铸造合金的制作方法

文档序号:16515088发布日期:2019-01-05 09:34阅读:505来源:国知局
本发明涉及一种基于铝、镁和铁的铸造合金,特别是用于车辆结构部件。现有技术alfe类型的合金通常是已知的,并且根据一些参考文献,被认为是所谓的8000系列合金——可锻造合金的一组铝合金。此外,许多出版物提到了金属间alfe材料,也称为铁铝化物,其含有高的铁含量和其他合金元素。这些材料不是铸造材料。它们用于粉末冶金(例如用于表面涂覆)、烧结工艺、3d打印方法等。根据应用,可提及诸如可磁化性、耐热性或高耐腐蚀性的性能。alfe合金领域的专利文献指出该合金用于金属板、挤出产品、涂层技术的用途以及该合金在粉末产品中的用途。此时可提及us8206519b2、us7462410b2、us20060213590a1和de60320387t2作为可锻造合金产品领域中的多个专利出版物的代表。alfe合金的另一个用途领域是用于信息存储的磁性部件。在所述用途领域中,通过选择性添加合金元素,可铸性和材料特征值的影响都不起作用。在铸造合金领域,特别是压铸合金领域,主要使用合金体系al-si和al-mg-si。申请人本身在研发用于汽车工程的压铸合金领域已经多年。此时可以提及ep1443122b1和ep1612286b1作为相应数量的已经授权的专利的代表。这两项保护权均涉及用于结构部件的alsi9mn合金,并且即使在铸造状态下也具有良好的材料特征值。汽车工业的轻质结构需要简单、稳健的制造工艺。在结构部件的情况下,这尤其意味着免除热处理。以这种方式,不仅节省了制造工艺步骤,而且还节省了由于无法避免的变形而通常必须进行的调整工作。此外,需要能够在190℃及以上的温度下进行表面处理工艺而不影响合金材料特征值。其他要求在于合金具有简单的加工性,这包括简单的可熔性、铸造期间的低粘附趋势或返回材料(returnmaterial)的简单处理。除了简单的制造工艺外,合金成本也起着相当大的作用。本文中,需要一种不含昂贵合金元素的合金。此外,存在使用二次原材料(例如再生铝)的可能性,因为可以以这种方式相应地保护资源。技术实现要素:本发明的目的是提供一种基于铝-镁-铁的铸造合金,其满足至少一个上述要求。根据本发明,该目的通过以下铸造合金实现:铁镁0.01-9.0重量%锰0-2.5重量%铍0-500ppm钛0-0.5重量%硅0-0.8重量%锶0-0.8重量%磷0-500ppm铜0-4重量%锌0-10重量%0-0.5重量%的选自铬、镍、钼、锆、钒、铪、钙、镓和硼的一种元素或一组元素,其余为铝和不可避免的杂质。本发明的优选实施例在从属权利要求中示出。在一个实施方案中,铸造合金的铁含量为1.0-2.4重量%的铁。在另一个实施方案中,铸造合金的铁含量为1.4-2.2重量%的铁。在一个实施方案中,镁含量为0.3-7.0重量%的镁。在另一个实施方案中,铸造合金的镁含量为2.0-7.0重量%的镁。在另一个实施方案中,铸造合金的镁含量为3.0-5.0重量%的镁。在一个实施方案中,锰含量为0-0.6重量%。在一个实施方案中,铍含量为0-100ppm。在一个实施方案中,锶含量为0-0.03重量%。在一个实施方案中,锌含量为0-0.5重量%。在一个实施方案中,磷含量为0-50ppm。在一个实施方案中,铜含量为0-0.2重量%的铜。在一个实施方案中,钛含量为0-0.1重量%。在一个实施方案中,硅含量为0-0.4重量%。本发明的合金优选地用于压铸,特别是用于汽车工程中的压铸结构部件。如果下文提到铸造合金,则其包括合金,特别是用于压铸、锭铸或或砂铸的合金。本发明的合金基于迄今尚未用于汽车工程的铸造合金的合金体系alfe。该体系同样是可延展的,并且可以通过镁固化而不产生三相almgfe。al-al3fe共晶用于本发明的合金,由此该合金变得适于铸造。al3fe共晶具有已知的异常结构。其凝固形态同样记载于文献中。根据daimlerspecificationdbl4918,除了基础元素铝、铁和镁之外、不含其他元素时,本发明的合金可以实现70mpa的屈服强度、20%的断裂伸长率和90°的弯曲角度。该组合物的特征同样在于高导电性和导热性。从almgfe相图可以得出,在镁含量为0-9重量%且铁含量为0-3重量%时,产生al3fe相。此外,已知形成mg5al8相,其通常被指认为al3mg2。该相由较高的mg含量产生。从327℃开始,镁在铝中的溶解度为足以溶解超过7重量%的镁。因此,对于本发明的合金,不能期望生产含镁的相。已知对于高达7%mg含量的二元almg合金,没有实现明显的沉积硬化,这同样可以在本研究中得到证实。almg共晶在约35%mg的比例下存在,并且在本发明的合金中不起作用。不能期望三元相almgfe。选择铁的比例使得存在足够的共晶al-al3fe并形成精细的金属间相。添加镁以设定所需的强度。在文献中指出了铁的减缩效果。此外,以0.4重量%的含si合金生产无硅al3fe共晶。可以在al相中发现硅,并且不形成alfesi相。这些相关性可以在本研究中得到证实。因此,应注意保持硅含量足够低,即约0.2重量%,因为否则会形成alfesi相并且可以预期材料的脆化。此外,错误的硅含量(例如太高的硅含量)导致在加热炉中形成沉渣,因此导致合金制造中的问题。由于杂质,即使mg2si作为稳定相与硅结合,基本上可以在有限的程度上出现这种相。本发明的合金基本上可以广泛地使用,但旨在用于汽车工程中的结构部件。因此,即使在铸造状态下也可以实现对与碰撞相关的结构部件的需求。它与迄今使用的合金在一系列的点上有显著不同。本发明的合金较高的时间稳定性和热稳定性是有利的。可以使用400℃下长达1小时(1小时)的热处理,而对在状态f下实现的材料特征值不产生显著影响。只有在500℃的温度下才能检测到第一个偏差。已知的alsi10mnmg或almg5si2mn类型的合金通常在400℃下热压1小时后显著改变其特征值。此外,本发明的合金的特征在于在铸造状态下良好的铆接能力,这同样是迄今为止市场上的任何合金都不能实现的。可以确定具有低镁含量、小于0.5重量%镁的合金组合物具有大于25m/(ωmm2)[米/欧姆平方毫米]的高导电率。使用热处理可以进一步提高这些值。其他元素是可能的。锰在一定程度上有助于提高强度,并且可以将脆性alfesiβ相转化为不太不利的almn-fesiα相。铍降低了熔体氧化的倾向。在铸造厚壁部件期间,主要使用钛-硼晶粒细化剂。在本发明的合金的一个实施方案中,加入铜和/或锌,这显著影响合金的强度。发生硬化,材料由于添加铜和/或锌而对热处理起反应。时间强度和耐热性受到影响。只有在要求屈服强度为150mpa或更高时,才应选择铜和/或锌元素。在高的锌比例下,在t6热处理之后可以实现超过400mpa的屈服强度。盐雾测试(iso9227)和晶间腐蚀测试(astmg110-92)用于研究腐蚀倾向。选择本发明的合金的组成,使得在无铜和无锌变体的情况下可以实现良好的耐腐蚀性。铜和锌可能会降低耐腐蚀性。对比例下文比较本发明的合金的示例性实施方案(合金变体a、b、c和d)的组成。细节以重量%计。使用这四种合金在3mm压铸板上测量机械特征值(rm、rp0.2、a5和弯曲角度)。在每种情况下,示出了8次拉伸测试的平均值。mgfesimncuzn变体a0.012.010.030.010.0030.01变体b0.482.100.040.010.0030.01变体c3.941.630.040.010.0030.01变体d6.011.560.040.330.0030.01tibsrpbe变体a0.0060.0000.0000.00050.000变体b0.0060.0000.0000.00060.000变体c0.0020.0000.0000.00080.004变体d0.0060.0040.0300.00060.003得到的结果状态f(铸造状态)rm[n/mm2]rp0.2[n/mm2]a5[%]弯曲角度[°]变体a1477320.291变体b1698215.368变体c24812014.960变体d2851509.345弯曲角度根据daimlerspecificationdbl4918测定,并且为材料的铆接能力的量度。合金变体b在铸造状态下实现了26.1m/(ωmm2)的导电率。在500℃下热处理1小时后,可以测得29.2m/(ωmm2)。当前第1页12
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