CN114599806A - 用于高压压铸应用的铝合金 - Google Patents

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Abstract

提供了一种改进的铝合金，该改进的铝合金用于与回收的铝合金混合以形成用于高压真空压铸的材料。基于改进的铝合金的总重量，改进的铝合金包括10至12wt.％的硅、0.65至0.85wt.％的锰、小于0.05wt.％的铁、小于0.05wt.％的镁、0.2至0.4wt.％的锶、小于0.05wt.％的钛以及小于0.02wt.％的铜。回收的铝合金通常包括0.60‑1.0wt.％的硅、≤0.35wt.％的铁、≤0.20wt.％的铜、0.05‑0.20wt.％的锰、0.40‑0.8wt.％的镁、≤0.20wt.％的铬、≤0.15wt.％的锌、≤0.05wt.％的钛、≤0.05wt.％的其他元素(每种的量)以及≤0.15wt.％的其他元素(总量)。该材料满足Aural 5S合金的规格。

Description

用于高压压铸应用的铝合金
相关申请的交叉引用
本PCT国际专利申请要求于2019年9月10日提交的并且标题为“用于高压压铸应用的铝合金”、序列号为62/898,046的美国临时专利申请的权益和优先权，该美国临时专利申请的全部公开内容通过参引并入本文中。
背景技术
1.发明领域
本发明涉及改进的铝合金、包括改进的铝合金和回收的铝合金的混合物的材料、由该材料形成的部件以及制造该部件和该材料的方法。
2.相关技术
铸造、挤压和锻造是期间将材料熔化、成型并允许材料冷却并凝固成结构部件的生产工艺。在这种工艺中使用的一种材料是铝合金，并且更具体地，是Aural系列铝合金。例如，由于合金能够进行热处理和析出硬化的能力，Aural 5S合金表现出良好的机械性能和良好的铸造性(流动性)，并且因此，Aural 5S合金用于结构铝高压真空压铸应用。然而，用于结构高压压铸件的Aural系列铝合金更昂贵，因为与其他更成熟的铝铸造合金、比如A356相比并且与锻制(片材、锻造等)合金、比如6000系列铝相比，它们的产量较低。
发明内容
本发明提供了一种改进的铝合金，该改进的铝合金可以与回收的铝合金混合以形成满足Aural 5S(C611)合金化学组分的规格的材料。与满足Aural 5S(C611)合金规格的常规材料相比，该材料可以以降低的成本制造。
根据本发明的一个方面，基于改进的铝合金的总重量，改进的铝合金包括10至12wt.％的硅、0.65至0.85wt.％的锰、小于0.05wt.％的铁、小于0.05wt.％的镁、0.2至0.4wt.％的锶、小于0.05wt.％的钛以及小于0.02wt.％的铜。
本发明的另一方面提供了由改进的铝合金和回收的铝合金形成的材料。基于改进的铝合金的总重量，改进的铝合金包括10至12wt.％的硅、0.65至0.85wt.％的锰、小于0.05wt.％的铁、小于0.05wt.％的镁、0.2至0.4wt.％的锶、小于0.05wt.％的钛以及小于0.02wt.％的铜。基于回收的铝合金的总重量，回收的铝合金包括0.60至1.0wt.％的硅、≤0.35wt.％的铁、≤0.20wt.％的铜、0.05至0.20wt.％的锰、0.40至0.8wt.％的镁、≤0.10wt.％的铬、≤0.15wt.％的锌以及≤0.05wt.％的钛；或者，基于回收的铝合金的总重量，回收的铝合金包括0.80至1.5wt.％的硅、0.05至0.2wt.％的铁、0.01至0.11wt.％的铜、0.02至0.10wt.％的锰、0.45至0.70wt.％的镁、≤0.10wt.％的铬、≤0.25wt.％的锌以及≤0.05wt.％的钛。
本发明的另一方面提供一种至少部分地由包括改进的铝合金和回收的铝合金的材料形成的部件。
本发明的又一方面提供了一种通过混合改进的铝合金和回收的铝合金来制造材料的方法。
本发明的另一方面提供了一种通过对包括改进的铝合金和回收的铝合金的材料进行铸造来制造部件的方法。
附图说明
本文中描述的附图仅出于对所选实施方式进行说明的目的，而非意在限制本公开的范围。通过参照以下描述并结合附图，将更容易理解与本公开相关联的发明构思，在附图中：
图1图示了根据本发明的实施方式的由回收的铝合金形成的冲压门内面板的示例，其中，回收的铝合金可以与改进的铝合金混合以形成结构部件；
图2图示了根据另一示例实施方式的由回收的铝合金形成的冲压件；以及
图3图示了根据另一示例实施方式的由回收的铝合金形成的汽车门的外面板。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例实施方式。然而，仅提供示例实施方式使得本公开将是透彻的，并且将向本领域技术人员全面地传达范围。阐述了许多具体细节，比如具体部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员来说将明显的是，不需要采用具体细节，示例实施方式可以以许多不同的形式来实施，并且都不应当被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施方式中，未对公知过程、公知装置结构和公知技术进行详细描述。
本发明的一方面提供了一种改进的铝合金，该改进的铝合金可以与回收的铝合金混合以形成用于高压压铸应用的材料。例如，该材料可以用于通过高压压铸形成部件的至少一部分。根据示例实施方式，该部件是结构部件，例如用于多材料轻型车辆的高真空压铸降档导轨压铸件。在优选的实施方式中，包括改进的铝合金和回收的铝合金的该材料满足Aural 5S(C611)合金化学组分的规格。
改进的铝合金是亚共晶至共晶组分并且基于改进的铝合金的总重量包括10至12重量百分比(wt.％)的硅、0.65至0.85wt.％的锰、小于0.05wt.％的铁、小于0.05wt.％的镁、0.2至0.4wt.％的锶、小于0.05wt.％的钛以及小于0.02wt.％的铜。
改进的铝合金通常以铸锭形式制造。改进的铝合金设计成补偿回收的铝合金与Aural 5S铝合金的组分之间的差异，使得改进的铝合金和回收的铝合金的混合物满足Aural 5S(C611)合金化学组分的规格。
回收的铝合金的成本通常比改进的铝合金和Aural 5S铝合金低。回收的铝合金通常也从片材获得，例如从来自设计用于车辆的门面板的废料获得。图1是一种由回收的材料制成的冲压门内面板，并且这种回收的铝合金可以与改进的铝合金混合以形成结构部件。
图2是根据示例实施方式的由回收的铝合金形成的冲压件的另一示例。
根据一个实施方式，基于回收的铝合金的总重量，回收的铝合金的组分包括0.60至1.0wt.％的硅、≤0.35wt.％的铁、≤0.20wt.％的铜、0.05至0.20wt.％的锰、0.40至0.8wt.％的镁、≤0.20wt.％的铬、≤0.15wt.％的锌、≤0.05wt.％的钛、≤0.05wt.％的其他元素(每种的量)以及≤0.15wt.％的其他元素(总量)。
根据一个优选实施方式，回收的铝合金以Novelis AdvanzTM6HS-e600的名称出售。根据该实施方式，基于回收的铝合金的总重量，回收的铝合金包括0.60至1.0wt.％的硅、≤0.35wt.％的铁、≤0.20wt.％的铜、0.05至0.20wt.％的锰、0.40至0.8wt.％的镁、≤0.10wt.％的铬、≤0.15wt.％的锌、≤0.05wt.％的钛、≤0.05wt.％的其他元素(每种的量)以及≤0.15wt.％的其他元素(总量)。根据该实施方式，回收的铝合金具有2.7x10kg/m3的密度、70000N/mm2的弹性模量、8.0x103 kg/m3的热膨胀系数、160-190W/mK的热导率以及26-40Ω/mm2的电导率。根据该实施方式，如果回收的铝合金用于外部应用，则在T4回火工艺之后，回收的铝合金具有在室温下至少230MPa的极限抗拉强度(Rm)、不大于160MPa的屈服强度(Rp0.2)以及至少22％的总伸长率(A80)。根据该实施方式，如果回收的铝合金用于结构应用，则在T4回火工艺之后，回收的铝合金具有在室温下至少220MPa的极限抗拉强度(Rm)、不大于160MPa的屈服强度(Rp0.2)以及至少23％的总伸长率(A80)。根据该实施方式，如果回收的铝合金用于外部应用，则在185℃下2％重新张紧20分钟的T6回火工艺后，回收的铝合金具有在室温下至少290MPa的极限抗拉强度(Rm)、不大于250MPa的屈服强度(Rp0.2)以及至少16％的总伸长率(A80)。
根据另一优选实施方式，回收的铝合金以Novelis AdvanzTM6HS-s600的名称出售，并且也称为Novelis AC600系列锻制铝。根据该实施方式，基于回收的铝合金的总重量，回收的铝合金包括0.60至1.0wt.％的硅、≤0.35wt.％的铁、≤0.20wt.％的铜、0.05至0.20wt.％的锰、0.40至0.8wt.％的镁、≤0.10wt.％的铬、≤0.15wt.％的锌、≤0.05wt.％的钛、≤0.05wt.％的其他元素(每种的量)以及≤0.15wt.％的其他元素(总量)。根据该实施方式，回收的铝合金具有2.7x10 kg/m3的密度、70000N/mm2的弹性模量、8.0x103 kg/m3热膨胀系数、160-190W/mK的热导率、以及26-40Ω/mm2的电导率。根据该实施方式，如果回收的铝合金用于外部应用，则在T4回火工艺之后，回收的铝合金具有在室温下至少230Mpa的极限抗拉强度(Rm)、不大于160Mpa的屈服强度(Rp0.2)以及至少22％的总伸长率(A80)。根据该实施方式，如果回收的铝合金用于结构应用，则在T4回火工艺之后，回收的铝合金具有在室温下至少220Mpa的极限抗拉强度(Rm)、不大于160Mpa的屈服强度(Rp0.2)以及至少23％的总伸长率(A80)。根据该实施方式，如果回收的铝合金用于外部应用，则在185℃下2％再张紧20分钟的T6回火工艺后，回收的铝合金具有在室温下至少290Mpa的极限抗拉强度(Rm)、不大于250Mpa的屈服强度(Rp0.2)以及至少16％的总伸长率(A80)。
根据另一实施方式，回收的铝合金被称为6022铝并且从汽车片材获得，例如从如图3中所示的汽车门外面板获得。根据该实施方式，基于回收的铝合金的总重量，回收的铝合金包括0.80至1.5wt.％的硅、0.05至0.2wt.％的铁、0.01至0.11wt.％的铜、0.02至0.10wt.％的锰、0.45至0.70wt.％的镁、≤0.10wt.％的铬、≤0.25wt.％的锌以及≤0.05wt.％的钛。
由改进的铝合金和回收的铝合金形成的材料基于该材料的总重量可以包括55至65wt.％的量的改进的铝合金和35至45wt.％的量的回收的铝合金。在优选的实施方式中，基于混合物的总重量以5比3的比例混合或混和改进的铝合金和回收的铝合金，例如63wt.％的改进的铝合金和37wt.％的回收的铝合金，以获得具有满足Aural 5S(C611)合金化学组分规范的组分的材料。改进的铝合金中的硅含量允许在商业堆叠式熔炼炉中熔化。
通过混合改进的铝合金和回收的铝合金形成的满足Aural 5S合金组分规格的材料基于该材料的总重量包括6.0至8.0wt.％的硅、0.40至0.60wt.％的锰、≤0.25wt.％的铁、0.10至0.60wt.％的镁、0.010至0.03wt.％的锶、≤0.15wt.％的钛、≤0.05wt.％的其他元素(每种的量)以及≤0.15wt.％的其他元素(总量)。Aural 5S合金在T5回火条件下具有120MPa(0.2％的偏移量)的最小屈服强度、180Mpa的最小极限抗拉强度(UTS)为以及7％的最小伸长率。这些性能是通过将改进的铝合金和回收的铝合金混合形成的材料来实现的。
该材料可以用于形成部件的至少一部分。根据优选实施方式，该部件通过高压真空压铸该材料而形成。该高压真空压铸工艺通常包括通过向材料施加400至600MPa的压力并且在材料处于真空下时对材料进行铸造。期望该材料具有良好的可铸性(流动性)和良好的机械性能。
应当理解的是，已经出于说明的目的提供了实施方式的前述描述。换言之，本公开主题并不意在穷举或限制本公开。特定实施方式的各个元素或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下能够互换并且可以在选定的实施方式中使用，即使没有具体地示出或描述亦是如此。特定实施方式的各个元素或特征也可以以多种方式变化。这种变型不应被视为背离本公开，并且所有这种改进均意在包含于本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种铝合金，基于改进的铝合金的总重量，所述铝合金包括10至12重量百分比(wt.％)的硅、0.65至0.85wt.％的锰、小于0.05wt.％的铁、小于0.05wt.％的镁、0.2至0.4wt.％的锶、小于0.05wt.％的钛以及小于0.02wt.％的铜。
2.根据权利要求1所述的铝合金，其中，所述铝合金包括亚共晶组分。
3.根据权利要求1所述的铝合金，其中，所述铝合金包括共晶组分。
4.一种由改进的铝合金和回收的铝合金制成的材料；
基于所述改进的铝合金的总重量，所述改进的铝合金包括10至12wt.％的硅、0.65至0.85wt.％的锰、小于0.05wt.％的铁、小于0.05wt.％的镁、0.2至0.4wt.％的锶、小于0.05wt.％的钛以及小于0.02wt.％的铜；并且
基于所述回收的铝合金的总重量，所述回收的铝合金包括0.60至1.0wt.％的硅、≤0.35wt.％的铁、≤0.20wt.％的铜、0.05至0.20wt.％的锰、0.40至0.8wt.％的镁、≤0.20wt.％的铬，≤0.15wt.％的锌以及≤0.05wt.％的钛；或者，基于所述回收的铝合金的总重量，所述回收的铝合金包括0.80至1.5wt.％的硅、0.05至0.2wt.％的铁、0.01至0.11wt.％的铜、0.02至0.10wt.％的锰、0.45至0.70wt.％的镁、≤0.10wt.％的铬、≤0.25wt.％的锌以及≤0.05wt.％的钛。
5.根据权利要求4所述的材料，其中，所述回收的铝合金包括其他元素，基于所述回收的铝合金的总重量，所述其他元素各自具有不大于0.05wt.％的量且具有不大于0.15wt.％的总量。
6.根据权利要求4所述的材料，基于所述材料的总重量，所述材料包括55至65wt.％的量的所述改进的铝合金和35至45wt.％的量的所述回收的铝合金。
7.根据权利要求4所述的材料，其中，基于所述材料的总重量，所述材料包括6.0至8.0wt.％的硅、0.40至0.60wt.％的锰、不大于0.25wt.％的铁、0.10至0.60wt.％的镁、0.010至0.03wt.％的锶、不大于0.15wt.％的钛、不大于0.05wt.％的其他元素(每种的量)以及不大于0.15wt.％的其他元素(总量)。
8.根据权利要求4所述的材料，其中，所述材料具有120MPa(0.2％的偏移量)的最小屈服强度、180MPa的最小极限抗拉强度(UTS)以及7％的最小伸长率。
9.一种部件，所述部件至少部分地由权利要求5所述的材料形成。
10.一种通过混合改进的铝合金和回收的铝合金来制造材料的方法，基于所述改进的铝合金的总重量，所述改进的铝合金包括10至12重量百分比(wt.％)的硅、0.65至0.85wt.％的锰、小于0.05wt.％的铁、小于0.05wt.％的镁、0.2至0.4wt.％的锶、小于0.05wt.％的钛以及小于0.02wt.％的铜；并且，基于所述回收的铝合金的总重量，所述回收的铝合金包括0.60至1.0wt.％的硅、≤0.35wt.％的铁、≤0.20wt.％的铜、0.05至0.20wt.％的锰、0.40至0.8wt.％的镁、≤0.20wt.％的铬、≤0.15wt.％的锌以及≤0.05wt.％的钛；或者，基于所述回收的铝合金的总重量，所述回收的铝合金包括0.80至1.5wt.％的硅、0.05至0.2wt.％的铁、0.01至0.11wt.％的铜、0.02至0.10wt.％的锰、0.45至0.70wt.％的镁、≤0.10wt.％的铬、≤0.25wt.％的锌以及≤0.05wt.％的钛。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述回收的铝合金包括其他元素，基于所述回收的铝合金的总重量，所述其他元素各自具有不大于0.05wt.％的量且具有不大于0.15wt.％的总量。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，混合步骤包括将基于所述材料的总重量的55至65wt.％的量的所述改进的铝合金和35至45wt.％的量的所述回收的铝合金进行混合。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，基于所述材料的总重量，所述材料包括6.0至8.0wt.％的硅、0.40至0.60wt.％的锰、≤0.25wt.％的铁、0.10至0.60wt.％的镁、0.010至0.03wt.％的锶、≤0.15wt.％的钛、≤0.05wt.％的其他元素(每种的量)以及≤0.15wt.％的其他元素(总量)。
14.一种制造部件的方法，所述方法包括以下步骤：
根据权利要求10所述的方法制造材料；以及
铸造所述材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，铸造步骤包括高压真空压铸。
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