CN116970846A

CN116970846A - 一种多用途铝合金组合物

Info

Publication number: CN116970846A
Application number: CN202210427927.8A
Authority: CN
Inventors: 湛弘义; 王舟; 王建锋
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-04-22
Filing date: 2022-04-22
Publication date: 2023-10-31
Also published as: US20230340646A1; DE102022115004A1

Abstract

本发明涉及一种多用途铝合金组合物。一种铝合金和由其铸造的成型铝合金部件。铝合金包括以质量计≥约6.5%至≤约8%的硅、≥约0.1%至≤约0.35%的镁、≥约0.2%至≤约0.25%的铁、≥约0.05%至≤约0.15%锰，以及≥约0.1%至≤约0.2%的铬。铝合金中铁的质量百分比（Fe%）、锰的质量百分比（Mn%）和铬的质量百分比（Cr%）满足关系：(i)[Mn%+(a×Cr%)]/Fe%>1，和(ii)Fe%+(b×Mn%)+(c×Cr%)>0.6%，其中约1.3≤a≤约1.7，约1.2≤b≤约1.7，和约2.5≤c≤约2.9。

Description

一种多用途铝合金组合物

技术领域

本发明涉及一种用于铸造成形铝合金部件的铝合金和一种铝合金部件。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

本公开一般涉及铝合金，并且更具体地涉及用于铸造成形铝合金部件的铝合金。

铝合金用于制造消费品和组件，并且可通过各种方法形成所需的形状，包括通过压铸和永久模铸。在传统的铸造工艺中，熔融金属被引入到模腔中，并且在将铸件从模腔中移除之前允许所述熔融金属冷却和凝固。在铸造之前，可将润滑剂喷射到模腔的内表面上，例如，以帮助控制模具的温度并帮助从模具中取出铸件。在一些铸造工艺(例如，高压压铸法)中，熔融金属在高表压(例如，在约1,500 psi至约25,400 psi的压力)下被迫使进入模腔中，其可促进模腔的快速填充并且可允许大批量生产具有相对薄的壁(例如，小于约5毫米)的部件。在其它铸造工艺中，模具金属可通过重力、通过施加相对低的表压(例如，约3psi至约50 psi)或在真空下被引入模腔中，其可便于生产具有相对低孔隙率的相对厚壁(例如，大于约5毫米)的铸件。这些相对低压铸造工艺的实例包括永久模铸(例如低压压铸、差压铸造和重力铸造)和砂型铸造。

用于铸造铝合金部件的模具通常由钢制成，并且在铸造过程中当熔融铝粘附或焊接到模腔的内表面上并且在从模具中移除铸件之后保留在腔中时，可发生称为焊接的铸造缺陷。为了避免焊接缺陷，铝合金可被配制成包含相对高的量的铁(例如，大于约0.8质量%的Fe)或锰(例如，大于约0.5质量%的Mn)。然而，如此大量的铁和/或锰可降低由其制造的铸造铝合金部件的延展性，其可阻碍此类合金用于制造某些结构部件，例如在汽车工业中。例如，当铸造铝合金部件时，足够高的延展性可能是必要的，以确保铸件表现出优异的挤压或碰撞性能，即使当部件被设计成具有薄壁以减轻重量时。

为了节能和可持续性，铝合金部件的再循环是期望的。在输入和输出铝合金材料的组成基本相同(即，相同的合金元素在输入和输出材料中以基本相同的量存在)的情况下，组成闭环的再循环操作是特别合意的，因为它们具有消除铝合金废料的降级回收(或升级回收)的潜力。在降级回收中，各种不同的铝合金废料的混合可导致回收的铝合金材料中杂质和合金元素的累积，其可将回收材料的下游应用限制为较低纯度应用。例如，与通过相对低压铸造法铸造的铝合金部件相比(例如，在承重结构部件的制造中)，用于高压压铸法的铝合金组合物时常含有相对高含量的铁和锰，并且在回收过程中组合这些不同的铝合金组合物可防止所得的回收的铝合金材料被重新用于制造原始铝（original aluminum）合金材料中的任一种。为了促进铝的闭环回收，开发以下铝合金组合物将是有益的，所述铝合金组合物可以用于多种类型的制造工艺中以成功地生产用于各种不同工业和/或应用的铝合金消费品和/或部件。

发明内容

本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开涉及一种用于铸造成形铝合金部件的铝合金。该铝合金包含以质量计：大于或等于约6.5%至小于或等于约8%的硅，大于或等于约0.1%至小于或等于约0.4%的镁，大于或等于约0.2%至小于或等于约0.25%的铁，大于或等于约0.05%至小于或等于约0.15%的锰，和大于或等于约0.10%至小于或等于约0.2%的铬。铝合金中铁的质量百分比(Fe%)、锰的质量百分比(Mn%)和铬的质量百分比(Cr%)满足以下数学关系：

(i) [Mn% + (a × Cr%)]/Fe% > 1，和

(ii) Fe% + (b × Mn%) + (c × Cr%) > 0.6%,

其中a大于或等于约1.3且小于或等于约1.7，b大于或等于约1.2且小于或等于约1.7，且c大于或等于约2.5且小于或等于约2.9。

在一些方面中，a可大于或等于约1.4且小于或等于约1.6，b可大于或等于约1.4且小于或等于约1.6，并且c可大于或等于约2.6且小于或等于约2.8。

在一些方面中，a可以是约1.5，b可以是约1.5，并且c可以是约2.7。

铝合金可进一步包含以质量计，大于0%至小于或等于0.2%的铜，大于0%至小于或等于0.2%的锌；和作为余量的铝。

在一些方面，铝合金可包含以质量计大于或等于约6.5%至小于或等于约7.5%的硅、大于或等于约0.05%至小于或等于约0.1%的锰和大于或等于约0.12%至小于或等于约0.18%的铬。在这种情况下，铝合金可进一步包含以质量计大于或等于0%至小于或等于0.1%的铜、大于或等于0%至小于或等于0.1%的锌和作为余量的铝。

在一些方面，铝合金可包含以质量计大于或等于约6.5%至小于或等于约7.5%的硅、大于或等于约0.08%至小于或等于约0.12%的锰和大于或等于约0.1%至小于或等于约0.15%的铬。在这种情况下，铝合金可进一步包含以质量计大于或等于0%至小于或等于0.1%的铜、大于或等于0%至小于或等于0.1%的锌，和作为余量的铝。

在一些方面，铝合金可包含以质量计大于或等于约6.5%至小于或等于约7.5%的硅、大于或等于约0.3%至小于或等于约0.4%的镁、约0.25%的铁、大于或等于约0.08%至小于或等于约0.12%的锰和大于或等于约0.11%至小于或等于约0.14%的铬。

在将铝合金铸造成成形铝合金部件之后，成形的铝合金部件可表现出多相显微组织，其包括铝基体相和分布在整个铝基体相中的含Fe金属间相。含Fe金属间相可包含多个AlFeSi金属间颗粒和多个Al(M,Fe)Si金属间颗粒，其中M为Mn和/或Cr。

在一些方面中，Al(M,Fe)Si金属间颗粒可占含Fe金属间相的按体积计大于50%，且AlFeSi金属间颗粒可占含Fe金属间相的按体积计小于50%。

在一些方面，Al(M,Fe)Si金属间颗粒可占含Fe金属间相的按体积计大于75%，并且AlFeSi金属间颗粒可占含Fe金属间相的按体积计小于25%。

Al(M,Fe)Si金属间颗粒在二维横截面中观察时具有小于3的平均纵横比。

AlFeSi金属间颗粒当在二维横截面中观察时具有大于3的平均纵横比。

当在约705℃的温度下在钢模腔中铸造时，铝合金可不表现出模具焊接。

公开了一种铝合金部件。该铝合金部件包含以质量计：大于或等于约6.5%至小于或等于约8%的硅，大于或等于约0.1%至小于或等于约0.4%的镁，大于或等于约0.2%至小于或等于约0.25%的铁，大于或等于约0.05%至小于或等于约0.15%的锰，和大于或等于约0.1%至小于或等于约0.2%的铬。铝合金中铁的质量百分比(Fe%)、锰的质量百分比(Mn%)和铬的质量百分比(Cr%)满足以下数学关系：

(iii) [Mn% + (a × Cr%)]/Fe% > 1，和

(iv) Fe% + (b × Mn%) + (c × Cr%) > 0.6%，

在一些方面，铝合金部件可通过永久模铸法或砂型铸造法制造，其中在小于或等于约50 psi的压力下在限定铝合金部件形状的模具中铸造一定体积的铝合金，并且然后以小于或等于约10℃/秒的平均冷却速率冷却至环境温度。铝合金部件可具有大于5毫米至小于或等于约10毫米的壁厚。在这种情况下，在固溶热处理和人工时效铝合金部件之后，铝合金部件可表现出大于或等于约180 MPa至小于或等于约270 MPa的屈服强度，大于或等于约260 MPa至小于或等于约330 MPa的极限拉伸强度，大于或等于约70 MPa至小于或等于约100 MPa的疲劳强度，和大于或等于约8%至小于或等于约13%的断裂伸长率。

在其它方面，铝合金部件可通过高压压铸法制造，其中在限定铝合金部件形状的模具中在约1,500 psi至约25,400 psi范围内的压力下铸造一定体积的铝合金，并且然后以约100℃/秒至约1,000℃/秒范围内的平均冷却速率冷却至环境温度。铝合金部件可具有大于或等于约0.5毫米至小于约5毫米的壁厚。在这种情况下，在铝合金部件冷却至环境温度之后，铝合金部件可表现出大于或等于约100 MPa至小于或等于约130 MPa的屈服强度，大于或等于约220 MPa至小于或等于约280 MPa的极限拉伸强度，以及大于或等于约8%至小于或等于约17%的断裂伸长率。

本发明公开了以下实施方案：

1 一种用于铸造成形铝合金部件的铝合金，所述铝合金包含以质量计：

大于或等于约6.5%至小于或等于约8%的硅；

大于或等于约0.1%至小于或等于约0.4%的镁；

大于或等于约0.2%至小于或等于约0.25%的铁；

大于或等于约0.05%至小于或等于约0.15%的锰；以及

大于或等于约0.1%至小于或等于约0.2%的铬，

其中，铝合金中铁的质量百分比(Fe%)、锰的质量百分比(Mn%)和铬的质量百分比(Cr%)满足以下数学关系：

(i) [Mn% + (a × Cr%)]/Fe% > 1, 和

(ii) Fe% + (b × Mn%) + (c × Cr%) > 0.6%,

其中a大于或等于约1.3且小于或等于约1.7，b大于或等于约1.2且小于或等于约1.7，并且c大于或等于约2.5且小于或等于约2.9。

2 根据实施方案1所述的铝合金，其中a大于或等于约1.4且小于或等于约1.6，b大于或等于约1.4且小于或等于约1.6，并且c大于或等于约2.6且小于或等于约2.8。

3 根据实施方案1所述的铝合金，其中a为约1.5，b为约1.5，并且c为约2.7。

4 根据实施方案1所述的铝合金，其中所述铝合金还包含以质量计：

大于0%至小于或等于0.2%的铜；

大于0%至小于或等于0.2%的锌；和

作为余量的铝。

5 根据实施方案1所述的铝合金，其中所述铝合金包含以质量计：

大于或等于约6.5%至小于或等于约7.5%的硅；

大于或等于约0.05%至小于或等于约0.1%的锰；

大于或等于约0.12%至小于或等于约0.18%的铬；

大于或等于0%至小于或等于0.1%的铜；

大于或等于0%至小于或等于0.1%的锌；和

作为余量的铝。

6 根据实施方案1所述的铝合金，其中所述铝合金包含以质量计：

大于或等于约6.5%至小于或等于约7.5%的硅；

大于或等于约0.08%至小于或等于约0.12%的锰；

大于或等于约0.10%至小于或等于约0.15%的铬；

大于或等于0%至小于或等于0.1%的铜；

大于或等于0%至小于或等于0.1%的锌；以及

作为余量的铝。

7 根据实施方案1所述的铝合金，其中所述铝合金包含以质量计：

大于或等于约6.5%至小于或等于约7.5%的硅；

大于或等于约0.3%至小于或等于约0.4%的镁；

约0.25%的铁；

大于或等于约0.08%至小于或等于约0.12%的锰；以及

大于或等于约0.11%至小于或等于约0.14%的铬。

8 根据实施方案1所述的铝合金，其中在将铝合金铸造成成形铝合金部件之后，所述铝合金表现出多相显微组织，所述多相显微组织包括铝基体相和分布在整个铝基体相中的含铁金属间相，并且其中含铁金属间相包含多个AlFeSi金属间颗粒和多个Al(M,Fe)Si金属间颗粒，其中M为Mn和/或Cr。

9 根据实施方案8所述的铝合金，其中所述Al(M,Fe)Si金属间颗粒按体积计占含Fe金属间相的大于50%，并且所述AlFeSi金属间颗粒按体积计占所述含Fe金属间相的小于50%。

10 根据实施方案9所述的铝合金，其中所述Al(M,Fe)Si金属间颗粒按体积计占含Fe金属间相的大于75%，并且所述AlFeSi金属间颗粒按体积计占含Fe金属间相的小于25%。

11 根据实施方案9所述的铝合金，其中当在二维横截面中观察时，所述Al(M,Fe)Si金属间颗粒具有小于3的平均纵横比。

12 根据实施方案9所述的铝合金，其中当在二维横截面中观察时，所述AlFeSi金属间颗粒具有大于3的平均纵横比。

13 根据实施方案1所述的铝合金，其中当在约705℃的温度下在钢模腔中铸造时，所述铝合金不表现出模具焊接。

14 一种铝合金部件，其包含以质量计：

大于或等于约6.5%至小于或等于约8%的硅；

大于或等于约0.1%至小于或等于约0.4%的镁；

大于或等于约0.2%至小于或等于约0.25%的铁；

大于或等于约0.05%至小于或等于约0.15%的锰；以及

大于或等于约0.1%至小于或等于约0.2%的铬，

其中所述铝合金中铁的质量百分比(Fe%)、锰的质量百分比(Mn%)和铬的质量百分比(Cr%)满足以下数学关系：

(i) [Mn% + (a × Cr%)]/Fe% > 1,和

(ii) Fe% + (b × Mn%) + (c × Cr%) > 0.6%，

15 根据实施方案14所述的铝合金部件，其中所述铝合金部件通过永久模铸法或砂型铸造法制造，其中在小于或等于约50 psi的压力下在限定铝合金部件的形状的模具中铸造一定体积的铝合金，并且然后以小于或等于约10℃/秒的平均冷却速率冷却至环境温度。

16 根据实施方案15所述的铝合金部件，其中所述铝合金部件具有大于5毫米至小于或等于约10毫米的壁厚。

17 根据实施方案16所述的铝合金部件，其中在对所述铝合金部件进行固溶热处理和人工时效之后，所述铝合金部件表现出大于或等于约180 MPa至小于或等于约270 MPa的屈服强度、大于或等于约260 MPa至小于或等于约330 MPa的极限拉伸强度、大于或等于约70 MPa至小于或等于约100 MPa的疲劳强度、以及大于或等于约8%至小于或等于约13%的断裂伸长率。

18 根据实施方案14所述的铝合金部件，其中所述铝合金部件经由高压铸造法制造，其中在约1,500 psi至约25,400 psi范围内的压力下在限定铝合金部件的形状的模具中铸造一定体积的铝合金，并且然后以约100℃/秒至约1,000℃/秒的平均冷却速率冷却至环境温度。

19 根据实施方案18所述的铝合金部件，其中所述铝合金部件具有大于或等于约0.5毫米至小于约5毫米的壁厚。

20 根据实施方案19所述的铝合金部件，其中在将所述铝合金部件冷却至环境温度之后，所述铝合金部件表现出大于或等于约100 MPa至小于或等于约130 MPa的屈服强度、大于或等于约220 MPa至小于或等于约280 MPa的极限拉伸强度、以及大于或等于约8%至小于或等于约17%的断裂伸长率。

从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅意在用于举例说明的目的，而不是意在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于举例说明所选实施方案的目的，而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。

图1是没有加入锰或铬的Al-7Si-0.25Fe合金的扫描电子显微照片图像。

图2A、2B和2C分别是包含以质量计0.1%、0.15%和0.2%锰的Al-7Si-0.25Fe合金的扫描电子显微照片图像。

图3A、3B和3C分别描述了包含以质量计0.1%、0.15%和0.2%铬的Al-7Si-0.25Fe合金的扫描电子显微照片图像。

图4是没有加入锰或铬的Al-7.2Si-0.38Mg-0.11Fe合金的扫描电子显微照片图像。

图5是Al-7.1Si-0.35Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.05Mn合金的扫描电子显微照片图像。

图6是Al-6.6Si-0.34Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.12Mn合金的扫描电子显微照片图像。

图7是对于基准Al-7.2Si-0.38Mg-0.11Fe合金样品的应力时间百分比的概率(in%)vs.应力时间百分比(STP)的Weilbull图，其中STP根据下式计算：[(循环寿命)/(指定循环寿命)]×100%，并且其中循环寿命=故障前的累积循环的数量，并且指定循环寿命=指定循环计数。

图8是对于Al-6.6Si-0.34Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.12Mn合金样品的STP概率(in%)vs. STP的Weilbull图。

图9是对于基准Al-10.5Si-0.28Mg-0.12Fe-0.49Mn合金(以虚线显示)和Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金(以实线显示)的工程应力(MPa)vs.工程应变(%)的图。

图10是对于基准Al-10.5Si-0.28Mg-0.12Fe-0.49Mn合金(以具有正方形数据标记的虚线显示)和Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金(以具有圆形数据标记的实线显示)的塑性功(J/m³)vs.工程应变(%)的图。

图11是对于基准Al-7Si-0.8Fe合金(用正方形数据标记表示)和Al-7Si-0.13Cr-0.1Mn-0.25Fe合金(用圆形数据标记表示)的重量损失(以克计)vs.浸渍持续时间(以小时计)的图。

图12描绘了Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金板与DP590钢板之间的完整铆接的图像。

在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的组件。

具体实施方式

提供示例性实施方案从而使得本公开将为完全的，并使本公开将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组成、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式表现，并且它们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，没有详细描述公知的方法、公知的设备结构和公知的技术。

本文中所用的术语仅为了描述示例性实施方案，并且无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“涵盖”和“具有”是可兼的，并且因此指定了所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或加入。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语或可被理解成替代性地为更具限制性和局限性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。由此，对叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤的任意给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类所叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤组成的实施方案。在“由……组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从此类实施方案中排除了实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，但是不在实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤可以包括在实施方案中。

本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或举例说明的次序执行，除非明确确定以一履行次序的形式进行。还要理解的是，除非另行说明，可采用附加或替代的步骤。

当组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”，“啮合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可直接在另一组件、元件或层上，啮合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可存在居间元件或层。相较之下，当元件被提到直接在另一元件或层上，“直接啮合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释(例如“在…之间”相对“直接在…之间”，“相邻”相对“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的组合。

尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种步骤、元件、组件、区域、层和/或区段，但除非另行说明，这些步骤、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或区段与另一步骤、元件、组件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚表明，术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、组件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。

为了易于描述，在本文中可使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等描述如附图中所示的一个元件或特征与其它(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系。空间或时间上相对的术语可旨在涵盖装置或系统在使用或操作中在附图中所示的取向之外的不同取向。

在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限并且涵盖与给定值的轻微偏差和大致具有所提及值的实施方案以及确切具有所提及值的实施方案。除了详细描述最后提供的工作实例之外，本说明书(包括所附权利要求)中的(例如量或条件)参数的所有数值应被理解为在所有情况中被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指所述数值允许一定的轻微不精确(在一定程度上接近该值的精确值；大致或合理地近似该值；几乎是)。如果在本领域中不以这种普通含义另行理解由“大约”提供的不精确性，那么本文所用的“大约”是指可由测量和使用此类参数的普通方法造成的至少偏差。例如，“大约”可包括小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%，和在某些方面任选小于或等于0.1%的偏差。

此外，范围的公开包括对在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对范围所给出的端点和子范围的公开。

如本文所用，术语“组合物”和“材料”可互换使用，以广泛地指至少含有优选的化学成分、元素或化合物的物质，但除非另外指明，其也可包含另外的元素、化合物或物质，包括痕量的杂质。“基于X的”组合物或材料广义上是指其中“X”是基于重量百分比(%)的单一最大组分的组合物或材料。这可包括具有大于50重量% X的组合物或材料，以及具有小于50重量% X的那些，只要X是基于其总重量的组合物或材料的单一最大成分。

如本文所用，术语“铝合金”是指包含按重量计大于或等于约80%或大于或等于约90%的铝(Al)和一种或多种其它元素(称为“合金”元素)的材料，所述其它元素经选择以赋予材料不是纯铝所展现的某些所需性质。

本文所述的铝合金组合物可由基本元素(即Al)及其主要合金元素(例如Si、Mg、Fe、Mn和/或Cr)的化学符号序列表示，其中合金元素以质量百分比递减的顺序(或如果百分比相等则按字母顺序)排列。每种合金元素的化学符号之前的数字表示合金组合物中该元素的平均质量百分比。例如以质量计，包含7%硅(Si)、0.25%铁(Fe)、和余量的Al的铝合金可表示为Al-7Si-0.25Fe。

现在将参照附图更全面地描述示例性实施方案。

本公开的铝合金被配制成在铸造期间表现出高耐焊性，而不需要添加大量的铁或锰。因此，本公开的铝合金可以用于制造表现出高延展性和高耐焊性的期望组合的铸造铝合金部件。在一些方面，本公开的铝合金可称为“多用途的”，因为此类合金可以用于成功地制造通过高压铸造法例如高压压铸法的相对薄壁的部件，以及通过相对低压铸造法的相对厚壁的部件二者。相对低压铸造法的实例包括永久模铸(例如低压压铸、差压铸造和重力铸造)和砂型铸造。由本公开的多用途铝合金铸造的铝合金部件(通过高压铸造法或相对低压铸造法)表现出优异的可铸性以及疲劳强度和断裂韧性的优化组合，与用于形成铝合金部件的铸造工艺的类型无关。此外，本公开的铝合金的多用途特性可允许由这种合金铸造的部件通过增加部件作为废料的可行下游应用的数量而更容易地回收。

用于铸造成形铝合金部件的多用途铝合金组合物除铝之外，可包含硅(Si)、镁(Mg)、铁(Fe)、锰(Mn)和铬(Cr)的合金元素，并且因此在本文中可被称为Al-Si-Mg-Fe-Mn-Cr合金。在多个方面，多用途铝合金可包含以质量计大于或等于约6.5%或约7%的硅；小于或等于约8%或约7.5%的硅；或约6.5%至约8%或约7%至约7.5%的硅。多用途铝合金可包含以质量计大于或等于约0.1%或约0.15%的镁；小于或等于约0.4%或约0.35%的镁；或约0.1%至约0.4%或约0.15%至约0.35%的镁。多用途铝合金可包含以质量计大于或等于约0.2%或约0.22%的铁；小于或等于约0.25%或约0.24%的铁；或约0.2%至约0.25%或约0.22%至约0.24%的铁。多用途铝合金可包含以质量计大于或等于约0.05%或约0.08%的锰；小于或等于约0.15%或约0.12%的锰；或约0.05%至约0.15%或约0.08%至约0.12%的锰。多用途铝合金可包含以质量计大于或等于约0.10%或约0.12%的铬；小于或等于约0.20%或约0.18%的铬；或约0.10%至约0.20%或约0.12%至约0.18%的铬。

选择多用途铝合金中Si、Mg、Fe、Mn和Cr的总量和各自的量，以促进铝废料的回收，例如，通过允许含铝废料用作合金生产配方中的原料材料和/或通过为合金提供用于制造各种不同产品的能力，其可允许开发闭环回收工艺，其中废料转化为新产品而不产生废物并且不需要添加原材料。此外，选择多用途铝合金中Si、Mg、Fe、Mn和Cr的总量和各自的量，以在铸造期间为合金提供某些有益的性质，并为由其制成的铝合金部件提供某些期望的机械和化学性质，同时使合金中合金元素的总量最小化。例如，选择多用途铝合金中硅的量以提供具有适于铸造的流动性、相对低的熔融温度、优异的尺寸稳定性和低热膨胀的熔融合金。可选择多用途铝合金中的镁的量以提供具有机械强度的多用途铝合金。

选择多用途铝合金中Fe、Mn和Cr的总量和各自的量，以使合金在铸造期间具有耐焊性，并具有高延展性、高强度、耐疲劳性和断裂韧性的所需组合，同时使多用途铝合金中Fe、Mn和Cr的量最小化。选择多用途铝合金中Fe的量以限制对由其制造的铝合金部件的显微组织和机械性质的不利影响，同时引起Fe作为含铝废料中的常见杂质的存在。选择多用途铝合金中Mn的量，以通过在铸造期间为合金提供耐焊性来补偿合金中相对低的Fe量，以提供由其制成的具有用于改善机械性质的期望显微组织的铝合金部件，并引起Mn作为杂质或在某些含铝废料(例如，铝饮料罐)中常见添加物的存在。选择多用途铝合金中Cr的量，以通过在铸造期间为合金提供耐焊性来补偿合金中相对低的Fe量，并为由其制成的铝合金部件提供改善机械性质的期望的显微组织，同时防止不期望的淤渣形式（formatting）。

由多用途铝合金铸造的铝合金部件可表现出多相显微组织，所述多相显微组织包括面心立方(fcc)铝基体相和分布在整个铝基体相中的一种或多种含Fe金属间相。由多用途铝合金铸造的铝合金部件的多相显微组织可包括(除了一种或多种含Fe金属间相之外)分布在整个铝基体相中的一种或多种含硅共晶相。在多用途铝合金的多相显微组织中，一种或多种含Fe金属间相可存在于限定在铝基体相与一种或多种含硅共晶相之间的区域中。在铸件最初形成并冷却至环境温度之后，可存在多用途铝合金的多相显微组织，或者可通过使铸件经受一种或多种热处理工艺(例如，固溶热处理，随后淬火和人工时效热处理)而在多用途铝合金中形成多相显微组织，如下面进一步讨论的。铝基体相可由基于铝的材料组成并且可不包含100%的铝；相反，铝基体相可包含固溶体，其具有替代地和/或填隙地并入铝晶格中的一种或多种合金元素。

不希望受理论束缚，据信在多用途铝合金中包含Fe可导致在铝基体相中形成含Al、Fe和Si的金属间相(本文中称为“AlFeSi金属间”相)，其可对由其制备的铝合金部件的耐疲劳性、断裂韧性，并且特别是延展性具有不利影响。不意图受理论束缚，据信这种不利影响可至少部分是由于微米尺寸的AlFeSi金属间颗粒的形态，其可表现出单斜晶体结构。此外，据信在铸造过程中熔体凝固期间AlFeSi金属间颗粒的晶体生长可主要在二维中发生，导致形成具有高纵横比的板状结构，例如当在铝合金部件的二维横截面中观察时纵横比大于3。不希望受理论束缚，认为当外力施加到包括板状AlFeSi金属间颗粒的铸造铝合金部件时，由于应力集中，在铸造部件中可以发生断裂，其可损害部件的疲劳耐久性和/或碰撞性能。AlFeSi金属间相是基于Al、Fe和Si的材料，意味着AlFeSi金属间相主要包含元素Al、Fe和Si，但也可包含相对少量的一种或多种其它元素，例如Cr和/或Mn。例如，AlFeSi金属间相的Al、Fe和Si的总量可包括(按重量计)大于80%、大于90%或更优选大于95%的AlFeSi金属间相。

已经发现，在铝基体相中形成含有Al、M、Fe和Si的金属间相(在此称为“Al(M,Fe)Si金属间”相)，其中M是Mn和/或Cr，可抑制AlFeSi金属间相的形成。与AlFeSi金属间相不同，Al(M,Fe)Si金属间相可呈现具有更均匀表面能的立方晶体结构。另外，Al(M,Fe)Si金属间颗粒在铝基体相内的生长通常可在三维中发生，其可导致形成具有当在铝合金部件的二维横截面中观察时相对低纵横比(例如，小于3的纵横比)的金属间颗粒。不意图受理论束缚，据信在铝基体相内形成Al(M,Fe)Si金属间相可对多用途铝合金的耐疲劳性、断裂韧性或延展性几乎没有或没有不利影响。Al(M,Fe)Si金属间相是基于Al、Mn、Cr、Fe和Si的材料，意味着Al(M,Fe)Si金属间相主要包含元素Al、Mn、Cr、Fe和Si。例如，Al(M,Fe)Si金属间相中的Al、Mn、Cr、Fe和Si的总量可包括大于90重量%的Al(M,Fe)Si金属间相。

为了确保由多用途铝合金铸造的铝合金部件表现出足够的延展性、疲劳强度和断裂韧性，选择多用途铝合金中Fe、Mn和Cr的总量和各自的量，以促进在铝基体相中Al(M,Fe)Si金属间相的形成，并且有效地抑制AlFeSi金属间相的形成，同时使铝基体相中含Fe金属间相的总量最小化。同时，选择多用途铝合金中Fe、Mn和Cr的量以允许在多用途铝合金组合物的配制物中使用废料含铝材料，同时还限制多用途铝合金中Fe、Mn和Cr的量以增加用于回收由多用途铝合金铸造的铝合金部件的下游选择的数目。

在开发本公开的多用途铝合金之前，据信铝合金组合物可以(i)通过添加相对大量的Fe和/或Mn而配制为表现出良好的耐焊性，特别是在高压压铸法中，或者(ii)通过将合金组合物中过渡金属元素(例如Fe、Mn和Cr)的量限制为小于0.15质量%，而配制为提供由其制成的具有高延展性和高疲劳强度的铝合金部件，特别是在相对低压铸造法中。本公开的多用途铝合金可以用于形成具有高延展性的铸造铝合金部件，同时还允许在多用途铝合金组合物中总共包含以质量计至多0.6 %的Fe、Mn和Cr。为了实现此，已经发现，应该选择或控制多用途铝合金中Mn和Cr的总量（以质量计），以补偿多用途铝合金中Fe的相对高的质量分数，而不向其中加入过量的Mn和/或Cr。当Mn被添加到含Si和Fe的铝合金中时，已经发现大于或等于约1至1.5的Mn与Fe的质量比足以抑制在由含Si和Fe的铝合金制成的铸件中形成AlFeSi金属间颗粒。此外，已经发现，当等量的Cr和Mn被添加到含Si和Fe的铝合金中时，Cr在抑制AlFeSi金属间相的形成方面比Mn更有效。因此，当向含Si和Fe的铝合金中加入Cr时，发现Cr与Fe的质量比大于或等于约0.5至0.8，足以抑制在由含Si和Fe的铝合金制成的铸件中形成AlFeSi金属间颗粒。

为了确保多用途铝合金可以用于形成具有足够延展性的铸造铝合金部件，已发现应选择或控制多用途铝合金中的铁的质量百分比(Fe%)、锰的质量百分比(Mn%)和铬的质量百分比(Cr%)以满足以下数学关系：

其中a大于或等于约1.3或约1.4；小于或等于约1.7或约1.6；或在约1.3至约1.7或约1.4至约1.6。在一些方面，a为约1.5。

为了避免形成不希望的粗淤渣和最小化多用途铝合金中含铁金属间相的总体积分数，基于多用途铝合金的总质量，锰的质量百分比应当大于或等于约0.05%或大于或等于约0.08%，并且铬的质量百分比应当小于或等于约0.20%，或为小于或等于约0.18%的铬。

当选择或控制多用途铝合金中的Fe、Mn和Cr的质量百分比以满足式(1)中所陈述的数学关系时，由多用途铝合金铸造的铝合金部件可包含分布于整个铝基体相中的含Fe金属间相，且含Fe金属间相可包含多个AlFeSi金属间颗粒和多个Al(M,Fe)Si金属间颗粒。另外，Al(M,Fe)Si金属间相可包括铝基体相中的主要含Fe的金属间相。换句话说，Al(M,Fe)Si金属间颗粒可占含Fe金属间相的按体积计大于50%，且AlFeSi金属间颗粒可占含Fe金属间相的按体积计小于50%。在一些方面，Al(M,Fe)Si金属间颗粒可占含Fe金属间相的按体积计大于75%，并且AlFeSi金属间颗粒可占含Fe金属间相的按体积计小于25%。

在一些铝合金中，Fe、Mn和/或Cr以相对大的量包含在合金组合物中以确保合金在铸造期间表现出足够的耐焊性。例如，将Fe以以质量计大于或等于总合金的约0.8%的量加入含Si铝合金组合物中，以确保足够的耐焊性。作为另一个例子，已将Mn以以质量计大于或等于总合金的约0.5%的量加入含Si铝合金组合物中，以确保足够的耐焊性。或者，可将约0.13质量%的Fe和约0.45质量%的Mn的组合加入含Si铝合金组合物中以确保足够的耐焊性。作为另一种替代，可将以质量计约0.13%Fe和约0.25 % Cr的组合加入到含硅的铝合金组合物中，以确保足够的耐焊性。因为可将以质量计约0.13%的Fe和约0.45%的Mn的组合加入含Si铝合金组合物(而不是以质量计0.8%的Fe)中以确保足够的耐焊性，所以已经确定以质量计Mn在防止粘模方面是Fe在防止粘模方面的约1.49倍有效。另外，因为可将以质量计约0.13%的Fe和约0.25%的Cr的组合加入含Si铝合金组合物(而不是以质量计0.8%的Fe)中以确保足够的耐焊性，所以已经确定以质量计，Cr在防止粘模方面是Fe在防止粘模方面的约2.68倍有效。假设如果基本上不含Mn和Cr的含Si铝合金组合物必须含有以质量计至少0.8%的Fe以确保足够的耐焊性，则基于上述关系，可以确定含Si、Fe、Mn和Cr的铝合金组合物中Fe、Mn和Cr的各自和总量之间的数学关系。

为了确保多用途铝合金表现出足够的耐焊性，已经发现，在多用途铝合金中铁的质量百分比(Fe%)、锰的质量百分比(Mn%)和铬的质量百分比(Cr%)应被选择或控制为满足以下数学关系：

其中b大于或等于约1.2或约1.4，小于或等于约1.7或约1.6，或为约1.2至约1.7或约1.4至约1.6；并且其中c大于或等于约2.5或约2.6，小于或等于约2.9或约2.8，或为约2.8至约2.9或约2.6至约2.8。在一些方面，b为约1.5，并且c为约2.7。

在多个方面，多用途铝合金可包含以质量计大于或等于约0%或约0.05%的铜(Cu)；小于或等于约0.2%或约0.1%的铜；或约0%至约0.2%或约0.05%至约0.1%的铜。多用途铝合金中的铜的量可取决于用于制备多用途铝合金组合物的原材料或废料中的铜的量和/或取决于多用途铝合金的预期用途。

在多个方面，多用途铝合金可包含以质量计大于或等于约0%或约0.05%的锌(Zn)；小于或等于约0.2%或约0.1%的锌；或约0%至约0.2%或约0.05%至约0.1%的锌。多用途铝合金中锌的量可取决于用于制备多用途铝合金组合物的原材料或废料中锌的量和/或取决于多用途铝合金的预期用途。

不意图引入到多用途铝合金的组合物中的附加元素仍然可以以相对小的量固有地存在于合金中，例如，以重量计小于多用途铝合金的0.2%，优选小于0.05%，并且更优选小于0.01%。这些元素可例如作为杂质存在于用于制备多用途铝合金组合物的原材料或废料中。在其中多用途铝合金被称为包含一种或多种合金元素(例如，Si、Mg、Fe、Mn、Cr、Cu和Zn中的一种或多种)和作为余量的铝的实施方案中，术语“作为余量”不排除存在不是有意引入到多用途铝合金的组合物中，而是以相对少量，例如作为杂质，固有地存在于合金中的另外的元素。

多用途铝合金可用于多种铸造工艺以制造用于多种工业包括汽车工业的成形部件。例如，本公开的铝合金可用于通过高压铸造法(例如，高压压铸法)和通过相对低压铸造法(例如，永久模铸，包括低压压铸、差压铸造和重力铸造，以及砂型铸造)制造成形部件。可由本公开的铝合金铸造的汽车部件的实例包括车身部件、发动机本体、气缸盖、活塞、连杆、变速器壳体、轮毂、泵壳体、化油器壳体、阀盖、转向器壳体、离合器壳体、进气和排气歧管以及油盘，仅举几个例子。具有小于5毫米(例如，大于或等于约0.5毫米且小于或等于约4毫米)的壁厚的铸件可被称为“薄壁”，并且具有大于5毫米的壁厚的铸件可被称为“厚壁”。

可在约650℃至约730℃(例如，约705℃)的温度下加热多用途铝合金以形成熔融铝合金的熔体。铸造多用途铝合金的温度可取决于合金的具体组成和/或被铸造的部件的壁厚。可将一定体积的熔融铝合金浇注到模腔中，并允许其在模腔中冷却和凝固。在凝固之后，可将铸件从模腔中取出并使其冷却至环境温度。在一些方面，薄壁铝合金部件可通过高压压铸法制造，并且可经历在约100摄氏度每秒至约1,000摄氏度每秒的范围内的平均冷却速率。在其它方面，相对厚壁的铝合金部件可通过不需要施加高表压以在模腔中熔融的铸造工艺(例如，永久模铸法，包括低压压铸、差压铸造和重力铸造，以及砂型铸造法)来制造。经由这种相对低压或无压铸造法铸造的相对厚壁的铝合金部件在铸造法期间可经历小于或等于约10摄氏度每秒的平均冷却速率。在一些方面，经由这种相对低压或无压铸造法铸造的相对厚壁的铝合金部件在铸造法期间可经历约1摄氏度每秒至约10摄氏度每秒范围内的冷却速率。薄壁铝合金部件和相对厚壁的铝合金部件两者可分别由本公开的多用途铝合金经由高压压铸法和经由相对低压或无压铸造法制造。

在一些方面，在铸件已经冷却到环境温度之后，铸件可经受一个或多个热处理过程，例如，以增加其维氏硬度。示例性的热处理工艺可包括固溶热处理、人工时效热处理或其组合。固溶热处理可通过在约440℃至约550℃的温度范围内加热铸造铝合金部件约1小时至12小时的持续时间以使合金元素(例如，Si、Mg、Fe、Mn、Cr、Cu和/或Zn)与铝基体相固溶而进行。在固溶热处理之后，铸造部件可淬火至约50℃至约100℃的温度。人工时效热处理可通过在约160℃至约240℃的温度下加热铸造铝合金部件约3小时至12小时的持续时间以在铝基体相中形成一种或多种析出相来进行。具体的热处理温度和持续时间可取决于铸件的壁厚和铸件的预期应用。

由多用途铝合金铸造的铝合金部件可表现出不同的机械性质，取决于用于形成铝合金部件的铸造方法和/或铝合金部件是否在铸造后经受任何热处理过程。例如，在使用相对低压铸造法、随后进行固溶热处理和人工时效热处理由多用途铝合金铸造厚壁铝合金部件之后，厚壁铝合金部件可表现出大于或等于约180 MPa至小于或等于约270 MPa的屈服强度、大于或等于约260 MPa至小于或等于约330 MPa的极限拉伸强度、大于或等于约70 MPa至小于或等于约100 MPa的疲劳强度、以及大于或等于约8%至小于或等于约13%的断裂伸长率。另一方面，由多用途铝合金使用高压压铸法而没有任何后续热处理(即，没有经受固溶热处理或人工时效热处理)铸造的薄壁铝合金部件可表现出大于或等于约100 MPa至小于或等于约130 MPa的屈服强度、大于或等于约220 MPa至小于或等于约280 MPa的极限拉伸强度、以及大于或等于约8%至小于或等于约17%的断裂伸长率。

实施例

实施例1：Cr和Mn对含Fe金属间颗粒形态的影响

在实验室环境中制备包含不同量锰和铬的Al-7Si-0.25Fe合金，通过重力铸造形成样品，并使用扫描电子显微照相以200X放大倍数观察铸造样品的显微组织。对于每个扫描电子照片图像，测量了大于600的含Fe金属间颗粒的纵横比，并确定了纵横比大于3的含Fe金属间颗粒的百分比。

图1描述了没有添加锰或铬的Al-7Si-0.25Fe合金的扫描电子显微照片(SEM)图像。Al-7Si-0.25Fe合金中的含Fe金属间颗粒的平均纵横比为3.0±0.3。在SEM图像中，与通常黑色的铝基体相相反，含铁金属间颗粒在颜色上呈现浅色或白色。

图2A、2B和2C分别描述了包含以质量计0.10%、0.15%和0.20%的锰的Al-7Si-0.25Fe合金的扫描电子显微照片图像。Al-7Si-0.25Fe-0.10Mn合金(图2A)中的含铁金属间颗粒的平均纵横比为3.0±0.2，其中44%的含铁金属间颗粒具有大于3的纵横比。Al-7Si-0.25Fe-0.15Mn合金(图2B)中的含铁金属间颗粒的平均纵横比为2.7±0.2，其中38%的含铁金属间颗粒具有大于3的纵横比。Al-7Si-0.25Fe-0.20Mn合金(图2C)中的含铁金属间颗粒的平均纵横比为2.7±0.2，其中39%的含铁金属间颗粒具有大于3的纵横比。

图3A、3B和3C分别描述了包含以质量计0.10%、0.15%和0.20%铬的Al-7Si-0.25Fe合金的扫描电子显微照片图像。Al-7Si-0.25Fe-0.10Cr合金(图3A)中的含Fe金属间颗粒的平均纵横比为2.3±0.2，其中26%的含Fe金属间颗粒具有纵横比大于3。Al-7Si-0.25Fe-0.15Cr合金(图3B)中的含Fe金属间颗粒的平均纵横比为2.2±0.1，其中22%的含Fe金属间颗粒的纵横比大于3。Al-7Si-0.25Fe-0.20Cr合金(图3C)中的含Fe金属间颗粒的平均纵横比因淤渣的形成而无法测定。这些结果表明，Cr在改变铝合金组合物中的含Fe金属间相的形态方面，特别是通过抑制AlFeSi金属间相的形成，比Mn有效得多。

实施例2：Al-7Si-0.25Fe-0.14Cr合金的优化Mn含量

在生产环境中制备包含不同量的Fe、Cr和Mn的铝合金样品，通过差压铸造形成样品，通过单轴拉伸试验测量屈服强度和断裂伸长率，并使用扫描电子显微照相以200X放大倍数观察铸造样品的显微组织。在评价和测试之前，使样品经受T6热处理，包括在540℃固溶热处理5小时，随后在65℃水淬，并且然后在166℃时效热处理4小时。

图4描述了没有添加锰或铬的Al-7.2Si-0.38Mg-0.11Fe合金的扫描电子显微照片图像。Al-7.2Si-0.38Mg-0.11Fe合金的屈服强度为248 MPa，并且断裂伸长率为8.6%。

图5描述了Al-7.1Si-0.35Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.05Mn合金的扫描电子显微照片图像。Al-7.1Si-0.35Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.05Mn合金表现出248 MPa的屈服强度和6.5%的断裂伸长率。

图6描述了Al-6.6Si-0.34Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.12Mn合金的扫描电子显微照片图像。Al-6.6Si-0.34Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.12Mn合金表现出屈服强度为247 MPa，并且断裂伸长率为8.0%。

实施例3：耐疲劳性

在生产环境中制备基准Al-7.2Si-0.38Mg-0.11Fe合金和Al-6.6Si-0.34Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.12Mn合金，通过差压铸造形成样品，并评价耐疲劳性。在评价和测试之前，使样品经受T6热处理，包括在540℃固溶热处理5小时，随后在65℃水淬，并且然后在166℃时效热处理4小时。

测试样品的耐疲劳性，其中每个样品在等于指定疲劳强度(100MPa)的应力振幅下开始，并负载指定的循环数(1百万次循环)，然后在连续更高的应力振幅下再测试，对于等于最初指定数的10%的循环计数，所述应力振幅以相等的10%增量增加。当每个样品破裂时，其测试结束。令测试完全反向地进行(R = -1)；以负载控制中的正弦波形；并且在实验室空气中。根据以下等式计算每个样品的应力时间百分比统计(STP)：STP = [ (循环寿命)/(指定循环寿命) ] ×100%，其中循环寿命=断裂之前的累积循环的数量并且指定循环寿命=指定循环计数(即，1百万次循环)。

图7描述了对于基准Al-7.2Si-0.38Mg-0.11Fe合金的样品的STP概率（in%）vs.STP的Weilbull图。基准Al-7.2Si-0.38Mg-0.11Fe合金的样品具有1.21±0.28的平均STP和1.22的中位数STP。

图8描述了对于Al-6.6Si-0.34Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.12Mn合金样品的STP概率（in%）vs.STP的Weilbull图。Al-6.6Si-0.34Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.12Mn合金的样品具有1.41±0.40的平均STP和1.41的中位数STP。

Al-6.6Si-0.34Mg-0.25Fe-0.14Cr-0.12Mn合金表现出比基准Al-7.2Si-0.38Mg-0.11Fe合金更好的疲劳性能。

实施例4：单轴拉伸试验

在实验室环境中制备基准Al-10.5Si-0.28Mg-0.12Fe-0.49Mn合金和Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金，通过高压压铸形成样品，并通过单轴拉伸试验进行评价。在评价和测试之前，对基准Al-10.5Si-0.28Mg-0.12Fe-0.49Mn合金进行T7热处理，包括在460℃固溶热处理60分钟，随后风扇淬火，并且然后在215℃人工时效热处理120分钟。实际上，T7热处理通常被认为是昂贵的，并且因此通常避免（如果这样做不会牺牲延展性）。在冷却至环境温度而不经受任何进一步的热处理之后，在铸态条件下测试Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金。

图9描述了对于基准Al-10.5Si-0.28Mg-0.12Fe-0.49Mn合金(以虚线示出)和Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金(以实线示出)的工程应力(MPa)vs.工程应变(%)的图。基准Al-10.5Si-0.28Mg-0.12Fe-0.49Mn合金表现出屈服强度为126 MPa，极限拉伸强度为203 MPa，并且分数伸长率为15.0%。Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金表现出屈服强度为107 MPa，极限拉伸强度为254 MPa，并且分数伸长率为13.3%。

图10描述了对于基准Al-10.5Si-0.28Mg-0.12Fe-0.49Mn合金(以具有正方形数据标记的虚线显示)和Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金(以具有圆形数据标记的实线显示)的塑性工(J/m³)vs.工程应变(%)的图。结果表明，本公开的Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金，即使在铸态条件下没有进一步热处理)也比T7热处理的基准Al-10.5Si-0.28Mg-0.12Fe-0.49Mn合金显示表现出更好的能量吸收能力。

实施例5：抗粘模评价

在实验室环境中制备基准Al-7Si-0.8Fe合金熔体和Al-7Si-0.13Cr-0.1Mn-0.25Fe合金熔体，并使其经受在705℃下进行的浸渍试验，以测定它们各自与模具钢的反应性。在浸渍到如此制备的熔体中指定的时间段之前和之后，称量由模具钢制成的销的重量。浸渍前后的销的重量之差(销的重量损失)是由于在销和铝合金熔体之间发生化学反应。应用四个销来计算每种合金熔体的平均数据。图11描述了重量损失(以克计)vs.浸渍持续时间(以小时计)的图；基准Al-7Si-0.8Fe合金的结果以正方形形式表示，并且Al-7Si-0.13Cr-0.1Mn-0.25Fe合金的结果以圆形形式表示。

多用途铝合金可在相对低的铁含量(例如≤约0.25质量%的铁)下表现出高的耐焊性。例如，多用途铝合金的耐焊接性可类似于包含以质量计约7%的硅、约0.8%的铁和作为余量的铝的铝合金。在一些方面，当在约705℃的温度下在钢模腔中铸造时，多用途铝合金可不表现出模具焊接(粘附)。

实施例6：对钢的铆接

图12描述了在厚度为约3毫米的Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金板和厚度为约0.7毫米的DP590钢板之间的成功铆接的图像。在冷却至环境温度后，Al-7.3Si-0.15Mg-0.25Fe-0.11Cr-0.08Mn合金板在铸态条件下被铆接至DP590钢板，而不经受任何进一步的热处理。在铆接过程中在任一板中都没有形成裂纹，表明本公开的多用途铝合金可通过铆接成功地连接至钢板。

为了说明和描述的目的，已经提供了实施方案的上述描述。其不意在穷举的或限制本公开。特定实施方案的各个元件或特征通常不限于该实施方案，而是在适用的情况下是可互换的，并且可以在选定的实施方案中使用，即使没有具体示出或描述。同样的也可以以许多方式变化。这样的变化不应被认为是脱离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims

1.一种用于铸造成形铝合金部件的铝合金，所述铝合金包含以质量计：

大于或等于约6.5%至小于或等于约8%的硅；

大于或等于约0.1%至小于或等于约0.4%的镁；

大于或等于约0.2%至小于或等于约0.25%的铁；

大于或等于约0.05%至小于或等于约0.15%的锰；

大于或等于约0.1%至小于或等于约0.2%的铬；

大于或等于约0%至小于或等于约0.2%的铜；

大于或等于约0%至小于或等于约0.2%的锌；以及

作为余量的铝，

(i) [Mn% + (a × Cr%)]/Fe% > 1, 和

(ii) Fe% + (b × Mn%) + (c × Cr%) > 0.6%,

其中a为约1.5，b为约1.5，并且c为约2.7。

2.根据权利要求1所述的铝合金，其中所述铝合金包含以质量计：

大于或等于约6.5%至小于或等于约7.5%的硅；

大于或等于约0.05%至小于或等于约0.1%的锰；

大于或等于约0.12%至小于或等于约0.18%的铬；

大于或等于0%至小于或等于0.1%的铜；

大于或等于0%至小于或等于0.1%的锌；和

作为余量的铝。

3.根据权利要求1所述的铝合金，其中所述铝合金包含以质量计：

大于或等于约6.5%至小于或等于约7.5%的硅；

大于或等于约0.08%至小于或等于约0.12%的锰；

大于或等于约0.1%至小于或等于约0.15%的铬；

大于或等于0%至小于或等于0.1%的铜；

大于或等于0%至小于或等于0.1%的锌；以及

作为余量的铝。

4.根据权利要求1所述的铝合金，其中所述铝合金包含以质量计：

大于或等于约6.5%至小于或等于约7.5%的硅；

大于或等于约0.3%至小于或等于约0.4%的镁；

约0.25%的铁；

大于或等于约0.08%至小于或等于约0.12%的锰；以及

大于或等于约0.11%至小于或等于约0.14%的铬。

5.根据权利要求1所述的铝合金，其中在将铝合金铸造成成形铝合金部件之后，所述铝合金表现出多相显微组织，所述多相显微组织包括铝基体相和分布在整个铝基体相中的含铁金属间相，其中含铁金属间相包含多个AlFeSi金属间颗粒和多个Al(M,Fe)Si金属间颗粒，其中M为Mn和/或Cr，其中所述Al(M,Fe)Si金属间颗粒按体积计占含Fe金属间相的大于75%，并且所述AlFeSi金属间颗粒按体积计占含Fe金属间相的小于25%，其中当在二维横截面中观察时，所述Al(M,Fe)Si金属间颗粒具有小于3的平均纵横比，并且其中当在二维横截面中观察时，所述AlFeSi金属间颗粒具有大于3的平均纵横比。

6.根据权利要求1所述的铝合金，其中当在约705℃的温度下在钢模腔中铸造时，所述铝合金不表现出模具焊接。

7.一种铝合金部件，其包含以质量计：

大于或等于约6.5%至小于或等于约8%的硅；

大于或等于约0.1%至小于或等于约0.4%的镁；

大于或等于约0.2%至小于或等于约0.25%的铁；

大于或等于约0.05%至小于或等于约0.15%的锰；以及

大于或等于约0.1%至小于或等于约0.2%的铬，

(i) [Mn% + (a × Cr%)]/Fe% > 1,和

(ii) Fe% + (b × Mn%) + (c × Cr%) > 0.6%，

其中a为约1.5，b为约1.5，并且c为约2.7。

8.根据权利要求7所述的铝合金部件，其中所述铝合金部件通过永久模铸法或砂型铸造法制造，其中在小于或等于约50 psi的压力下在限定铝合金部件的形状的模具中铸造一定体积的铝合金，并且然后以小于或等于约10℃/秒的平均冷却速率冷却至环境温度，其中所述铝合金部件具有大于5毫米至小于或等于约10毫米的壁厚。

9.根据权利要求8所述的铝合金部件，其中在对所述铝合金部件进行固溶热处理和人工时效之后，所述铝合金部件表现出大于或等于约180 MPa至小于或等于约270 MPa的屈服强度、大于或等于约260 MPa至小于或等于约330 MPa的极限拉伸强度、大于或等于约70MPa至小于或等于约100 MPa的疲劳强度、以及大于或等于约8%至小于或等于约13%的断裂伸长率。

10.根据权利要求7所述的铝合金部件，其中所述铝合金部件经由高压铸造法制造，其中在约1,500 psi至约25,400 psi范围内的压力下在限定铝合金部件的形状的模具中铸造一定体积的铝合金，并且然后以约100℃/秒至约1,000℃/秒的平均冷却速率冷却至环境温度，其中所述铝合金部件具有大于或等于约0.5毫米至小于约5毫米的壁厚，并且其中在将所述铝合金部件冷却至环境温度之后，所述铝合金部件表现出大于或等于约100 MPa至小于或等于约130 MPa的屈服强度、大于或等于约220 MPa至小于或等于约280 MPa的极限拉伸强度、以及大于或等于约8%至小于或等于约17%的断裂伸长率。