CN110234776A - 用于结构和非结构近终连铸的铝合金及其生产方法 - Google Patents

用于结构和非结构近终连铸的铝合金及其生产方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110234776A
CN110234776A CN201780084804.6A CN201780084804A CN110234776A CN 110234776 A CN110234776 A CN 110234776A CN 201780084804 A CN201780084804 A CN 201780084804A CN 110234776 A CN110234776 A CN 110234776A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminium alloy
alloy
component
casting
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780084804.6A
Other languages
English (en)
Inventor
苏曼斯·尚卡尔
曾晓春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
McMaster University
Original Assignee
McMaster University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by McMaster University filed Critical McMaster University
Publication of CN110234776A publication Critical patent/CN110234776A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/053—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with zinc as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

公开了用于结构部件的近终形连铸的铝合金。该合金含有：2‑10wt.％的Zn、0.5‑5wt.％的Mg、0.5‑5wt.％的Fe；可选地，Gu、Ti、Sr、Be、Zr、V、Cr、Sc、Na、Si、Mn、Mo、B和Ni；余量为铝。该合金可经受热处理，该热处理选自固溶化、孕育、时效以及两种或更多种热处理步骤构成的组。

Description

用于结构和非结构近终连铸的铝合金及其生产方法
技术领域
本发明涉及铝合金领域。本发明是一种铝合金，该铝合金利用锌、镁和铁作为主要合金化元素，以及铜、锰、钛、硼、锆、钒、钪、铬、锶、钠、钼、硅、镍和铍作为可能的次要合金化元素。尤其是，本发明涉及一种用于结构和非结构部件的近终形连铸(near net shapecasting)的铝基合金。此外，当铸造时这种铝合金具有合理的耐腐蚀性。
背景技术
铝合金广泛用于结构部件和制造中，其中，耐腐蚀性和轻重量是需要的，而不想在强度上显著让步。存在许多铝合金配方，所有配方具有取决于Al合金配方及生产合金所用的方法的不同性能。取决于配方，可能存在某些权衡，例如牺牲韧度来增加强度。在考虑铝合金类型时，成本和易生产性也是考虑因素。
发明内容
已经开发了铝合金以实现用于汽车和非汽车工业应用的结构和非结构近终形部件。任何重力或者压力辅助的金属模具或砂型铸造工艺，包括但不限于高压压铸(HighPressure Die Casting，HPDC)，可用于将合金制造成近终形部件。制造方法可包括在铸造工艺期间的真空辅助。所有由本文提出的合金族制成的部件可热处理至几种回火组合，以改善拉伸强度、延展性和使用中的耐腐蚀性。
这种新的铝合金提供了配方，该配方可用于制造具有高的单轴拉伸性能和疲劳性能以及其他材料优点的部件。与最佳的现有市售铝合金相比，这种新的铝合金允许可以使强度和伸长率达到高达200％的提高——当与具有类似的热处理回火条件的其他合金相比时。并非仅仅聚焦于使单一性能(如强度)最大化同时使对其他性能(如韧度)的劣化效果最小化，本发明还考虑改进制造工艺，同时提高几项关键材料性能。例如，在制造这种铝合金时，减少了模具焊接的发生并改善了金属模腔的寿命，以及改善了流动性和可铸性。此外，合金的可回收性和可再要求性(re-claimability)得到改善。另外，这种合金规定了更多元素的参数，并允许所用元素的公差范围更大。
已经使用合金的各种组成变化测试了这种新合金。已关于金属和砂型铸造工艺对它们进行了评估，如高压压铸、永久型铸造(重力辅助)和砂型铸造，全部具有积极的结果。
本发明是一种铝合金，该铝合金利用锌、镁和铁作为主要合金化元素，以及铜、锰、钛、硼、锆、钒、钪、铬、锶、钠、钼、硅、镍和铍作为可能的次要合金化元素。
更具体地，一种用于结构部件的近终形连铸的铝基合金，该铝基合金具有锌、镁和铁作为主要合金化元素，该铝基合金由以下的一种或多种基本元素连同Al组成：
2-10wt.％(wt.％，percentage by weight，重量百分比)的锌
0.5-5wt.％的镁
0.5-5wt.％的铁
0-4wt.％的铜
0-0.5wt.％的钛
0-0.1wt.％的锶
0-0.2wt.％的铍
0-0.5wt.％的锆
0-0.5wt.％的钒
0-0.5wt.％的铬
0-0.5wt.％的钪
0-0.1wt.％的钠
0-0.5wt.％的硅
0-1wt.％的锰
0-5wt.％的镍
0-0.5wt.％的硼
0-1wt.％的钼
其余重量百分比(66.6-96)是铝。
可以使用压力辅助的铸造工艺(如高压压铸)将合金铸造成近终形部件。
也可采用在液态金属中用氩气或氮气吹扫进行脱气来清洁熔融合金。
真空的使用也可以用在压铸工艺中来减少铸造中夹带的气体，结果是铸造部件的拉伸强度和延展性得到改善。
在有或没有真空辅助的情况下通过铸造工艺制造的部件可进行广泛地热处理以达到多种回火。热处理过程中的主要强化机理是以下的一种或多种：固溶体强化，和源于第一铝相中的析出(通过固态相变)的强化。下面给出了部件可以成功经受而不带来任何缺陷的热处理的回火的列表：
Fx——铸态回火F，室温下的自然时效(孕育)x天。
T4-y——固溶化处理T4，室温下的自然时效(孕育)。y是数字标识符，以代表用于每个部件的T4热处理的独特细节。
T5——在Fx回火中的样品的高温下的人工时效(ageing，age)。
T6-y——通过高温下热辅助进行的接近峰值人工时效过程。y是数字标识符，以代表用于每个部件的T6热处理的独特细节。
T7-y——高温下的人工时效过程，持续这样的时间，使得部件完全超过任何给定温度下的峰值强度所需的时间。y是数字标识符，以代表用于每个部件的T7热处理的独特细节。
在压力辅助的铸造工艺中使用这种合金铸造多种示例性部件。这些包括：小规模测试样本(Small Scale Test Sample/Specimen，SSTS)；大规模测试样本(Large ScaleTest Sample/Specimen，LSTS)；和侧门防撞梁(Side Impact Door Beam，SIB)。
附图说明
为了更好地理解本文所述的各种实施例，并且为了更清楚地显示这些各种实施例可以如何实施，通过示例的方式，将对附图进行参考，这些附图示出了至少一个示例性实施例并且现在将要被简要地描述。
图1示出了小规模测试样本部件的典型铸件，其由以下组成：A-标准的厚拉伸测试样本；B-标准的薄拉伸测试样本；C-标准的疲劳测试样本；D-标准的磨损测试样本；和，E-标准的冲击强度测试样本。
图2示出了在图1中标定为B的小拉伸测试样本的尺寸。该部件符合关于拉伸测试样本的ASTM E8/E8-11标准。
图3示出了在图1中标定为A的大拉伸测试样本的尺寸。该部件符合关于拉伸测试样本的ASTM E8/E8-11标准。
图4示出了在图1中标定为C的疲劳测试样本的尺寸(以毫米计)。该部件符合关于疲劳测试样本(应力和应变控制)的ASTM E 466&E 606标准。
图5示出了在图1中标定为D的磨损测试样本的尺寸(以毫米计)。该部件符合关于磨损测试样本的ASTM G 65-04标准。
图6示出了在图1中标定为E的冲击强度测试样本的尺寸(以毫米计)。该部件符合关于冲击强度测试样本的ASTM E 23标准。
图7示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自SSTS部件的薄拉伸样本的标距段的整个横截面。此图像来自F回火下的样本。
图8示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自SSTS部件的薄拉伸样本的标距段的整个横截面。此图像来自T4回火下的样本。
图9示出了从光学显微镜获得的典型高放大倍率微结构图像，显示了第一铝相(浅色)和第二相(较深色)。此图像来自F回火下的样本。
图10示出了LSTS部件的典型铸件，其由以下组成：A-腐蚀板；B-蝶形剪切测试样本；C-标准的疲劳测试平坦样本；D-标准的冲击强度测试样本；E-标准的疲劳测试圆形样本；F-标准的平坦拉伸测试样本；G-标准的薄拉伸测试圆形样本；H-标准的撕裂测试样本。
图11示出了在图10中标定为A的腐蚀板的尺寸(以毫米计)。
图12示出了在图10中标定为B的蝶形剪切测试样本的尺寸(以毫米计)。
图13示出了在图10中标定为F的拉伸测试平坦样本的尺寸(以毫米计)。
图14示出了在图10中标定为H的拉伸测试平坦样本的尺寸(以毫米计)。该部件符合关于磨损测试样本的ASTM B 871标准。
图15示出了图10所示的在T7-6热处理后具有合金LSTS#1的光滑圆形疲劳棒的室温S–N曲线。
图16示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自LSTS部件的圆形拉伸样本的标距段的整个横截面。此图像来自F回火下的样本。
图17示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自LSTS部件的平坦拉伸样本的标距段的整个横截面。此图像来自F回火下的样本。
图18示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自LSTS部件的圆形拉伸样本的标距段的整个横截面。此图像来自T4回火下的样本。
图19示出了从光学显微镜获得的典型高放大倍率微结构图像，显示了第一铝相(浅色)和第二相(较深色)。此图像来自F回火下的圆形拉伸测试样本。
图20示出了从光学显微镜获得的典型高放大倍率微结构图像，显示了第一铝相(浅色)和第二相(较深色)。此图像来自具有合金LSST#5的F回火下的圆形拉伸测试样本。
图21示出了SIB部件的典型铸件。
图22示出了从SIB部件切割和机加工的五(5)个拉伸测试样本的位置。
图23示出了图20中所示的拉伸测试平坦样本的尺寸。
图24示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自具有合金SIB#1并且用真空辅助的HPDC制造的SIB部件的平坦拉伸样本M5的标距段的整个横截面。此图像来自F回火下的样本。
图25示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自具有合金SIB#1并且用没有真空辅助的HPDC制造的SIB部件的平坦拉伸样本M5的标距段的整个横截面。此图像来自F回火下的样本。
图26示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自具有合金SIB#1并且用没有真空辅助的HPDC制造的SIB部件的平坦拉伸样本M5的标距段的整个横截面。此图像来自T4-3回火下的样本。
图27示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自具有合金SIB#1并且用真空辅助的HPDC的制造的SIB部件的平坦拉伸样本M3的标距段的整个横截面。此图像来自T6回火下的样本。
图28示出了从光学显微镜获得的典型复合微结构图像，显示了来自具有合金SIB#1并且用真空辅助的HPDC制造的SIB部件的平坦拉伸样本M5的标距段的整个横截面。此图像来自T7回火下的样本。
图29示出了从光学显微镜获得的典型高放大倍率微结构图像，显示了第一铝相(浅色)和第二相(较深色)。
图30示出了约束杆铸造(CRC)模具的示意图(尺寸以英寸为单位)。
图31示出了具有不同的Fe含量的Al-5Zn-2Mg合金的热裂敏感性指数。
图32示出了铸造部件的照片。
具体实施方式
I.定义
除非另有说明，否则本章节和其他章节中所述的定义和实施例旨在适用于本文所述的本申请的所有实施例和方面，对其来说它们是合适的，如本领域技术人员将理解的。
在理解本申请的范围时，如本文所使用的，术语“包含(comprising)”及其衍生词旨在是开放式术语，其具体指定存在所述的特征、元素、组分、群组、整体和/或步骤，但不排除存在其他未说明的特征、元素、组分、群组、整体和/或步骤。上述也适用于具有类似含义的词语，如术语“包括(including)”、“具有”及其衍生词。如本文所使用的，术语“由……组成/构成”及其衍生词旨在是封闭术语，其具体指定存在所述的特征、元素、组分、群组、整体和/或步骤，但排除存在其他未说明的特征、元素、组分、群组、整体和/或步骤。如本文所使用的，术语“基本上由……组成”旨在具体指定存在所述的特征、元素、组分、群组、整体和/或步骤，以及存在没有实质性影响基本和新颖特点的那些特征、元素、组分、群组、整体和/或步骤。
如本文所使用的，程度术语如“基本上”、“约”和“近似”意指修饰术语的合理偏差量，使得最终结果不会显著改变。这些程度术语应当解释为包括修饰术语的至少±5％的偏差——如果该偏差不会否定其修饰的词语的含义。
除非上下文另外明确指出，否则如在本申请中使用的，单数形式“一个/种(a、an)”和“该/所述”包括复数指代物。例如，包括“一种合金”的实施例应当理解为某些方面存在一种物质或者两种或更多种另外的物质。
在包含“另外的”或“第二”组分(如另外的元素或者第二元素)的实施例中，如本文所使用的第二组分在化学上不同于其他组分或者第一组分。“第三”组分不同于其他的组分、第一组分和第二组分，并且类似地进一步列举的或者“另外的”组分是不同的。
如本文所使用的术语“和/或”意指所列项目单独或组合存在或使用。实际上，该术语意指使用或存在所列项目中的“至少一个/种”或”一个/种或多个/种”。
已经开发了一些铝合金，以实现用于汽车和非汽车工业应用的结构和非结构近终形部件。任何压力辅助的金属模具铸造工艺，包括但不限于高压压铸(HPDC)，可用于将合金制造成近终形部件。制造方法可包括在铸造工艺期间的真空辅助。所有由本文中提出的合金族制成的部件可热处理至几种回火组合，以改善拉伸强度、延展性和使用中的耐腐蚀性。
这种新的铝合金提供了配方，该配方可用于制造具有高的单轴拉伸性能和疲劳性能以及其他材料优点的部件。与最佳的现有市售铝合金相比，这种新的铝合金允许可以使强度和伸长率达到高达200％的提高——当与具有类似的热处理回火条件的其他合金相比时。并非仅仅聚焦于使单一性能(如强度)最大化同时使对其他性能(如韧度)的劣化效果最小化，本发明还考虑改进制造工艺，同时提高几项关键材料性能。例如，在制造这种铝合金中，减少了模具焊接的发生并改善了金属模腔的寿命，以及改善了流动性和可铸性。此外，合金的可回收性和可再要求性得到改善。另外，这种合金规定了更多元素的参数，并允许所用元素的公差范围更大。
已经使用合金的各种组成变化测试了这种新合金。已关于金属和砂型铸造工艺对它们进行了评估，如高压压铸、永久型铸造(重力辅助)和砂型铸造，全部具有积极的结果。
本发明是一种铝合金，该铝合金利用锌、镁和铁作为主要合金化元素，以及铜、锰、钛、硼、锆、钒、钪、铬、锶、钠、钼、硅、镍和铍作为可能的次要合金化元素。
更具体地，一种用于结构部件的近终形连铸的铝基合金，该铝基合金具有锌、镁和铁作为主要合金化元素，该铝基合金由以下的一种或多种基本元素连同Al组成：
2-10wt.％的锌
0.5-5wt.％的镁
0.5-5wt.％的铁
0-4wt.％的铜
0-0.5wt.％的钛
0-0.1wt.％的锶
0-0.2wt.％的铍
0-0.5wt.％的锆
0-0.5wt.％的钒
0-0.5wt.％的铬
0-0.5wt.％的钪
0-0.1wt.％的钠
0-0.5wt.％的硅
0-1wt.％的锰
0-5wt.％的镍
0-0.5wt.％的硼
0-1wt.％的钼
其余重量百分比(66.6-96)是铝。
可以使用压力辅助的铸造工艺(如高压压铸)将合金铸造成近终形部件。
也可采用在液态金属中用氩气或氮气吹扫进行脱气来清洁熔融合金。
真空的使用也可以用在压铸工艺中来减少铸造中夹带的气体，结果是铸造部件的拉伸强度和延展性得到改善。
在有或没有真空辅助的情况下通过铸造工艺制造的部件可进行广泛地热处理以达到多种回火。热处理过程中的主要强化机理是以下的一种或多种：固溶体强化，和源于第一铝相中的析出(通过固态相变)的强化。下面给出了部件可以成功经受而不带来任何缺陷的热处理的回火的列表：
Fx——铸态回火F，室温下的自然时效(孕育)x天。
T4-y——固溶化处理T4，室温下的自然时效(孕育)。y是数字标识符，以代表用于每个部件的T4热处理的独特细节。
T5——在Fx回火中的样品的高温下的人工时效。
T6-y——通过高温下热辅助进行的接近峰值人工时效过程。y是数字标识符，以代表用于每个部件的T6热处理的独特细节。
T7-y——高温下的人工时效过程，持续这样的时间，使得部件完全超过任何给定温度下的峰值强度所需的时间。y是数字标识符，以代表用于每个部件的T7热处理的独特细节。
在压力辅助的铸造工艺中使用这种合金铸造多种示例性部件。这些包括：小规模测试样本(SSTS)；大规模测试样本(LSTS)；和侧门防撞梁(SIB)。
II.实例
以下非限定性实例用于说明本申请：
合金的一个实施例由铸造具有Al组合物的薄壁零件构成，该Al组合物包含：5wt.％的Zn；2wt.％的Mg；0.35wt.％的Cu；和15wt.％的Fe。铸造工艺是在没有真空辅助的情况下的高压压铸，最终零件在21天自然时效的铸态下，屈服强度、最终拉伸强度和伸长率分别为200MPa、315MPa和3.80％。
合金的另一实施例由使用Al-5wt.％Zn-2wt.％Mg-15wt.％Fe组合物铸造LSTS构成。铸造工艺是在真空辅助的情况下的高压压铸，最终零件在铸态下的屈服强度、最终拉伸强度和伸长率分别为201MPa、312MPa和4.63％。
热处理(以下的任意组合：仅固溶、仅孕育、仅时效、未处理或者两种或更多种热处理步骤一起)方法可包括以下的一种或多种：
a)一步固溶化：460℃持续3.5hr-24hr，用水淬火
b)两步固溶化：450℃持续12-22hr+5-30℃/h至475-500℃+475-500℃持续4-7hr，用水淬火
c)在固溶与时效之间的孕育：在室温下1-24hr
d)时效(一步)：120-170℃持续1-24hr
e)时效(两步)：120-170℃持续1-24hr+120-170℃持续1-24hr。
小规模测试样本(SSTS)
合金组合物
以下合金组合物用于制造小规模测试样本(SSTS)部件。
表1：用于铸造SSTS部件的典型合金组合物的列表
部件
图1显示了典型SSTS部件的照片。图2至图6中详细阐述了图1所示部件中五(5)种类型的测试样本中每一种的细节。
铸造工艺
表2呈现了用于制造图1所示的SSTS部件的铸造工艺的一般细节。
表2：用于制造图1所示的SSTS部件的铸造工艺
项目 描述
铸造机 600吨高压压铸机
模具工具材料 H13工具钢
金属清洁 使用旋转脱气单元注入的氩气进行脱气
金属温度 700℃-735℃
真空 无真空辅助
热处理
表3中列出了SSTS所经受的各种热处理回火。
机械性能
表4显示了在各种热处理回火下在SSTS部件上进行的单轴拉伸测试所获得的典型的平均机械性能。
表4：在铸造之后、评价机械性能之前，SSTS部件所经受的各种热处理
微结构
对于选定的合金，图7-9示出了SSTS铸件的典型微结构图像。
突出特征
表1中所示的合金都没有表现出对模具的H13工具钢材料的任何模具焊接或模具粘附倾向。
当与表1所示的任何合金一起使用时，H13工具钢模具材料没有表现出任何热裂倾向。
根据常规商业铸造工业的看法，所有SSTS部件的铸件的完整性和质量是可接受的；没有可观察到的视觉缺陷、填充问题或浇铸不满(mis-run)。
大规模测试样本(LSTS)
合金组合物
以下合金组合物用于制造大规模测试样本(LSTS)部件。
表5：用于铸造LSTS部件的典型合金组合物列表
部件
图10示出了典型LSTS部件的照片。图11至图14中详细阐述了图10所示部件中新的四(4)种类型的测试样本的细节。
铸造工艺
表6呈现了用于制造图10所示的LSTS部件的铸造工艺的一般细节。
表6：用于制造图10所示的LSTS部件的铸造工艺
项目 描述
铸造机 Buhler Carat 105L高压压铸机
模具工具材料 P20工具钢。
金属清洁 用氯基片剂进行脱气
金属温度 680℃-735℃
真空 真空辅助
热处理
表7中列出了LSTS所经受的各种热处理回火。
表7：在铸造之后、评价机械性能之前，LSTS部件所经受的各种热处理
机械性能
表8显示了在各种热处理回火下在LSTS部件上进行的单轴拉伸测试所获得的典型平均机械性能。
表8：在铸造之后、评价机械性能之前，LSTS部件所经受的各种热处理
图15显示了在T7-6热处理后具有合金LSTS#1的光滑圆形疲劳棒的室温疲劳性能。
微结构
对于选定的合金，图16-20示出了LSTS铸件的典型微结构图像。
突出特征
表5中所示的合金都没有表现出对模具的P20工具钢材料的任何模具焊接或模具粘附倾向。
当与表5所示的任何合金一起使用时，P20工具钢模具材料没有表现出任何热裂倾向。
根据常规商业铸造工业的看法，所有LSTS部件的铸件的完整性和质量是可接受的；没有可观察到的视觉缺陷、填充问题或浇铸不满。
侧门防撞梁(SIB)
合金组合物
以下合金组合物用于制造侧门防撞梁(SIB)部件。
表9：用于铸造SIB部件的典型合金组合物的列表
部件
图19示出了典型SIB部件的照片。SIB部件中拉伸棒的位置及其尺寸示出在图20-21中。
铸造工艺
表10呈现了用于制造图19中所示的SIB部件的铸造工艺的一般细节。
表10：用于制造图19中所示的SIB部件的铸造工艺。
热处理
表11中列出了SIB所经受的各种热处理回火。
表11：在铸造之后、评价机械性能之前，SIB部件所经受的各种热处理
机械性能
表12显示了在各种热处理回火下在SIB部件上进行的单轴拉伸测试所获得的典型平均机械性能。
表12：在铸造之后、评价机械性能之前，SIB部件所经受的各种热处理
微结构
对于选定的合金，图22-27中示出了SIB铸件的典型微结构图像。
突出特征
表9中所示的合金都没有表现出对模具的P20工具钢材料的任何模具焊接或模具粘附倾向。
当与表9所示的任何合金一起使用时，P20工具钢模具材料没有表现出任何可觉察到的热裂倾向。
根据常规商业铸造工业的看法，所有SIB部件的铸件的完整性和质量是可接受的；没有可观察到的视觉缺陷、填充问题或浇铸不满。
热裂敏感性(Hot Tear Sensitivity，HTS)指数
用约束杆铸造(Constrained Rod Casting，CRC)模具评价Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Fe合金的热裂敏感性指数。
CRC模具由铸铁制成(图28)，并且能够产生四个圆柱形约束杆，这些约束杆长度为2″(棒A)、3.5″(棒B)、5″(棒C)和6.5″(棒D)并且直径为0.5″。棒的一端由浇道(sprue)约束，另一端由直径为0.75″的球形冒口(riser)(供料器(feeder))约束。
HTS值如下给出：
其中C是棒中裂纹的严重程度的指定数值(表13)，L是对应于棒长度的指定数值(表14)，并且代表棒A、B、C、D。
表13：代表裂纹严重程度的数值Ci
类别 数值(C<sub>i</sub>)
完全的裂纹 4
严重裂纹 3
轻微裂纹 2
极细的裂纹 1
无裂纹 0
表14：代表不同长度的棒的数值Li
棒类型(长度，英寸) 数值(L<sub>i</sub>)
A(2.0) 1
B(3.5) 2
C(5.0) 3
D(6.5) 4
合金组合物
如表15中所列，以下合金组合物用于评价热裂敏感性。
表15：用于铸造HTS样品的合金组合物的列表
铸造工艺
将一千克表15中的每种合金熔融并用高纯氩气脱气20分钟。对于样品，浇注温度保持在720℃。在浇注前将CRC模具在300℃下预热。每种合金均具有两个热裂样品。
HTS结果
如图29所示，在没有Fe添加的情况下，Al-Zn-Mg合金对于热裂具有高敏感性。而将Fe添加至Al-Zn-Mg时，Al-Zn-Mg合金的热裂敏感性明显减轻。在添加1.3wt％的Fe时，HTS指数下降到1.67。
中试(Pilot Scale Trial)
使用合金的规定组合物之一在汽车铸造设施上进行中试，以制造轿车的结构部件。所用的合金组成是Al-5wt％Zn-1.6wt％Mg-1wt％Fe-0.05wt％Ti。
铸造工艺的突出细节如下：
零件：汽车减震器
熔融的合金量：～10000kg
熔融温度：690-730℃
脱气：旋转脱气机，使用工业纯Ar进行10分钟
真空系统：在模具上3个冷铁块(chill block)
组成(wt.％)：Al-5.0Zn-1.6Mg-1.0Fe-0.05Ti
无裂纹零件铸造的数目：(不包括预热尝试)
主要合金：180
50％再熔融合金：80
100％再熔融合金：110
除了在生产环境中制造无缺陷的无疵铸件之外，使用这种新合金的其他突出优点是对H13模具工具上的模具焊接倾向的显著降低以及合金组合物的100％再利用性。在来自于每个部件内的各个位置并获自几个铸造部件的样品中所测量的铸态部件的平均单轴拉伸性能是：
UTS＝263MPa
YS＝145MPa
％El＝8.2％
值得注意的是，所述性能在最初、50％再循环和100％再循环的初始合金金属之间没有任何变化。此外，所有零件可热处理至固溶化温度，而没有任何可辨别的起泡。这些突出性能和观察结果使得新合金在结构汽车部件的制造中的使用成为可能。
根据以下详细描述，本申请的其他特征和优点将变得明显。然而，应当理解，详细描述和具体实例虽然表明本申请的实施例，但是仅以说明的方式给出，并且权利要求的范围不应受这些实施例的限制，而应当给出与说明书整体相符合的最宽泛的解释。
虽然已经参考实例描述了本申请，但是应当理解，权利要求的范围不应受实例所阐述的实施例的限制，而是应当给出与说明书整体相符合的最宽泛的解释。
所有出版物、专利和专利申请均通过引用整体并入本文，其程度如同特别地且单独地指出每个单独的出版物、专利或者专利申请通过引入整体并入。当发现本申请的术语在通过引入并入本文的文件中被不同地定义时，本文提供的定义用作该术语的定义。
本申请中提及的文件的完全引述
ASTM E8/E8M-11a Standard Test Methods for Tension Testing of MetallicMaterials(金属材料拉伸试验的标准试验方法),ASTM International,WestConshohocken,PA,2011
ASTM E466-15Standard Practice for Conducting Force ControlledConstant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials(金属材料力控制轴向等幅疲劳试验实施规程),ASTM International,West Conshohocken,PA,2015
ASTM E606/E606M-12Standard Test Method for Strain-Controlled FatigueTesting(应变控制式疲劳试验规程),ASTM International,West Conshohocken,PA,2012
ASTM G65-04Standard Test Method for Measuring Abrasion Using the DrySand/Rubber Wheel Apparatus(用干砂/橡胶轮装置测量磨蚀的标准试验方法),ASTMInternational,West Conshohocken,PA,2004
ASTM E23-16b Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing ofMetallic Materials(金属材料缺口试样冲击试验标准试验方法),ASTM International,West Conshohocken,PA,2016

Claims (8)

1.一种根据所附文字和图的铝合金。
2.一种铝合金，所述铝合金由以下组成：
2-10wt.％的锌(Zn)；
0.5-5wt.％的镁(Mg)；
0.5-5wt.％的铁(Fe)，
其中铝(Al)以及其他元素(铜、钛、锶、铍、锆、钒、铬、钪、钠、硅、锰、钼、硼和镍)和杂质构成余量wt.％。
3.一种铝合金，所述铝合金包含：
4-10wt.％的锌(Zn)；
1.5-3wt.％的镁(Mg)；
1.5-3％的铁(Fe)；和，
不可避免的杂质。
4.一种铝合金，所述铝合金包含：
4.5-7wt.％的锌(Zn)；
2-2.5wt.％的镁(Mg)；
1.5-4％的铁(Fe)；和，
不可避免的杂质。
5.一种铝合金，所述铝合金包含：
4.7-6.9wt.％的锌(Zn)；
2.1-2.24wt.％的镁(Mg)；
1.56-3.78％的铁(Fe)；
0.05-0.38的铜(Cu)；
0.02-0.24的锰(Mn)；和，
不可避免的杂质。
6.一种铝合金，所述铝合金由以下组成：
2-10wt.％的锌；
0.5-5wt.％的镁；
0.5-5wt.％的铁；
0-4wt.％的铜；
0-1wt.％的锰；
0-0.5wt.％的钛；
0-0.15wt.％的硼；
0-0.5wt.％的锆；
0-0.5wt.％的钒；
0-0.5wt.％的钪；
0-0.5wt.％的铬；
0-0.1wt.％的锶；
0-0.1wt.％的钠；
0-0.5wt.％的硼；和，
0-0.2wt.％的铍。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所要求的铝合金，所述铝合金已经受热处理，所述热处理是以下构成的组中的一个或多个成员：仅固溶、仅孕育、仅时效、未处理或者两种或更多种热处理步骤一起。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的铝合金，所述铝合金已通过以下之一进行热处理：
一步固溶化：在460℃下持续3.5小时-24小时，用冷水淬火；
两步固溶化：在450℃下持续12-22小时，加上以5-30℃/小时至475-500℃，加上在475-500℃下持续4-7小时，用冷水淬火；
在固溶与时效之间在室温下孕育1-24小时；
一步时效：在120-170℃下持续1-24小时；以及，
两步时效：在120℃下持续1-24小时，加上在150-180℃下持续1-24小时。
CN201780084804.6A 2016-11-28 2017-11-27 用于结构和非结构近终连铸的铝合金及其生产方法 Pending CN110234776A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662426822P 2016-11-28 2016-11-28
US62/426,822 2016-11-28
PCT/CA2017/051420 WO2018094535A1 (en) 2016-11-28 2017-11-27 Aluminium alloys for structural and non-structural near net casting, and methods for producing same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110234776A true CN110234776A (zh) 2019-09-13

Family

ID=62194576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780084804.6A Pending CN110234776A (zh) 2016-11-28 2017-11-27 用于结构和非结构近终连铸的铝合金及其生产方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11634795B2 (zh)
EP (1) EP3615702A4 (zh)
JP (1) JP7312112B2 (zh)
KR (1) KR102602706B1 (zh)
CN (1) CN110234776A (zh)
CA (1) CA3045163A1 (zh)
MX (1) MX2019006204A (zh)
WO (1) WO2018094535A1 (zh)
ZA (1) ZA201903602B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111378881A (zh) * 2020-04-21 2020-07-07 慈溪市宜美佳铝业有限公司 一种电池托盘侧梁用超高精度铝合金型材及其制备方法
CN111560549A (zh) * 2020-05-18 2020-08-21 新沂天源节能材料有限公司 一种高强度耐磨损铝合金门窗及其制造方法
CN115704069A (zh) * 2021-08-06 2023-02-17 四会市辉煌金属制品有限公司 四元铝合金及其制备方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109057104B (zh) * 2018-08-10 2020-09-04 辰航新材料科技有限公司 一种防褪色、防腐蚀的铝单板幕墙
CN108998710B (zh) * 2018-08-23 2019-11-12 山东创新金属科技有限公司 一种手机外壳用铝合金制备工艺
EP4028564A4 (en) * 2019-09-10 2023-09-13 Magna International Inc. ALUMINUM ALLOY FOR HIGH PRESSURE DIE CASTING APPLICATIONS
CN110527882A (zh) * 2019-09-17 2019-12-03 苏州镁馨科技有限公司 一种高硬度铝合金材料
EP4137595A1 (en) 2021-04-30 2023-02-22 Nemak, S.A.B. de C.V. Aluminum casting alloy for near net shaped casting of structural or non-structural components
EP4083242A1 (en) 2021-04-30 2022-11-02 Nemak, S.A.B. de C.V. Aluminum casting alloy for near net shaped casting of structural or non-structural components
KR102682879B1 (ko) * 2021-11-29 2024-07-09 한국자동차연구원 고강도 및 고연성 알루미늄 합금

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB644776A (en) * 1947-02-18 1950-10-18 Tennyson Fraser Bradbury An aluminium base alloy
US3637441A (en) * 1968-04-08 1972-01-25 Aluminum Co Of America Aluminum-copper-magnesium-zinc powder metallurgy alloys
US3885959A (en) * 1968-03-25 1975-05-27 Int Nickel Co Composite metal bodies
US4711762A (en) * 1982-09-22 1987-12-08 Aluminum Company Of America Aluminum base alloys of the A1-Cu-Mg-Zn type
CA2035361A1 (en) * 1990-02-02 1991-08-03 Bruno Prinz Process of producing monotectic alloys
US20020051695A1 (en) * 1998-09-04 2002-05-02 Heinrich Friederich Light alloy thread-forming screw and its production method
CN101243196A (zh) * 2005-07-21 2008-08-13 阿勒里斯铝业科布伦茨有限公司 形变铝aa7000-系列合金产品和制造所述产品的方法
WO2013105831A1 (ko) * 2012-01-12 2013-07-18 한국생산기술연구원 다이캐스팅용 고열전도도 Ａｌ-Ｚｎ 합금
WO2014030915A1 (ko) * 2012-08-21 2014-02-27 한국생산기술연구원 고강도 및 고열전도도를 동시에 나타내는 다이캐스팅용 Ａｌ－Ｚｎ 합금
CN104046854A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 适于高压模具铸造的铝合金
US20150283607A1 (en) * 2013-02-13 2015-10-08 Caterpillar Inc. Apparatus and method for manufacturing a turbocharger component
CN106255771A (zh) * 2014-04-30 2016-12-21 美铝公司 改善的7xx铝铸造合金及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU406931A1 (ru) * 1971-02-19 1973-11-21 Сплав на основе алюминия
US4193822A (en) * 1977-07-15 1980-03-18 Comalco Aluminium (Bellbay) Limited High strength aluminium base alloys
JPH01294841A (ja) * 1988-05-20 1989-11-28 Daiki Alum Kogyosho:Kk 鋳造用高力アルミニウム合金
US20070204937A1 (en) 2005-07-21 2007-09-06 Aleris Koblenz Aluminum Gmbh Wrought aluminium aa7000-series alloy product and method of producing said product
JP5025287B2 (ja) * 2007-03-01 2012-09-12 日立エーアイシー株式会社 アルミニウム電解コンデンサ
JP5793336B2 (ja) 2010-09-21 2015-10-14 株式会社Uacj 高強度アルミニウム合金ブレージングシート及びその製造方法
CN103160713B (zh) * 2011-12-08 2015-04-15 沈阳工业大学 过共晶Al-Fe合金半固态挤压及热处理方法
KR101469613B1 (ko) * 2012-08-21 2014-12-05 한국생산기술연구원 다이캐스팅용 고열전도도 Ａｌ－Ｚｎ 합금
WO2015141193A1 (ja) 2014-03-19 2015-09-24 株式会社Uacj アルミニウム合金クラッド材及びその製造方法、ならびに、当該アルミニウム合金クラッド材を用いた熱交換器及びその製造方法
CN105441705B (zh) * 2015-11-14 2019-01-25 合肥市易远新材料有限公司 一种高强高韧性铝合金的制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB644776A (en) * 1947-02-18 1950-10-18 Tennyson Fraser Bradbury An aluminium base alloy
US3885959A (en) * 1968-03-25 1975-05-27 Int Nickel Co Composite metal bodies
US3637441A (en) * 1968-04-08 1972-01-25 Aluminum Co Of America Aluminum-copper-magnesium-zinc powder metallurgy alloys
US4711762A (en) * 1982-09-22 1987-12-08 Aluminum Company Of America Aluminum base alloys of the A1-Cu-Mg-Zn type
CA2035361A1 (en) * 1990-02-02 1991-08-03 Bruno Prinz Process of producing monotectic alloys
US20020051695A1 (en) * 1998-09-04 2002-05-02 Heinrich Friederich Light alloy thread-forming screw and its production method
CN101243196A (zh) * 2005-07-21 2008-08-13 阿勒里斯铝业科布伦茨有限公司 形变铝aa7000-系列合金产品和制造所述产品的方法
WO2013105831A1 (ko) * 2012-01-12 2013-07-18 한국생산기술연구원 다이캐스팅용 고열전도도 Ａｌ-Ｚｎ 합금
WO2014030915A1 (ko) * 2012-08-21 2014-02-27 한국생산기술연구원 고강도 및 고열전도도를 동시에 나타내는 다이캐스팅용 Ａｌ－Ｚｎ 합금
US20150283607A1 (en) * 2013-02-13 2015-10-08 Caterpillar Inc. Apparatus and method for manufacturing a turbocharger component
CN104046854A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 适于高压模具铸造的铝合金
CN106255771A (zh) * 2014-04-30 2016-12-21 美铝公司 改善的7xx铝铸造合金及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111378881A (zh) * 2020-04-21 2020-07-07 慈溪市宜美佳铝业有限公司 一种电池托盘侧梁用超高精度铝合金型材及其制备方法
CN111560549A (zh) * 2020-05-18 2020-08-21 新沂天源节能材料有限公司 一种高强度耐磨损铝合金门窗及其制造方法
CN115704069A (zh) * 2021-08-06 2023-02-17 四会市辉煌金属制品有限公司 四元铝合金及其制备方法
CN115704069B (zh) * 2021-08-06 2024-02-06 四会市辉煌金属制品有限公司 四元铝合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11634795B2 (en) 2023-04-25
EP3615702A1 (en) 2020-03-04
JP7312112B2 (ja) 2023-07-20
JP2020501028A (ja) 2020-01-16
CA3045163A1 (en) 2018-05-31
US20190376166A1 (en) 2019-12-12
WO2018094535A1 (en) 2018-05-31
KR20190091301A (ko) 2019-08-05
EP3615702A4 (en) 2020-10-28
MX2019006204A (es) 2019-09-19
BR112019010957A2 (pt) 2019-10-01
ZA201903602B (en) 2023-12-20
KR102602706B1 (ko) 2023-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110234776A (zh) 用于结构和非结构近终连铸的铝合金及其生产方法
CA2657331C (en) A high strength, heat treatable aluminum alloy
US20070102071A1 (en) High strength, high toughness, weldable, ballistic quality, castable aluminum alloy, heat treatment for same and articles produced from same
CN108070754A (zh) 提高铝合金的强度
US6630037B1 (en) High strength aluminum alloy forgings
JP3684313B2 (ja) 自動車のサスペンション部品用高強度高靱性アルミニウム合金鍛造材
CN108456812B (zh) 一种低Sc高强高韧高淬透性铝锌镁系合金及制备方法
JP5276341B2 (ja) 耐水素脆化特性に優れた高圧ガス容器用アルミニウム合金材
JP6118728B2 (ja) ７ｘｘｘ系合金製の厚い製品および製造方法
US20120291926A1 (en) Aluminum alloys
KR20120123711A (ko) 고압 수소 가스 저장 용기용 알루미늄 합금재
WO2016034857A1 (en) A casting al-mg-zn-si based aluminium alloy for improved mechanical performance
KR19980701850A (ko) 다이 캐스팅용 알루미늄 기초 합금 및 다이 캐스트 제품 제조방법
DE102009036056A1 (de) Al-Druckgusslegierung für dickwandige Druckgussteile
CA2609534A1 (en) An al-zn-mg-ag high-strength alloy for aerospace and automotive castings
WO2020263864A1 (en) Improved thick wrought 7xxx aluminum alloys, and methods for making the same
WO2019167469A1 (ja) Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミニウム合金材
Lu et al. A new fast heat treatment process for cast A356 alloy motorcycle wheel hubs
Chen et al. Microstructures, Mechanical Properties, and Wear Resistances of Thixoextruded SiC p/WE43 Magnesium Matrix Composites
CN112143939A (zh) 铝铸造合金、铝铸造部件以及用于制造铝铸件的方法
GB2065516A (en) A cast bar of an aluminum alloy for wrought products, having improved mechanical properties and workability
CN105671376B (zh) 高强高塑重力铸造与室温冷轧亚共晶铝硅合金材料及其制造方法
Souissi et al. An experimental design and theoretical analysis of squeeze casting parameters for 2017A aluminium alloy
Devoor et al. Study the tensile and compression behaviour of LM 25 aluminium alloy reinforced with steel wire
GB2128914A (en) A cast bar of an aluminum alloy for wrought products, having improved mechanical properties and workability

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination