DE102020106125A1

DE102020106125A1 - ALUMINUM ALLOY COMPOSITION FOR SIMPLIFIED SEMI-SOLID CASTING AND SEMI-SOLID CASTING METHODS

Info

Publication number: DE102020106125A1
Application number: DE102020106125.0A
Authority: DE
Inventors: Bin Hu; Pan Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Aluminiumlegierung mit etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Niob (Nb); etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Vanadium (V); etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Titan (Ti); mehr als 0 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Bor (B); und der Rest ist Aluminium (Al) und Verunreinigungen. Die Legierung enthält ein Gewichtsprozentverhältnis (Nb+V)/Ti von etwa 1 bis etwa 5, vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 3. Die Legierung kann ein Gewichtsprozentverhältnis (Nb+V+Ti)/B von etwa 1 bis etwa 15, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 10, enthalten. Die Aluminiumlegierung kann durch die Einarbeitung einer 1-teiligen Vorlegierung, Kornfeinungsmittel, mit etwa 1,5 Gew.-% bis etwa 4,0 Gew.-% Niob (Nb), etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 2,0 Gew.-% Titan (Ti) und etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 0,8 Gew.-% Bor (B) auf etwa 27 bis 80 Gewichtsteile herkömmliche Aluminiumlegierung gebildet werden.Aluminum alloy containing about 0.03 wt% to about 0.50 wt% niobium (Nb); about 0.03 wt% to about 0.50 wt% vanadium (V); about 0.03 wt% to about 0.50 wt% titanium (Ti); greater than 0 wt% to about 0.50 wt% boron (B); and the rest is aluminum (Al) and impurities. The alloy contains a weight percent ratio (Nb + V) / Ti of about 1 to about 5, preferably from about 2 to about 3. The alloy can have a weight percent ratio (Nb + V + Ti) / B of about 1 to about 15, preferably from about 5 to about 10 contain. The aluminum alloy can be made by the incorporation of a 1-part master alloy, grain refiner, with about 1.5 wt .-% to about 4.0 wt .-% niobium (Nb), about 0.5 wt .-% to about 2.0 Weight percent titanium (Ti) and about 0.2 weight percent to about 0.8 weight percent boron (B) can be formed on about 27 to 80 weight parts of conventional aluminum alloy.

Description

EINLEITUNGINTRODUCTION

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Aluminiumlegierungen, insbesondere auf Aluminiumlegierungen für halbfesten Guss.The present disclosure relates to aluminum alloys, particularly aluminum alloys for semi-solid casting.

Das Gießen eines Metalls in eine brauchbare Form beinhaltet das Erhitzen des Metalls auf eine Temperatur über seinem Schmelzpunkt, das Einbringen des geschmolzenen Metalls in eine Form und das Abkühlen des Metalls auf eine Temperatur unter seinem Schmelzpunkt. Das Metall erstarrt und nimmt die Form der Form an und wird danach aus der Form entfernt. Der halbfeste Guss ist ein bekanntes Metallgussverfahren, bei dem ein Metallguss verwendet wird, der sich in einer teilweise festen und teilweise flüssigen Aufschlämmung befindet, die auch als halbfeste Aufschlämmung bezeichnet wird. Aluminiumkomponenten, die im Halbfestgussverfahren, insbesondere im Druckgussverfahren, hergestellt werden, sind in der Flugzeug-, Telekommunikations- und Automobilindustrie aufgrund der relativ geringeren Porosität, des geringeren Gewichts und der höheren Festigkeit, die für halbfeste Gusskomponenten im Vergleich zu flüssigen Aluminiumgusskomponenten charakteristisch ist, wünschenswert.Casting a metal into a useful mold involves heating the metal to a temperature above its melting point, placing the molten metal in a mold, and cooling the metal to a temperature below its melting point. The metal solidifies and takes the shape of the mold and is then removed from the mold. Semi-solid casting is a well-known metal casting process that uses a metal casting that is in a partially solid and partially liquid slurry, also known as a semi-solid slurry. Aluminum components made by the semi-solid casting process, particularly die casting, are desirable in the aircraft, telecommunications, and automotive industries because of the relatively lower porosity, lower weight, and higher strength that are characteristic of semi-solid cast components compared to liquid aluminum cast components .

Halbfeste Aluminiumgusskomponenten werden traditionell durch Thiox-Guss hergestellt, einem Verfahren, bei dem ein vorgegossener Knüppel mit kugelförmiger Mikrostruktur verwendet wird. Die Induktionserwärmung wird normalerweise verwendet, um die vorgefertigten Knüppel auf den halbfesten Temperaturbereich zu erwärmen, und Druckgussmaschinen werden verwendet, um den halbfesten Schlicker in gehärtete Stahlformen einzuspritzen. Ein Nachteil des Thiox-Gießens ist, dass es aufgrund der zusätzlichen Schritte der Herstellung von vorgefertigten Knüppeln und der Erwärmung der vorgefertigten Knüppel auf den halbfesten Temperaturbereich ein teurer und zeitaufwendiger Prozess ist.Semi-solid cast aluminum components are traditionally made by thiox casting, a process that uses a pre-cast billet with a spherical microstructure. Induction heating is typically used to heat the preformed billets to the semi-solid temperature range and die casting machines are used to inject the semi-solid slurry into hardened steel molds. A disadvantage of Thiox casting is that it is an expensive and time-consuming process due to the additional steps of making prefabricated billets and heating the prefabricated billets to the semi-solid temperature range.

Eine Alternative zum Thiox-Gießen ist das Rheo-Gießen, ein Verfahren, bei dem flüssiges Aluminium in den halbfesten Temperaturbereich abgekühlt wird, während das flüssige Aluminium kräftig gerührt wird, um kugelförmige Mikrostrukturen, primäre Alpha-Al-Körner, für die halbfeste Formgebung zu erzeugen. Beim Rheo-Gießen wird der halbfeste Schlamm direkt aus der Flüssigkeit erzeugt, wodurch die Schritte der Herstellung und Induktionserwärmung von vorgefertigten Knüppeln entfallen. Allerdings können sich in der halbfesten Aufschlämmung Oxidation und Einschlüsse bilden, die während der Kühl- und Rührschritte des Rheo-Gießen-Prozesses im fertigen Gussteil eingeschlossen werden. Außerdem muss beim Rheo-Gießen der halbfeste Schlicker hergestellt und zu den Gussformen transportiert werden.An alternative to Thiox casting is rheo casting, a process in which liquid aluminum is cooled to the semi-solid temperature range while the liquid aluminum is vigorously stirred to form spherical microstructures, primary alpha-Al grains, for semi-solid shaping produce. With rheo-pouring, the semi-solid sludge is generated directly from the liquid, which eliminates the steps of manufacturing and induction heating of prefabricated billets. However, oxidation and inclusions can form in the semi-solid slurry and become trapped in the finished casting during the cooling and stirring steps of the rheo-casting process. In addition, the semi-solid slip must be produced and transported to the casting molds during rheo-casting.

Während also die derzeitigen halbfesten Aluminiumgussverfahren und die in solchen Verfahren verwendeten Aluminiumgusslegierungen ihren Zweck erfüllen, besteht weiterhin ein Bedarf an einem effizienteren halbfesten Gussverfahren und einer Aluminiumlegierung, um ein solches Verfahren zu ermöglichen.Thus, while current semi-solid aluminum casting processes and the aluminum casting alloys used in such processes serve their purpose, there remains a need for a more efficient semi-solid casting process and an aluminum alloy to enable such a process.

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Nach mehreren Gesichtspunkten eine für den halbfesten Guss geeignete Aluminiumlegierungszusammensetzung. Die Aluminiumlegierung enthält etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Niob (Nb); etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 % Vanadium (V); etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 % Titan (Ti); und einen Rest oder eine Restgröße, die aus Aluminium (Al) und Verunreinigungen besteht.An aluminum alloy composition suitable for semi-solid casting from several points of view. The aluminum alloy contains from about 0.03 wt% to about 0.50 wt% niobium (Nb); about 0.03% to about 0.50% vanadium (V); about 0.03% to about 0.50% titanium (Ti); and a remainder or a remainder made up of aluminum (Al) and impurities.

In einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die Aluminiumlegierung außerdem ein Gewichtsprozentverhältnis von (Nb+V)/Ti von etwa 1 bis etwa 5, vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 3.In an additional aspect of the present disclosure, the aluminum alloy also includes a weight percent ratio of (Nb + V) / Ti of from about 1 to about 5, preferably from about 2 to about 3.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die Aluminiumlegierung ferner mehr als 0 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Bor (B).In another aspect of the present disclosure, the aluminum alloy further contains from greater than 0 wt% to about 0.50 wt% boron (B).

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die Aluminiumlegierung außerdem ein Gewichtsprozentverhältnis von (Nb+V+Ti)/B von etwa 1 bis etwa 15, vorzugsweise von etwa 5 bis 10.In another aspect of the present disclosure, the aluminum alloy also contains a weight percent ratio of (Nb + V + Ti) / B of from about 1 to about 15, preferably from about 5 to 10.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die Aluminiumlegierung ferner etwa 4,00 Gew.-% bis etwa 10,00 Gew.-% Silizium (Si), etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 3,00 Gew.-% Kupfer (Cu), etwa 0,10 Gew.-% bis etwa 1,00 Gew.-% Magnesium (Mg); und etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 0,03 Gew.-% Strontium (Sr).In another aspect of the present disclosure, the aluminum alloy further contains about 4.00 wt% to about 10.00 wt% silicon (Si), about 0.01 wt% to about 3.00 wt% Copper (Cu), about 0.10 wt% to about 1.00 wt% magnesium (Mg); and about 0.01 wt% to about 0.03 wt% strontium (Sr).

Nach mehreren Aspekten wird ein Verfahren des halbfesten Gusses offengelegt. Das Verfahren umfasst das Erhitzen einer Aluminiumlegierung, bis sich die Aluminiumlegierung in eine flüssige Aluminiumlegierung umwandelt; das Abkühlen der flüssigen Aluminiumlegierung, bis sich die flüssige Aluminiumlegierung in eine halbfeste Aluminiumlegierung umwandelt; das Gießen der halbfesten Aluminiumlegierung in eine Gießform; und das Abkühlen der halbfesten Aluminiumlegierung, bis sich die halbfeste Aluminiumlegierung in der Gießform in eine feste Aluminiumlegierung umwandelt. Die Aluminiumlegierung, die das Verfahren ermöglicht, enthält etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Niob (Nb); etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 % Vanadium (V); etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 % Titan (Ti); und einen Rest, der Aluminium (Al) und Verunreinigungen umfasst.In several aspects, a semi-solid casting method is disclosed. The method includes heating an aluminum alloy until the aluminum alloy changes to a liquid aluminum alloy; cooling the liquid aluminum alloy until the liquid aluminum alloy changes to a semi-solid aluminum alloy; pouring the semi-solid aluminum alloy into a casting mold; and cooling the semi-solid aluminum alloy until the semi-solid aluminum alloy changes to a solid aluminum alloy in the mold. The aluminum alloy that enables the process contains about 0, 03 wt% to about 0.50 wt% niobium (Nb); about 0.03% to about 0.50% vanadium (V); about 0.03% to about 0.50% titanium (Ti); and a residue including aluminum (Al) and impurities.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die Aluminiumlegierung ferner mehr als 0 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Bor (B).In another aspect of the present disclosure, the aluminum alloy further comprises greater than 0 wt% to about 0.50 wt% boron (B).

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die Aluminiumlegierung ferner ein Gewichtsprozentverhältnis von (Nb+V+Ti)/B von etwa 1 bis etwa 15, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 10.In another aspect of the present disclosure, the aluminum alloy further includes a weight percent ratio of (Nb + V + Ti) / B of from about 1 to about 15, preferably from about 5 to about 10.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält die Aluminiumlegierung ferner etwa 4,00 Gew.-% bis etwa 10,00 Gew.-% Silizium (Si); etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 3,00 Gew.-% Kupfer (Cu); etwa 1,00 Gew.-% Magnesium (Mg); etwa 0,03 Gew.-% Strontium (Sr); mehr als 0,0 Gew.-%, aber weniger als oder gleich etwa 0,50 % Mangan (Mn); und mehr als 0,0 Gew.-%, aber weniger als oder gleich etwa 0,50 % Chrom (Cr).In another aspect of the present disclosure, the aluminum alloy further includes about 4.00 wt% to about 10.00 wt% silicon (Si); about 0.01 wt% to about 3.00 wt% copper (Cu); about 1.00 wt% magnesium (Mg); about 0.03 wt% strontium (Sr); greater than 0.0 wt% but less than or equal to about 0.50% manganese (Mn); and greater than 0.0 weight percent but less than or equal to about 0.50 percent chromium (Cr).

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst der Schritt des Erhitzens der festen Aluminiumlegierung, bis sich die Aluminiumlegierung in eine flüssige Aluminiumlegierung verwandelt, das Erhitzen der festen Aluminiumlegierung auf einen Liquidusbereich zwischen etwa 30 °C bis etwa 80 °C.In another aspect of the present disclosure, the step of heating the solid aluminum alloy until the aluminum alloy turns into a liquid aluminum alloy includes heating the solid aluminum alloy to a liquidus range between about 30 ° C to about 80 ° C.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst der Schritt der Abkühlung der flüssigen Aluminiumlegierung, bis sich die Aluminiumlegierung in eine halbfeste Aluminiumlegierung verwandelt, die Abkühlung der flüssigen Aluminiumlegierung mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5 °C pro Sekunde.In another aspect of the present disclosure, the step of cooling the liquid aluminum alloy until the aluminum alloy turns into a semi-solid aluminum alloy includes cooling the liquid aluminum alloy at a rate of greater than 5 ° C per second.

Nach mehreren Aspekten wird eine Vorlegierung offengelegt. Die Vorlegierung kann in eine herkömmliche Aluminiumlegierung in einem Gewichtsverhältnis von 1 Teil Vorlegierung zu 27 bis 80 Teilen herkömmlicher Legierung eingearbeitet werden, um eine Aluminiumlegierung herzustellen, die für halbfesten Guss geeignet ist. Der Hauptverbündeten enthält etwa 1,5 Gew.-% bis 4,0 Gew.-% Niob (Nb); etwa 0,5 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% Titan (Ti); etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 0,8 Gew.-% Bor (B); und einen Rest, der Aluminium (Al) und Verunreinigungen umfasst.A master alloy is disclosed according to several aspects. The master alloy can be incorporated into a conventional aluminum alloy in a weight ratio of 1 part master alloy to 27 to 80 parts conventional alloy to produce an aluminum alloy suitable for semi-solid casting. The major ally contains about 1.5 wt% to 4.0 wt% niobium (Nb); about 0.5 wt% to 2.0 wt% titanium (Ti); about 0.2% to about 0.8% boron (B); and a residue including aluminum (Al) and impurities.

Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der hier gegebenen Beschreibung ergeben. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken sollen.Further areas of application will emerge from the description given here. It should be understood that the description and specific examples are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.

FigurenlisteFigure list

Die hier beschriebenen Figuren dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist eine Tabelle, die eine für den halbfesten Guss geeignete Aluminiumlegierungszusammensetzung nach einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
2 ist eine Tabelle, die eine Kornverfeinerungszusammensetzung nach einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
3 ist eine vergrößerte Ansicht der Oberflächenbeschaffenheit einer Laborprobe aus einer Aluminiumlegierung ohne Kornfeinungselemente;
4 ist eine vergrößerte Ansicht der Oberflächenbeschaffenheit einer Laborprobe einer Aluminiumlegierung mit Kornverfeinerungselementen, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform; und
5 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte eines Verfahrens des halbfesten Aluminiumgusses darstellt.

The figures described here are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present disclosure in any way.

1 Fig. 13 is a table showing an aluminum alloy composition suitable for semi-solid casting according to an exemplary embodiment;
2 Fig. 13 is a table showing a grain refining composition according to an exemplary embodiment;
3 Fig. 13 is an enlarged view of the surface finish of a laboratory sample made of an aluminum alloy with no grain refining elements;
4th Figure 4 is an enlarged view of the surface finish of a laboratory sample of an aluminum alloy with grain refining elements, according to an exemplary embodiment; and
5 Figure 13 is a flow diagram illustrating the steps of a method of semi-solid aluminum casting.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die gegenwärtige Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. Die abgebildeten Ausführungsformen werden mit Bezug auf die Figuren offenbart, wobei gleichartige Bezugsziffern auf entsprechende Teile in den einzelnen Figuren hinweisen. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, und einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Merkmale zu zeigen. Die spezifischen strukturellen und funktionellen Details, die offenbart wurden, sollen nicht als Einschränkung, sondern als repräsentative Grundlage für die Vermittlung der Praxis der offengelegten Konzepte interpretiert werden.The following description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present disclosure, application, or uses. The illustrated embodiments are disclosed with reference to the figures, like reference numerals indicating corresponding parts in the individual figures. The figures are not necessarily to scale and some features may be exaggerated or minimized to show details of certain features. The specific structural and functional details that have been disclosed should not be interpreted as a limitation, but rather as a representative basis for conveying the practice of the disclosed concepts.

In 1 ist eine Tabelle mit der Zusammensetzung einer Aluminiumlegierung aufgeführt, die einen vereinfachten halbfesten Gussprozess ermöglicht. Die Aluminiumlegierung enthält, in Gewichtsprozent (Gew.-%), etwa 4,00 bis etwa 10,00 Gew.-% Silizium (Si); etwa 0,10 bis etwa 0,50 Gew.-% Eisen (Fe); etwa 0,01 bis etwa 3 Gew.-%.00 Gew.-% Kupfer (Cu); von etwa 0,10 Gew.-% bis etwa 1,00 Gew.-% Magnesium (Mg); von etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Niob (Nb); von etwa 0,03 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Vanadium (V); von etwa 0.03 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Titan (Ti); von mehr als 0 Gew.-% bis etwa 0,50 Gew.-% Bor (B); von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 0,03 Gew.-% Strontium (Sr); mehr als 0,0 Gew.-%, aber weniger als oder gleich etwa 0,50 Gew.-% Mangan (Mn); mehr als 0,0 Gew.-%, aber weniger als oder gleich etwa 0,50 Gew.-% Chrom (Cr); und der Rest ist Aluminium (Al) und Verunreinigungen.In 1 is a table with the composition of an aluminum alloy that enables a simplified semi-solid casting process. The aluminum alloy contains, in percent by weight (wt%), about 4.00 to about 10.00 wt% silicon (Si); about 0.10 to about 0.50 weight percent iron (Fe); about 0.01 to about 3 wt%, 00 wt% copper (Cu); from about 0.10 wt% to about 1.00 wt% magnesium (Mg); from about 0.03 wt% to about 0.50 wt% niobium (Nb); from about 0.03 wt% to about 0.50 wt% vanadium (V); from about 0.03 wt% to about 0.50 wt% titanium (Ti); from greater than 0 wt% to about 0.50 wt% boron (B); from about 0.01 wt% to about 0.03 wt% strontium (Sr); greater than 0.0 weight percent but less than or equal to about 0.50 weight percent manganese (Mn); greater than 0.0 weight percent but less than or equal to about 0.50 weight percent chromium (Cr); and the rest is aluminum (Al) and impurities.

Es ist vorzuziehen, dass das Mg zwischen etwa 0,3 Gew.-% und etwa 0,5 Gew.-% liegt, um die Bildung von Magnesiumsilicid (Mg2Si)-Präzipitaten zu ermöglichen. Es ist vorzuziehen, dass Cu zwischen etwa 0,3 Gew.-% und etwa 1,0 Gew.-% liegt, um die Bildung von Q-Phasen-Ausfällungen zu ermöglichen. Es ist vorzuziehen, dass Si zwischen etwa 5,0 Gew.-% und etwa 8,0 Gew.-% für einen weiten Solidus-Flüssigkeitsbereich im halbfesten Gießverfahren liegt. Der bevorzugte Fe-Bereich wird auf der Grundlage der Duktilitätsanforderung des hergestellten Gussteils bestimmt.It is preferred that the Mg be between about 0.3 wt% and about 0.5 wt% to allow the formation of magnesium silicide (Mg2Si) precipitates. It is preferred that Cu be between about 0.3 wt% and about 1.0 wt% to allow Q-phase precipitates to form. It is preferable that Si be between about 5.0 wt% and about 8.0 wt% for a wide range of solidus liquids in the semi-solid casting process. The preferred Fe range is determined based on the ductility requirement of the casting being produced.

Nb, V, Ti und B sind in der Aluminiumlegierung zur Kornfeinung durch Bildung einer kugelförmigen Mikrostruktur enthalten. Es wurde festgestellt, dass bestimmte Kombinationen von Gewichtsverhältnissen von Nb, V, Ti und B eine außergewöhnliche Kornfeinung in der Aluminiumlegierung bieten, die es ermöglicht, die Aluminiumlegierung im halbfesten Guss zu verwenden, ohne dass die zusätzlichen Schritte des Vorgießens eines Knüppels und des Wiedererwärmens des Knüppels auf Schmelztemperatur erforderlich sind; oder die Schritte der Abkühlung von flüssigem Aluminium in den halbfesten Temperaturbereich, während das flüssige Aluminium kräftig gerührt oder verwirbelt wird, um die für den halbfesten Guss erforderliche kugelförmige Mikrostruktur zu erzeugen.Nb, V, Ti and B are contained in the aluminum alloy for grain refinement by forming a spherical microstructure. It has been found that certain combinations of weight ratios of Nb, V, Ti and B provide exceptional grain refinement in the aluminum alloy that enables the aluminum alloy to be used in semi-solid casting without the additional steps of pre-casting a billet and reheating the Billets at melting temperature are required; or the steps of cooling liquid aluminum to the semi-solid temperature range while vigorously agitating or swirling the liquid aluminum to create the spherical microstructure required for semi-solid casting.

Die kombinierten Gewichtsprozentsätze von Nb und V zum Gewichtsprozentsatz des Ti-Verhältnisses [(Nb+V)/Ti] sollten so gesteuert werden, dass sie von etwa 1 bis etwa 5, vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 3, betragen. Mit anderen Worten, der kombinierte Gewichtsprozentsatz von Nb und V beträgt etwa 1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 3 Gew.-%, für jeweils 1 Gew.-% Ti ermöglicht die Aluminiumlegierung, die für vereinfachten halbfesten Guss geeignet ist.The combined weight percentages of Nb and V to the weight percent of the Ti ratio [(Nb + V) / Ti] should be controlled to be from about 1 to about 5, preferably from about 2 to about 3. In other words, the combined weight percentage of Nb and V is about 1 to 5 wt%, preferably 2 to 3 wt%, for every 1 wt% Ti enables the aluminum alloy suitable for simplified semi-solid casting.

Der kombinierte Gewichtsprozentsatz von Nb, V und Ti zu Gewichtsprozent des B-Verhältnisses [(Nb+V+Ti)/B] sollte auf einen Wert von etwa 1 bis etwa 15, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 10, eingestellt werden. Mit anderen Worten, die kombinierten Gew.-% von Nb, Gew.-% von V und Gew.-% von Ti betragen etwa 1 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise etwa 5 Gew.-% bis 10 Gew.-%, für jeweils 1 Gew.-% von B ermöglicht auch die Aluminiumlegierung, die für vereinfachten halbfesten Guss geeignet ist.The combined weight percent of Nb, V and Ti to weight percent of the B ratio [(Nb + V + Ti) / B] should be adjusted to a value of from about 1 to about 15, preferably from about 5 to about 10. In other words, the combined wt% of Nb, wt% of V, and wt% of Ti is about 1 wt% to 15 wt%, preferably about 5 wt% to 10 wt% .-%, for every 1% by weight of B, also enables the aluminum alloy, which is suitable for simplified semi-solid casting.

In 2 ist eine Tabelle mit der Zusammensetzung eines Kornfeinungsmittels zur Herstellung der Aluminiumlegierung aufgeführt, um den vereinfachten halbfesten Gussprozess zu ermöglichen. Der Kornfeinungsmittel, der auch als Vorlegierung bezeichnet wird, kann bei kommerziell erhältlichen Aluminiumlegierungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Aluminiumlegierungen A380, A383 und A360, eingesetzt werden, um die kommerziell erhältliche Aluminiumlegierung in kugelförmige Mikrostrukturen umzuwandeln. Die Vorlegierung enthält etwa 1,5 Gew.-% bis etwa 4,0 Gew.-% Niob (Nb); etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 2,0 % Titan (Ti); etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 0,8 Gew.-% Bor (B); und der Rest ist Aluminium (Al) und Verunreinigungen.In 2 a table with the composition of a grain refiner for the production of the aluminum alloy is given to enable the simplified semi-solid casting process. The grain refiner, also referred to as a master alloy, can be used with commercially available aluminum alloys, including, but not limited to, aluminum alloys A380, A383, and A360, to convert the commercially available aluminum alloy into spherical microstructures. The master alloy contains about 1.5 wt% to about 4.0 wt% niobium (Nb); about 0.5% to about 2.0% titanium (Ti); about 0.2% to about 0.8% boron (B); and the rest is aluminum (Al) and impurities.

Die Vorlegierung kann in eine handelsübliche Aluminiumlegierung in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:80 bis 1:27 eingearbeitet werden, um die derzeit offen gelegte Aluminiumlegierung herzustellen. Mit anderen Worten, eine Aluminiumlegierung, die für einen vereinfachten Halbgussprozess geeignet ist, kann durch die Einarbeitung von 1 Teil Vorlegierung in etwa 27 bis 80 Gewichtsteile herkömmlicher Aluminiumlegierung hergestellt werden.The master alloy can be incorporated into a commercially available aluminum alloy in a weight ratio of about 1:80 to 1:27 in order to produce the currently disclosed aluminum alloy. In other words, an aluminum alloy that is suitable for a simplified semi-casting process can be produced by incorporating 1 part of master alloy into approximately 27 to 80 parts by weight of conventional aluminum alloy.

3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Oberflächenbeschaffenheit einer Laborprobe aus einer Aluminiumlegierung 300 ohne Kornfeinungselemente, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform. Die Aluminiumlegierung 300 weist eine Dendriten-Mikrostruktur 302 auf, die für den halbfesten Guss nicht geeignet ist. 3 Figure 11 shows an enlarged view of the surface finish of a laboratory sample made of an aluminum alloy 300 without grain refining elements, according to an exemplary embodiment. The aluminum alloy 300 has a dendrite microstructure 302 that is not suitable for semi-solid casting.

4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Oberflächenbeschaffenheit einer Laborprobe aus einer Aluminiumlegierung 400 mit feinkörnigem Gefüge 402, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform. Das Feinkorngefüge 402 ist feiner als das Dendritengefüge 302 aus 3. 4th Figure 11 shows an enlarged view of the surface finish of a laboratory sample made of an aluminum alloy 400 with a fine-grain structure 402 , according to an exemplary embodiment. The fine grain structure 402 is finer than the dendritic structure 302 out 3 .

5 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte eines Verfahrens zum halbfesten Aluminiumguss 500 unter Verwendung der verbesserten Aluminiumlegierung mit der in 1 gezeigten Zusammensetzung darstellt. Das Verfahren umfasst: Schritt 502, Erwärmen einer festen Legierung, bis sich die feste Legierung in eine flüssige Legierung umwandelt; Schritt 504, Abkühlen der flüssigen Legierung, bis sich die flüssige Legierung in eine halbfeste Legierung umwandelt, und Gießen der halbfesten Legierung in eine Gussform; und Schritt 506, Abkühlen der halbfesten Legierung, bis sich die halbfeste Legierung in der Gussform in eine feste Legierung umwandelt. 5 Figure 4 is a flow diagram showing the steps of a method for semi-solid aluminum casting 500 using the improved aluminum alloy with the in 1 the composition shown. The method includes: step 502 , Heating a solid alloy until the solid alloy turns into a liquid alloy; step 504 , Cooling the liquid alloy until the liquid alloy turns into a semi-solid alloy, and pouring the semi-solid alloy into a mold; and step 506 , Cooling the semi-solid alloy until the semi-solid alloy in the casting mold turns into a solid alloy.

Schritt 502 der Erwärmung der festen Legierung, bis sich die feste Legierung in eine flüssige Legierung umwandelt, umfasst die Erwärmung der festen Legierung auf einen Liquidusbereich zwischen etwa 30 °C bis etwa 80 °C. Schritt 504 der Abkühlung der flüssigen Legierung, bis sich die Legierung in eine halbfeste Legierung umwandelt, beinhaltet die Abkühlung der flüssigen Legierung mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5 °C pro Sekunde. Die Abkühlungsgeschwindigkeit ermöglicht die Bildung kugelförmiger Mikrostrukturen, wie in 4 dargestellt.step 502 heating the solid alloy until the solid alloy converts to a liquid alloy includes heating the solid alloy to a liquidus range between about 30 ° C to about 80 ° C. step 504 Cooling the liquid alloy until the alloy turns into a semi-solid alloy involves cooling the liquid alloy at a rate of more than 5 ° C per second. The cooling rate enables spherical microstructures to be formed, as in FIG 4th shown.

Numerische Daten werden hier in einem Bereichsformat dargestellt. „Der Begriff „ungefähr“, wie er hier verwendet wird, ist den Fachleuten bekannt. Alternativ umfasst der Begriff „ungefähr“ +/- 0,05 Gewichtsprozent“. Es ist zu verstehen, dass dieses Bereichsformat lediglich der Bequemlichkeit und Kürze halber verwendet wird und flexibel ausgelegt werden sollte, um nicht nur die Zahlenwerte, die explizit als Grenzen des Bereichs genannt werden, sondern auch alle einzelnen Zahlenwerte oder Teilbereiche, die in diesem Bereich enthalten sind, so zu erfassen, als ob jeder Zahlenwert und Teilbereich explizit genannt wird. Während Beispiele ausführlich beschrieben wurden, werden diejenigen, die mit der Kunst, auf die sich diese Offenbarung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Muster und Beispiele für die Praxis der offengelegten Verfahren im Rahmen der beigefügten Ansprüche erkennen.Numeric data is presented here in a range format. As used herein, the term “approximately” is known to those skilled in the art. Alternatively, the term "approximately" includes +/- 0.05 percent by weight. It is to be understood that this range format is only used for the sake of convenience and brevity and should be interpreted flexibly to include not only the numerical values that are explicitly mentioned as the limits of the range, but also all individual numerical values or partial ranges that are contained in this range are to be recorded as if each numerical value and sub-range were explicitly named. While examples have been described in detail, those familiar with the art to which this disclosure pertains will recognize various alternative patterns and examples of practice of the disclosed methods within the scope of the appended claims.

Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abweichungen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Abweichungen sind nicht als eine Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.The description of the present disclosure is merely exemplary in nature, and variations that do not depart from the gist of the present disclosure are intended to fall within the scope of the present disclosure. Such variations are not to be regarded as a departure from the spirit and scope of the present disclosure.

Claims

An aluminum alloy comprising: about 0.03 wt% to about 0.50 wt% niobium (Nb); about 0.03% to about 0.50% vanadium (V); about 0.03% to about 0.50% titanium (Ti); and a residue consisting of aluminum (Al) and impurities.

The aluminum alloy after Claim 1 , further comprising a weight percent ratio of (Nb + V) / Ti of about 1 to about 5.

The aluminum alloy after Claim 2 wherein the weight percent ratio of (Nb + V) / Ti is about 2 to about 3.

The aluminum alloy after Claim 1 , further comprising from more than 0 wt% to about 0.50 wt% boron (B).

The aluminum alloy after Claim 4 , further comprising a weight percent ratio (Nb + V + Ti) / B of about 1 to about 15.

The aluminum alloy after Claim 5 wherein the weight percent ratio (Nb + V + Ti) / B is about 5 to about 10.

The aluminum alloy after Claim 4 , further comprising about 4.00 wt% to about 10.00 wt% silicon (Si).

The aluminum alloy after Claim 7 , further comprising from about 0.01 wt% to about 3.00 wt% copper (Cu).

The aluminum alloy after Claim 8 , further comprising from about 0.10 wt% to about 1.00 wt% magnesium (Mg).

The aluminum alloy after Claim 4 , further comprising from about 0.01 wt% to about 0.03 wt% strontium (Sr).