多行业中广泛使用。锻造合金通常比铸造合金提供更高的屈服强度。但生产铸造合金一般比锻造合金更便宜；另外，铸造合金为许多应用提供充足的屈服强度。例如，一种合适的锻铝合金，A6061，提供大于或等于约270至小于或等于约310 MPa的屈服强度，而合适的铸铝合金，A356，提供大于或等于约150至小于或等于约180 MPa的屈服强度。
具体地转到铸造合金，铝基合金铸件可以通过常规的铸造方法制造，包括压铸，砂型铸造，永久和半永久型铸造，石膏型铸造和熔模铸造。铸件通常通过将熔融金属浇注到铸造模具(mold or die)中来形成，该模具在熔融材料冷却和固化时为其提供形状。之后，模具在固化之后与所述铸件分离。
虽然许多铸造合金为许多应用提供足够的屈服强度，但仍然需要制造具有提高的屈服强度的铸模(cast moldings)。为了改进燃料效率而不牺牲所需的屈服强度，进一步需要减少车辆部件的重量。
概要
本节提供了本公开的概括，而不是其全部范围或者其所有特征的全面公开。
在各个方面，本公开提供一种形成轻质高强度的铸造结构部件的方法，其包括铸造铝基合金。所述铝基合金具有如下组合物：包含大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于约0.5重量%的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝。所述轻质高强度的铸造结构部件可具有大于或等于约270至小于或等于约300MPa的屈服强度。所述轻质高强度的铸造结构部件可具有大于或等于约7％，并且更优选大于或等于约9％的伸长率。该铸件可以通过低压压铸或重力铸造工艺生产。所述轻质高强度的铸造结构部件可以在铸造后进行热处理。在某些方面中，热处理可以是T6热处理，其中所述铸造结构部件浸渍在溶液中，随后淬火，随后人工时效。当计划使用低压压铸时，镁的存在可进一步限制到大于或等于约0.1至小于或等于约0.6重量％和锶的存在可进一步限制到大于或等于约0.001至小于或等于约0.015重量％。当计划使用重力铸造时，镁的存在可进一步限制到大于或等于约0.1至小于或等于约0.5重量％；磷可以进一步限制到小于或等于约0.001重量％的量；和锶的存在可进一步限制到小于或等于约0.005重量％的量。
在其它方面，本公开提供了一种形成轻质高强度的铸造结构部件的方法，包括通过重力铸造来铸造铝基合金。铝基合金具有如下组合物：包含大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.015重量％的锶；小于或等于约0.003重量％的磷；和余量的铝。所述轻质高强度的铸造结构部件可进一步具有大于或等于约270至小于或等于约300MPa的屈服强度。铸造可以是低压压铸或重力铸造。所述轻质高强度的铸造结构部件可以在铸造后进行热处理。在某些方面中，热处理可以是T6热处理，其中所述铸造结构部件浸渍在溶液中，随后淬火，随后人工时效。所述铸造结构部件可具有大于或等于约7％的伸长率。镁的存在可以进一步限制到大于或等于约0.1至小于或等于约0.5重量％；磷可以进一步限制到小于或等于约0.001重量％的量；和锶的存在可进一步限制到小于或等于约0.005重量％的量。
在其它方面，本公开提供了一种形成轻质高强度的铸造结构部件的方法，包括通过低压压铸由铸造形成铝基合金。该合金材料具有如下组合物：包含大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝。所述轻质高强度的铸造结构部件可进一步具有大于或等于约270至小于或等于约300MPa的屈服强度。所述轻质高强度的铸造结构部件可具有大于或等于约7％，并且更优选大于或等于约9％的伸长率。所述轻质高强度的铸造结构部件可以在铸造后进行热处理。在某些变体中，热处理可以是T6热处理，其中铸造结构部件浸渍在溶液中，随后淬火，随后人工时效。镁的存在可以进一步限制到大于或等于约0.1至小于或等于约0.6重量％和锶的存在可进一步限制到大于或等于约0.001至小于或等于约0.015重量％。
进一步的应用领域将从此处提供的描述变得显而易见。在本概述中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
附图
本文所描述的附图仅用于对选定的实施方案而非所有可能的实施方式进行示例的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1示出根据本发明的一个方面制造的代表性车轮。
图2示出用于制造根据本公开的实施方案的轻质高强度的铸造结构部件的示例性工艺的流程图。
图3示出用于制造根据本公开的替代实施方案的轻质高强度的铸造结构部件的示例性工艺的流程图。
相应的标号表示整个附图的几个视图中相应的部件。
详细描述
本公开的各个方面的以下描述在本质上仅仅是示例性的，而绝不是想要限制本发明，其应用或用途。
提供示例性实施方案使得本公开将是充分的，并且向本领域技术人员完整地传达了其范围。阐述许多具体的细节，如具体组合物、部件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同形式实施，并且两者都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，熟知的工艺、熟知的设备结构和熟知的技术没有详细描述。
这里使用的术语仅用于描述特定示例性实施方案的目的，而不旨在限制。如本文所用，单数形式“一种”、“一个”和“该”可以意图也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，并且因此指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素、和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或它们的组。本文所描述的方法步骤、工艺和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行，除非特别指出了执行顺序。也可以理解为可以使用附加的或替代的步骤，除非另有说明。
虽然术语第一、第二、第三等可以在这里用来描述各种步骤、要素、部件、区域、层和/或部分，但这些步骤、要素、部件、区域、层和/或部分不应当被这些术语限制，除非另有说明。这些术语可仅用于将一个步骤、要素、部件、区域、层或部分与另一个步骤、要素、部件、区域、层或部分区分开。本文所用的术语如“第一”、“第二”和其它数字术语并非暗示顺序或次序，除非上下文清楚地指出。因此，下文论述的第一步骤、要素、部件、区域，层或部分可以被称为第二步骤、要素、部件、区域、层或部分，而不脱离示例性实施方案的教导。
时间或空间相对术语，诸如“前”、“后”、“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“之上”、“上方”等，可以在本文中为了便于描述而使用，以描述一个要素或特征与另外的一个或多个要素或特征的关系，如附图中所示。空间或时间上相对术语可以旨在包含除了在附图中描述的方位之外在设备或系统使用或操作中的不同方位。
对于 “包含”某些步骤、成分或特征的方法、组合物、设备或系统的任何描述，应当理解为在某些替代的变体中，也可以预期此类方法、组合物、设备或系统还可基本上由列举的步骤、成分或特征组成，从而从中排除了实质性改变本发明的基础和新特征的任何其他步骤、成分或特征。
贯穿本公开，数值表示近似度量或范围限制，以包括与给定值的微小偏差和具有大约所述值的实施方案以及精确地具有所述值的实施方案。除了在详细说明结束时提供的工作实施例中，在本说明书（包括所附权利要求）中的参数（例如量或条件）的所有数值将被理解为在所有情况下被术语“约”修饰，无论“约”是否实际上在数值之前出现。“约”表示所述数值允许一些轻微的不精确性（在数值上一定程度地接近精确值；大致或合理地接近该值；几乎）。如果由“约”提供的不精确性在本领域中不理解为这个普通含义，则本文中使用的“约”至少表示可以从测量和使用此类参数的普通方法引发的变化。出于某种原因，如果由“约”提供的不确定性在本领域中不理解为这个普通含义，则本文中使用的“约”可能表示与所示值的最多5%的可能变化或与常规的测量方法的5%变化。
另外，范围的公开包括整个范围内的所有值和进一步的拆分的范围的公开，包括对该范围给出的端点和子范围。
在各个方面，本公开提供了铸造坚固轻质铝基合金的方法。“铝基”是指该组合物主要由铝，通常大于或等于约90重量％铝组成。如本文所用，术语“组合物”泛指至少含有优选的金属元素或化合物的物质，但也可包含其他物质或化合物，包括添加剂和杂质。术语“材料”也泛指含有优选的化合物或组合物的物质。本公开还涉及制造该铝基合金的优选的实施方案的工艺，以及制造含有本发明的合金的优选的实施方案的部件的方法。
本文使用的“低压压铸”是一种类型的金属铸造工艺，其中通常是金属熔体在具有小于或等于约0.7巴的压力的上升管的密封炉中（至少在某些变体中）。模具可连接到上升管并位于具有金属熔体的密封炉上方。任选地，引入脱气机以减少存在于金属熔体中的气体。将加压气体引入密封炉中，其迫使金属熔体通过上升管并进入模具。加压气体保持一段足以用金属熔体填充模具并使模具中的金属熔体固化的时间。一旦铸件固化，释放加压气体，上升管中的金属熔体返回到密封炉内，并且模具打开以释放铸件。然后，该工艺可以在关闭模具后重复。
本文使用的“重力铸造”是其中将金属熔体通过浇口杯或浇包或类似物引入到模具中的金属铸造工艺类型。任选地，引入脱气机以减少存在于金属熔体中的气体。固化后，打开模具和取出铸件。
如本文所用的“T6热处理”是两步热处理工艺，包括用热水淬火进行溶液处理，然后进行人工时效处理。通过示例的方式，第一步骤通常包括通过将铸件加热至高于或等于约535℃至低于或等于约545℃持续一段小于或等于约8小时的时间提供溶液处理，接着在高于或等于约70℃至低于或等于约90℃下热水淬火。第二步骤通常包括人工时效处理，其中对铸件施以大于或等于约4至小于或等于约20小时的某一温度。
本公开提供一种形成轻质高强度的铸造结构部件的方法。高强度轻质合金部件特别适合用于在汽车或其它车辆（例如，摩托车，船）的部件中，但也可以在各种其他工业和应用中使用，以非限制性实例方式包括航空航天部件、工业设备和机械、农用设备、重型机械。虽然不是限制性的，本发明的方法和材料特别适合于形成用于车辆的轻质高强度部件，以非限定性实例方式包括底盘和传动系统铸件，例如车轮、轻质阀门、轻质活塞、转向节，控制臂和发动机组，和附加传动系统部件，如油盘和发动机汽缸。
首先参考图1，示出了可从本文所公开的铸造方法来制造的示例性汽车结构部件，例如车轮10。在某些变体中，根据本公开的轻质高强度的铸造结构部件可通过低压压铸或重力铸造来铸造。铸造后，将所述轻质高强度的铸造结构部件进一步进行热处理工艺，更优选T6热处理工艺。所述轻质高强度的铸造结构部件可以由具有如下组合物的铝基合金材料形成：包含大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝。在某些实施方案中，镁以大于或等于约0.1至小于或等于约0.6重量％的量存在和锶以大于或等于约0.01至小于或等于约0.015重量％的量存在。在其它实施方案中，镁以大于或等于约0.1至小于或等于约0.5重量％的量存在；磷以小于或等于约0.001重量％的量存在；和锶以小于或等于约0.005重量％的量存在。
在其他实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件由具有如下组合物的铝基合金材料形成：基本上由大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝组成。在其它实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件优选地由具有如下组合物的铝基合金材料形成：由大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝组成。在其它实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件优选地由具有如下组合物的铝基合金材料形成：基本上由大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；大于或等于约0.1至小于或等于约0.6重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；大于或等于约0.01至小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝组成。在其它实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件优选地由具有如下组合物的铝基合金材料形成：由大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；大于或等于约0.1至小于或等于约0.6重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；大于或等于约0.01至小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝组成。
在其它实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件由具有如下组合物的铝基合金材料形成：基本上由大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；大于或等于约0.1至小于或等于约0.5重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.001重量％的磷；小于或等于约0.005重量％的锶；和余量的铝组成。在其它实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件由具有如下组合物的铝基合金材料形成：由大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；大于或等于约0.1至小于或等于约0.5重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.001重量％的磷；小于或等于约0.005重量％的锶；和余量的铝组成。
在其它实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件可以由具有如下组合物的铝基合金材料形成：包含大于或等于约4.5至小于或等于约5.5重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；大于或等于约0.25至小于或等于约0.35重量％的铬；小于或等于约0.5重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.1重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝。在某些实施方案中，镁以大于或等于约0.1至小于或等于约0.5重量％的量存在和锶以大于或等于约0.01至小于或等于约0.015重量％的量存在。在其它实施方案中，镁以大于或等于约0.1至小于或等于约0.3重量％的量存在；磷以小于或等于约0.001重量％的量存在；和锶以小于或等于约0.005重量％的量存在。在其它实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件由具有如下组合物的铝基合金材料形成：基本上由大于或等于约4.5至小于或等于约5.5重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；大于或等于约0.25至小于或等于约0.35重量％的铬；大于或等于约0.1至小于或等于约0.5重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.1重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；大于或等于约0.01至小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝组成。在其它实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件由具有如下组合物的铝基合金材料形成：由大于或等于约4.5至小于或等于约5.5重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；大于或等于约0.25至小于或等于约0.35重量％的铬；大于或等于约0.1至小于或等于约0.5重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.1重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；大于或等于约0.01至小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝组成。在其它实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件由具有如下组合物的铝基合金材料形成：基本上由大于或等于约4.5至小于或等于约5.5重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；大于或等于约0.25至小于或等于约0.35重量％的铬；大于或等于约0.1至小于或等于约0.3重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.1重量％的钛；小于或等于约0.001重量％的磷；小于或等于约0.005重量％的锶；和余量的铝组成。在其它实施方案中，所述轻质高强度的铸造结构部件由具有如下组合物的铝基合金材料形成：由大于或等于约4.5至小于或等于约5.5重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；大于或等于约0.25至小于或等于约0.35重量％的铬；大于或等于约0.1至小于或等于约0.3重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.1重量％的钛；小于或等于约0.001重量％的磷；小于或等于约0.005重量％的锶；和余量的铝组成。
在某些方面，由这样的铝合金形成的轻质高强度的铸造结构部件表现出大于或等于约270至小于或等于约300MPa的屈服强度。所述轻质高强度的铸造结构部件可以表现出大于或等于约7％，更优选大于或等于约9％的伸长率。
如上所述，所述铸造结构部件是轻质的。更具体地，具有根据本公开的组合物的铝基合金材料比常规的铝合金的类似铸造结构部件如A356平均轻约5至约10％。一个A356的示例性的非限制性组合物包含小于或等于约0.05重量％的铜；大于或等于约6.5至小于或等于约7.5重量％的硅；大于或等于约0.3至小于或等于约0.45重量％的镁；小于或等于约0.05重量％的锰；大于或等于约0.04至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.05重量％的锌；小于或等于约0.09重量％的铁；小于或等于约0.05重量％的锰；小于或等于约0.0008重量％的铍；小于或等于约0.15重量％的痕量元素；和余量的铝。如本领域技术人员所理解的，A356的这种组合物是代表性的，但该A356的组合物可以取决于所用标准的变化和其他制造参数与本文公开的代表值稍微不同。此外，如上面所指出的，许多金属部件可以使用根据本公开的组合物制造以形成车辆部件。具有使用根据本公开的组合物制造的金属部件的车辆因此可能转化为重量减轻。部件中部件重量减轻对于改善效率是重要的并且对于移动应用例如汽车中的燃料效率很重要。
如上所述，铸造结构部件是高强度的。更具体地，具有根据本公开的组合物的铝基合金材料显示出大于或等于约270至小于或等于约300MPa的屈服强度。另一方面，常规的铝合金，A356，显示出只有约150-180MPa的屈服强度。尽管不限制本公开到任何特定的理论，据信添加铬至铝合金会通过在T6热处理之后提供纳米级沉淀来提供较高强度。
在铝基合金中掺入的其它元素也整体上为部件提供某些益处。更具体地，以限制性实例方式，据信限制铁的量防止形成金属间相，否则将大大降低延展性。另外，据信硅的存在为厚壁铸件提供良好的铸造性能。据信镁的存在提供了抗冷裂纹的能力。据信钛的存在进一步改善铸件的延展性和减少热裂的风险。最后，据信锶的存在提供共晶相形态的控制。
现在将进一步描述优选用于根据本公开的组合物的低压压铸工艺。如上面一般描述的，低压压铸是其中金属熔体在具有上升管的密封炉中的工艺。添加加压气体到密封炉，其迫使金属熔体通过上升管并进入模具。根据本公开，将铸造温度控制在高于或等于约715℃至低于或等于约730℃的温度，以确保该铝基合金保持在液相状态。期望控制温度至接近足以液化铝基合金的温度会降低需要的脱气量。在铸造之前，该铝基合金熔体经受脱气工艺，其足以将氢气的量限制为大于或等于约0.1至小于或等于约0.15cc/100g铝基合金熔体。脱气可以通过本领域中已知的方式，例如通过引入吹扫气气泡来实现。将至少该铝基合金熔体的一部分引入模具中并使其固化。一旦铸件固化，释放加压气体，上升管中剩余的铝基合金熔体返回到密封炉，模具打开以释放铸件。一旦模具再闭合，该工艺完成。
现在将进一步描述在某些方面优选用于根据本公开的组合物的重力铸造工艺。如上面一般描述的，重力铸造是其中金属熔体通过浇口杯或浇包或类似物引入模具中的工艺。根据本公开，铸造温度再次控制在高于或等于约715℃至低于或等于约730℃的温度，以确保该铝基合金保持在液相状态。期望控制温度至接近足以液化铝基合金的温度会降低所需的脱气量。在铸造之前，该铝基合金熔体经受脱气工艺，其足以将氢气的量限制为约0.15cc/100g铝基合金熔体。脱气可以通过本领域中已知的方式，如通过在浇包中使用旋转叶轮式脱气机来完成。一旦铸件固化，打开模具并取出铸件。
现在将进一步描述优选用于根据本公开的组合物的T6热处理工艺。首先，溶液热处理是通过加热铸件至高于或等于约535℃至低于或等于约545℃持续一段大于或等于大约八个小时的时间提供。在提供溶液热处理之后，然后在高于或等于约70℃至低于或等于约90°C下提供热水淬火至铸件以快速冷却该铸件以防止沉淀。一旦铸件冷却，在高于或等于约150℃至低于或等于约175℃下提供人工时效处理大于或等于约4至小于或等于约20小时。
参考图2，示出了示例根据低压压铸方法200制备轻质高强度的铸造结构部件的步骤的流程图。优选的铝基合金包含大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝。
铝基合金熔化（例如，加热至高于其熔点），以在210提供铝基合金熔体。该铝基合金熔体在220经受低压压铸铸造以形成轻质高强度的铸造结构部件。更具体地，将该铝基合金熔体引入保持在高于或等于约715℃至低于或等于约730℃的温度的密封炉中。任选地，将所述铝基合金熔体脱气以将氢气的量限制为约0.1至约0.15cc/g铝基合金熔体。该密封炉连接到上升管，和上升管连接到模具。将加压气体引入密封炉中，迫使铝基合金熔体通过上升管并进入模具。将该铝基合金熔体的至少一部分引入到并填充模具并使其固化。一旦铸件固化，释放加压气体，在上升管中的剩余铝基合金熔体返回到密封炉，模具打开以释放铸件。
铸件在230进一步进行T6热处理以提供根据本公开的轻质高强度的铸造结构部件。更具体地，对所述铸件施以溶液热处理，其中将所述铸件加热到高于或等于约535℃至低于或等于约545℃持续一段小于或等于约八小时的时间。在提供溶液热处理之后，然后在高于或等于约70℃至低于或等于约90°C下提供热水淬火至铸件以快速冷却该铸件。冷却后，所述铸件在高于或等于约150℃到低于或等于约175℃下经历人工时效处理持续大于或等于约4至小于或等于约20小时以提供根据本公开的轻质高强度的铸造结构部件。根据本公开的轻质高强度的铸造结构部件表现出大于或等于约270至小于或等于约MPa的屈服强度，比常规的对比A356铝合金的铸造结构部件轻大于或等于约5至小于或等于约10％，并且可以具有大于或等于约7％或甚至大于或等于约9％的伸长率。
参考图3，示出了示例根据重力铸造方法300制备铸造结构部件的步骤的流程图。优选的铝基合金包含大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝。
铝基合金熔体熔化（例如，加热至高于其熔点），以在310提供铝基合金熔体。铝基合金熔体在320经历重力铸造以提供铸件。更具体地，该铝基合金熔体通过浇口杯或浇包或类似物在高于或等于约715℃至低于或等于约730℃的液化温度下引入到模具中。任选地，该铝基合金熔体脱气以将氢气的量限制为约0.15cc/100g的铝基合金熔体。一旦铸件固化，打开模具和取出铸件。
铸件在330进一步经受T6热处理，以提供根据本公开的轻质高强度的铸造结构部件。更具体地，所述铸件经历溶液热处理，其中将所述铸件加热到高于或等于约535℃至低于或等于约545℃持续一段小于或等于约八小时的时间。在提供溶液热处理之后，然后在高于或等于约70℃至低于或等于约90°C下提供热水淬火至该铸件以快速冷却该铸件。冷却后，所述铸件在高于或等于约150℃至低于或等于约175℃下经历人工时效处理持续大于或等于约4至小于或等于约20小时以提供根据本公开的轻质高强度的铸造结构部件。根据本公开的轻质高强度的铸造结构部件表现出大于或等于约270至小于或等于约300MPa的屈服强度，比常规A356合金的铸造结构部件轻大于或等于约5至小于或等于约10％，并且可以具有大于或等于约7％的伸长率。
提供实施方案的前述描述是为了说明和描述的目的。它不旨在穷尽或限制本公开。具体实施方案的各个要素或特征通常不局限于该特定实施方案，而是在适用的情况是可以互换的，并且可以在所选择的实施方案中使用，即使没有具体示出或描述。同样也可以以多种方式变化。这些变化不被视为脱离本公开，并且所有这种修改都旨在包括在本公开的范围之内。

Claims (20)

1.一种形成轻质高强度的铸造结构部件的方法，其包括：
铸造铝基合金，其包含大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；以及余量的铝，以形成所述轻质高强度的铸造结构部件。
2.权利要求1所述的方法，其中所述轻质高强度的铸造结构部件具有大于或等于约270MPa的屈服强度。
3.权利要求1所述的方法，其中所述轻质高强度的铸造结构部件具有大于或等于约7％的伸长率。
4.权利要求1所述的方法，其中所述轻质高强度的铸造结构部件具有大于或等于约9％的伸长率。
5.权利要求1所述的方法，其中所述铸造是低压压铸工艺。
6.权利要求1所述的方法，其中所述铸造是重力铸造工艺。
7.权利要求5所述的方法，其还在铸造之后包括T6热处理所述轻质高强度的铸造结构部件。
8.权利要求5所述的方法，其中镁以大于或等于约0.1至小于或等于约0.6重量%的量存在和锶以大于或等于约0.01至小于或等于约0.015重量％的量存在。
9.权利要求6所述的方法，其中镁以大于或等于约0.1至小于或等于约0.5重量%的量存在；磷以小于或等于约0.001重量％的量存在；和锶以小于或等于约0.005重量％的量存在。
10.一种形成轻质高强度的铸造结构部件的方法，其包括：
重力铸造铝基合金，其包含大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.5重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；和余量的铝。
11.权利要求10所述的方法，其中所述轻质高强度的铸造结构部件具有大于或等于约270MPa的屈服强度。
12.权利要求10所述的方法，其中所述轻质高强度的铸造结构部件具有大于或等于约7％的伸长率。
13.权利要求10所述的方法，其还在铸造之后包括T6热处理所述轻质高强度的铸造结构部件。
14.权利要求10所述的方法，其中镁以大于或等于约0.1至小于或等于约0.5重量％的量存在；锶以小于或等于约0.005重量％的量存在；以及磷以小于或等于约0.001重量％的量存在。
15.一种形成轻质高强度的铸造结构部件的方法，其包括：
低压压铸铝基合金，其包含大于或等于约4至小于或等于约7重量％的硅；小于或等于约0.15重量％的铁；小于或等于约0.5重量％的锰；大于或等于约0.15至小于或等于约0.35重量％的铬；小于或等于约0.8重量％的镁；小于或等于约0.01重量％的锌；大于或等于约0.05至小于或等于约0.15重量％的钛；小于或等于约0.003重量％的磷；小于或等于约0.015重量％的锶；以及余量的铝，以形成所述轻质高强度的铸造结构部件。
16.权利要求15所述的方法，其中所述轻质高强度的铸造结构部件具有大于或等于约270MPa的屈服强度。
17.权利要求15所述的方法，其中所述轻质高强度的铸造结构部件具有大于或等于约7％的伸长率。
18.权利要求15所述的方法，其中所述轻质高强度的铸造结构部件具有大于或等于约9％的伸长率。
19.权利要求15所述的方法，其还在铸造之后包括T6热处理所述轻质高强度的铸造结构部件。
20.权利要求15所述的方法，其中镁以大于或等于约0.1至小于或等于约0.6重量％的量存在和锶以大于或等于约0.01至小于或等于约0.015重量％的量存在。
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