专利名称：船用的铸造铝材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造铝材，其用于通常要求具有抗海水腐蚀和机械强度的船用设备上，特别是用于船的推进器的内外边缘和喷水式涡轮机以及船底部的其它构件。
该技术最近的趋势是降低船上设备的重量，因而将使用大量的铸造铝材料。有些铸造铝材料在JIS H-5302(1990)中定义为“铸造铝合金”，其中包括ADC1(Cu最高1．0％重量)、ADC3(Cu最高0．6％重量)、ADC5(Cu最高0．2％重量)、ADC6(Cu最高0．1％重量)、ADC10，10Z(Cu2～4％重量)、ADC12，12Z(Cu1．5～3．5％重量)和ADC14(Cu4～5％重量)。
在这样的铸造铝材料中Cu组分是产生锈蚀的主要原因。因此，船用铸造铝材料的Cu含量必须最高在0．6％重量，以便于使其抗海水腐蚀。ADC3(Cu最高0．6％重量)、ADC5(Cu最高0．2％重量)和ADC6(Cu最高0．1％重量)都能满足这一要求。
在另一方面，这样的铸造材料熔融的流动性是顺利铸造的另一重要因素。其熔融的流动性基本上是由其Si的组分所决定。在这一方面，将讨论这三种材料ADC3(Si9～10％重量)、ADC5(Si最高0．3％重量)、ADC6(Si最高1．0％重量)。它们的流动性依次为ADC5＜ADC6＜ADC3。即ADC5和ADC6的熔融的流动性并不高。
ADC3具有好的流动性和好的抗腐蚀性，但其机械强度比ADC12的要低。
本发明考虑了上述因素并已完成，本发明的目的是提供一种新型铸造铝材料以满足对流动性、抗腐蚀性和机械强度的要求。
根据本发明的一个方面，提供了一种船用的铸造铝材料，基本由下列成分组成0．15％或更低重量的Cu(铜)、10．0～11．5％重量的Si(硅)、1．0～2．5％重量的Mg(镁)、0．15％或更低重量的Zn(锌)、0．7～0．9％重量的Fe(铁)、0．4～0．6％重量的Mn(锰)、0．1％或更低重量的Ni(镍)和0．1％或更低重量的Sn(锡)以及剩余量为Al(铝)。
Cu含量大于0．6％重量的含Cu铝合金能被海水严重腐蚀。因此，考虑其抗海水腐蚀，本发明的铸造铝材料的含铜量必须限制在最高0．6％重量。在铜含量不大于0．15％重量的情况下，材料能提供更好的抗腐蚀性。因此材料的含铜量优选为最高0．15％重量。
在铸造中为了获得更好的流动性，优选更高含量的Si。为了提供与据说具有好的流动性的ADC3(Si9～10％重量)一样的或更好的流动性，本发明材料的Si含量限制在至少为10％重量。但是，假如含量高于11．5％重量，太多含量的Si将使材料出现初晶硅从而使材料变脆和使强度下降。因此材料中Si的含量希望在10．0～11．5％重量之间。
ADC3的抗拉强度为245N／mm2。本发明材料的抗拉强度希望不低于ADC3的抗拉强度。含有至少1．0％重量的Mg的材料当其在水中淬火后，其抗拉强度至少为245N／mm2，并且这是好的。但是假如Mg的含量超过2．5％重量，由于太多数量的Mg将增加熔融铝(熔化铝)的粘度，从而使熔融铝的流动性降低，这是所不希望的。据此，本发明的材料的Mg含量希望落在1．0～2．5％重量之间。
优选在材料中不含有Zn，因为它降低Al的抗腐蚀性。但是，在材料中即使有少量的Zn可以改善材料的加工性能，并且因此也将降低材料的生产成本。据此，材料中可以含有最高0．15％重量的Zn。
含量少于0．7％重量的Fe的熔融铝在铸造中会粘附在铸模的表面，并且由于其对铸模具有负面影响从而使铸造不能顺利而连续地进行。含铁量大于0．9％重量的铝合金是脆性的，并且其机械强度也较差。据此，本发明的材料的Fe含量希望落在0．7～0．9％重量之间。
在材料中加入Mn能有效地防止Fe对材料的负面影响，由于Mn在材料中形成片状的金属间化合物(Al-Mn(Fe)-Si)。金属间化合物阻止了Fe对材料的负面影响，从而防止了材料的韧性和冲击抗力的下降。假如Mn的含量低于0．4％重量，会没有作用；但是假如Mn的含量高于0．6％重量，太多数量的Mn将晶体化而降低材料的机械性能。据此，本发明的材料的Mn含量希望落在0．4～0．6％重量之间。
优选在材料中不含有Ni，因为它显著降低Al的抗腐蚀性。但是，在材料中Ni含量降低太多而使材料的生产成本增加是不可取的。在平衡考虑材料的抗腐蚀性和生产成本后，材料的Ni含量希望为最高0．1％重量。
优选在材料中也不含有Sn，因为它严重降低Al的抗腐蚀性。但是，在材料中Sn含量降低太多而使材料的生产成本增加也是不可取的。在平衡考虑材料的抗腐蚀性和生产成本后，材料的Sn含量希望为最高0．1％重量。
下面参考附图来详细描述本发明的某些优选的实施方案(仅是举例性的)，附图包括
图1是不同含Cu量的铝合金的海水腐蚀变化曲线；图2是本发明的船用铸造铝材料的抗拉强度与Mg含量的关系曲线；图3是应用了本发明材料的船用外部推进器的透视图。
下面叙述的实际上仅仅是示例性的，并不对本发明以及它的应用或用途有任何的限制。
在图1的曲线中，水平轴表示铝合金的Cu含量(重量％)，而垂直轴表示合金腐蚀的宽度(mm)。在Cu含量大于0．6％重量的情况下，腐蚀宽度剧增。因此，铝合金的Cu含量必须最高为0．6％重量。在Cu含量不大于0．15％重量的情况下，腐蚀宽度能大幅度降低。为了获得好的抗海水腐蚀性，铝合金的Cu含量必须最高为0．6％重量。为了更好的抗海水腐蚀性，优选较高的Cu含量。因此在本发明中，材料的Cu含量限制在最高0．15％重量。
但是材料中含有这样少的Cu不能很好地增加其强度。因此为了补偿其强度，将一定数量的Mg加入到材料中。
图2所示是本发明的船用铸造铝材料的抗拉强度和其所含Mg数量之间的关系曲线。在这里，水平轴表示材料的Mg含量(％重量)；垂直轴表示材料的抗拉强度(N／mm2)。从这里可以看出，材料的抗拉强度随着其Mg含量的增加而增加。
对抗拉强度进行了大量试样的试样并且所获得的数据落在一个区间里。因此在图2的曲线中，试样的抗拉强度数据给出的不是一条直线而是一个覆盖所有数据的一个区域。
有些试样在710℃时就熔融了并在此时铸造，并且将铸造试样在380℃脱模并在空气中冷却。然后对这些试样进行抗拉强度试验，并且其数据落在“空冷试样”区。其它的是在710℃下熔融并铸造，并且铸造试样在380℃脱模并在80℃的水中进行淬火。然后对这些试样进行抗拉强度试验，并且其数据落在“水中淬火试样”区。这里使用的水中淬火方法与钢的淬火是一致的；以及空冷的方法与钢的正火是一致的。
ADC3的抗拉强度是245N／mm2，并且本发明材料的抗拉强度希望是至少与ADC3的相等或更高。可以发现，材料中至少含有1．0％重量的Mg时，当其进行水淬时，其抗拉强度满足至少为245N／mm2。但是假如Mg含量高于2．5％重量时，由于太多数量的Mg将使熔融的铝(铝熔体)的粘度增加，从而使铝熔体的流动性下降，这是所不希望的。据此，本发明的材料的Mg含量规定落在1．0～2．5％重量之间。
图3是船用外部推进器的透视图，本发明的材料就应用于此。在图3中外部推进器10包括如所示组装的一个齿轮箱11、一个外延箱12、底盖13和引擎盖15。可旋转的螺旋桨16通过引擎垂直轴和被引擎盖15所覆盖的齿轮组(全部没有示意出)而连接在其上。在外部推进器10中，齿轮箱11和外延箱12是放置在海水中，它们是由本发明的船用铸造铝材料制成的。外部推进器10是通过固定支架17固定在船尾(没有示意出)上，其中齿轮箱11和外延箱12专门涂覆了油漆。
在上述方法中，本发明的船用铸造铝材料可以满足船用设备一般要求的具有抗海水腐蚀性能和机械强度，特别是可以用于船用外部和内部推进器、喷水泵和构成船底部的其它部件。
实施例表1所示是本发明实施例和比较实施例所含的组分。
表1
实施例是本发明的船用铸造铝材料，其中含有最高0．15％重量的Cu、10．0～11．5％重量的Si、1．0～2．5％重量的Mg、最高0．15％重量的Zn、0．7～0．9％重量的Fe、0．4～0．6％重量的Mn、最高0．1％重量的Ni和最高0．1％重量的Sn、余量为Al。
比较实施例是JISH-5302(1990)所规定的ADC3“铸造铝合金”。
实际上，比较实施例的Cu含量为最高0．6％重量，而实施例的Cu含量为0．15％重量。后者比前者最高降低了1／4。比较实施例的Mg含量为0．4～0．6％重量，而实施例的则为1．0～2．5％重量。后者比前者增加了最高2～4倍。
在下面的表2中，比较了本发明材料和ADC3的机械性能。
表2
比较实施例(ADC3)是一种常用的铸造铝合金，其抗拉强度为245N／mm2、屈服强度为119N／mm2以及延伸率为6．1％；而本发明实施例的抗拉强度为289N／mm2、屈服强度为132N／mm2以及延伸率为7％。据此，本发明实施例的所有机械性能都比比较实施例的要好。
考虑两者的抗腐蚀性，如上面表1所示，比较实施例的含Cu量为最高0．6％重量，而本发明实施例的含Cu量为最高0．15％重量。降低材料的含Cu量可以增加其抗腐蚀性，并且很明显本发明实施例的抗腐蚀性要大大好于比较实施例。
考虑两者的流动性，如上面表1所示，比较实施例的含Si量为9．0～10．0％重量，而本发明实施例的含Si量为10．0～11．5％重量。增加材料中的Si含量可改善其流动性，并且很明显本发明实施例的流动性至少与比较实施例的相当或更好。
因此，本发明的船用铸造铝材料对于模铸具有足够好的流动性，对于海水具有好的抗腐蚀性，以及用于船用设备具有足够好的机械性能，并且其性能都是好的和满意的。
用本发明的材料制成的产品当其被涂覆油漆并进行烤干，其硬度能进一步增加。
如上所述，由于本发明的船用铸造铝材料其含Cu量(引起腐蚀的一个因素)降低到最高0．15％重量，因此其对海水具有好的抗腐蚀性；由于其含Si量(增加铸造流动性的一个因素)增加到10．0～11．5％重量而使其具有好的流动性；由于其含Mg量(一个增加其机械强度的因素)增加到0．04～0．6％重量，而使其具有好的机械强度。因此本发明的产品适合于船用铸造铝材料所要求的具有高流动性、好的抗腐蚀性和高的机械强度。
权利要求
1．一种船用的铸造铝材料，其基本由下列成份组成0．15％重量或更低的Cu、10．0～11．5％重量的Si、1．0～2．5％重量的Mg、0．15％重量或更低的Zn、0．7～0．9％重量的Fe、0．4～0．6％重量的Mn、0．1％重量更低的Ni、0．1％重量或更低的Sn和余量为Al。
全文摘要
公开了一种新型的具有所有好的性能(高的流动性、好的抗腐蚀性和高的机械强度)的铸造铝材料。由于其含Mg量(一个增加机械强度的因素)增加到0.4～0.6%重量,所以材料具有好的机械性能。由于其含Cu量(引起腐蚀的一个因素)降低到最高0.15%重量,因此其对海水具有好的抗腐蚀性。由于其含Si量(增加铸造流动性的一个因素)增加到10.0～11.5%重量而使材料具有好的流动性。
文档编号B22D21/00GK1290761SQ0013313
公开日2001年4月11日 申请日期2000年9月2日 优先权日1999年9月3日
发明者高崎宪政, 村田裕之, 松田佳之, 石坂信启 申请人:本田技研工业株式会社