TWI397591B - 鋁合金 - Google Patents

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Description

鋁合金
本發明係關於一種鋁合金,說的更明確一點,是關於一種除了鋁之外還包含鎂和矽做為主要合金組成的鋁合金,其適合用於壓鑄和相關方法。
鋁壓鑄已具有相當的重要性,特別是在汽車工程。汽車工程對於鋁壓鑄件愈來愈高的機械要求係藉由應用特殊AlSiMg和AlMgSi壓鑄件合金,並且在鑄造方法之後接著進行熱處理的方式來面對,其主要是由於鋼製零組件取代了基於重量考量而使用的鋁合金製之零組件所引發。
例如,由AT 407 533已知一種鋁合金,其具有>3.0到7.0重量%的鎂、1.0到3.0重量%的矽、0.3到0.49重量%的錳、0.1到0.3重量%的鉻、0到0.15重量%的鈦、最多0.15重量%的鐵和分別最多0.00005重量%的鈣或鈉,及最多0.0002重量%的磷。
在EP-B-0 792 380中敘述了一種合金,其包含3.0到6.0重量%,較佳為4.6到5.8重量%的鎂;1.4到3.5重量%,較佳為2.0到2.8重量%的矽;0.5到2.0重量%,較佳為0.6到1.5重量%的錳;最多0.2,較佳為0.1到0.2重量%的鈦;和最多0.15,較佳為最多0.1重量%的鐵,其已呈現流變結構(rheostructure)的情況。
這些已知的AlMgSi合金係用於壓鑄法及其相關方法。其具有類似於AlSiMg合金(例如已知的AlSi7MgO3型合金)的強度和應變值,在完全時效的情況(其被稱為"T6")下,已處於鑄態。然而,這些AlMgSi型合金有一項根本的缺點,那就是其與AlSiMg合金相比,具有較低的0.2%降伏強度(yield strength)。
0.2%降伏強度是鑄造物由彈性轉換成塑性形變的一項特徵,同時其對於汽車工程中的重要碰撞結構零件亦是特別重要。
據文獻報載,為了提高0.2%降伏強度,可能需要最多2小時的短暫熱處理。
然而,由上述的AlMgSi合金所製成壓鑄件的熱處理會牽涉到許多缺點。首先,由此種合金所可達到低成本的優勢因而喪失。熱處理的其它重要缺點是壓鑄件的典型缺陷,如扭曲,特別是由離型劑熱損壞所引起的噴出熔體(blowing),其被稱為"起泡"(blister)。然而,扭曲會使得壓鑄件的製程優點,亦即近淨形製造,變得無益。
由於應力壓鑄件特別需要更高的強度性質,未進行熱處理來提高0.2%降伏強度的壓鑄件,將會因為0.2%降伏強度相當低而使得上述鋁合的應用領域受到限制。要使用由此類合金所製得的壓鑄件只能夠增加它的壁厚。然而,增加壁厚會降低了使用鋁所可達到的重量優勢,或甚至於喪失重量優勢。
因此,本發明的目標係提供AlMgSi型的鋁合金,其適合用於壓鑄,並且其強度可比得上舊有技術所知的合金,但在0.2%降伏強度方面卻有更高的數值。本發明的另一個目標是將此種已處於鑄態且具有所需強度性質的鋁合金得以避免壓鑄件的熱處理及其所伴隨的缺點。本發明還有另一個目標是提供汽車鋁組件用的鋁合金,特別是也要能滿足高的機械要求,因而擴大鋁組件的應用領域,例如在汽車工程上。
依照本發明,這些目標可藉由一種具有以下組成的合金而達成:4.5到6.5重量%的鎂,1.0到3.0重量%的矽,0.3到1.0重量%的錳,0.02到0.3重量%的鉻,0.02到0.2重量%的鈦,0.02到0.2重量%的鋯,0.0050到1.6重量%的一或多種稀土金屬,最多0.2重量%的鐵,其餘為鋁。
在另一個實施實例中,本發明的合金具有以下組成:5.5到6.5重量%的鎂,2.4到2.8重量%的矽,0.4到0.6重量%的錳,0.05到0.15重量%的鉻。
在本發明合金的另一個較佳實施實例中,鋯的含量為0.05到0.2重量%。
至於稀土金屬則是以釤、鈰或鑭為較佳。這些可以單獨鑄成合金或者是彼此以任何方式組合鑄成合金。特別適合的是釤和鈰或是釤和鑭的組合。有一種特別偏好的合金係含有釤和鈰兩種稀土金屬,其數量為0.0050到0.8重量%的釤和0.0050到0.8重量%的鈰。
在合金固化時添加釤和鈰將導致形成不同組成之AlCe和AlSm沈澱,其將引起強化的效應。
此外,由於添加了鈰,也會降低合金附著於壓鑄工具的傾向,進而對於壓鑄的品質產生額外的有利的效應。
本發明將藉由以下合金所量測到的機械特性來進一步說明。依DIN EN 10002之規範,針對壓鑄法所製成的踏板來進行張力試驗,以測量其機械性質,其中係使用2,7毫米的踏板來進行張力試驗。這樣的壁厚範圍較好是用來製造可銲接及重要碰撞結構零件。這些機械特性是以25次的測量平均數值來代表。
所進行張力試驗的結果如表1中所示。在表中,測試1到4所使用的合金為本發明的合金;參照合金的組成相當於本發明之合金,但不含合金化的稀土金屬。
由表中可看出,當與未改質的AlMg5Si2MnCr基合金相比時,添加鈰和釤的合金可明顯地提升0.2%降伏強度。
此外,本發明之鋁合金所可達到的強度值與在T6條件中鍛造AlSilMgMn且之後再進行熱處理所可達到強度值相當。由於本發明合金與已知的AlMgSi型鋁全金相比,具有更佳的0.2%降伏強度,因此適合用於新的應用領域,特別是用於製造高應力鋁鑄模,因為它們在汽車工程方面愈來愈受重視。
當以鑭來部分或全部取代鈰時,本發明合金也可達到類似的機械強度數值。

Claims (8)

  1. 一種鋁合金,其特徵在於它包含4.5到6.5重量%的鎂,1.0到3.0重量%的矽,0.3到1.0重量%的錳,0.02到0.3重量%的鉻,0.02到0.2重量%的鈦,0.02到0.2重量%的鋯,0.0050到1.6重量%的一或多種稀土金屬,最多0.2重量%的鐵,其餘為鋁。
  2. 如申請專利範圍第1項之鋁合金,其係包含5.5到6.5重量%的鎂,2.4到2.8重量%的矽,0.4到0.6重量%的錳,0.05到0.15重量%的鉻。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金,其包含數量為0.05到0.2重量%的鋯。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金,其中該稀土金屬為釤、鈰或鑭。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金,其中含有稀土金屬鈰和釤。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金,其中含有稀土金屬鑭和釤。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之鋁合金,其含有0.0050到0.8重量%的釤和0.0050到0.8重量%的鈰。
  8. 一種如申請專利範圍第1到7項中任一項之鋁合金之用途,其係應用於壓鑄、擠壓鑄造、觸變成型或觸變鍛造方法,以及其它以半液態成型為基的方法。
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