專利名稱：鋁合金制品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金部件及其制造方法，所述的鋁合金部件具有可壓鑄性和可鍛性，并且具有優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率等機(jī)械性能，而且具有高的耐蝕性。
背景技術(shù)：
按照慣例，廣泛采用鑄造-鍛造法獲得鋁合金部件，在這種方法中，將鋁合金基的熔融金屬或原料鑄入模具以獲得近似于成品形狀的鑄件，然后所述鑄件再通過(guò)使用鍛壓機(jī)熱鍛以獲得鋁合金部件。在下文闡述中，近似于成品形狀的鑄件被稱之為近似形狀鑄件。例如，這一類型的鑄模-鍛造法適用于制造車輛懸架部件。不同類型的材料作為具有可以應(yīng)用上述鑄模-鍛造法的成份的鋁合金，已經(jīng)經(jīng)過(guò)評(píng)估，例如高度可鍛性的JIS-A6061合金(鋁膨脹材料)、高度可鑄性的JIS-AC4CH和AC4C(鋁鑄造材料)以及介于鋁膨脹材料和鋁鑄造材料之間的中間成份，這樣的例子舉不勝舉。使用這些鋁合金的鑄造-鍛造法公開(kāi)于JP2002-302728A(對(duì)應(yīng)于US2003/0010412A1)、日本專利第2551882號(hào)和JP06(1994)-073482A。
以上參考文獻(xiàn)中所公開(kāi)的是重量輕并且具有較高機(jī)械性能的鋁合金，它作為鋁合金部件用來(lái)做車身底板(例如底盤管線)，比如車輛上臂或下臂。要求車身底板的成份具有較高的機(jī)械性能并且還要求具有高的耐蝕性。然而，上述參考文獻(xiàn)中公開(kāi)的鋁合金部件重點(diǎn)在于改進(jìn)其機(jī)械性能，而沒(méi)有著重改善其耐蝕性。
尤其是，按照J(rèn)P2002-302728A，第0028段公開(kāi)了通過(guò)鋁合金部件含有銅并且通過(guò)得到以Al-Cu基的析出物，來(lái)增強(qiáng)鋁合金部件的強(qiáng)度。同時(shí)，在其中公有的公開(kāi)內(nèi)容中指明，為了改善鋁合金部件的耐蝕性，重要的是鋁合金部件中只能存在相當(dāng)?shù)秃康你~。
按照日本專利第2551882號(hào)，第0014段公開(kāi)了，為了改善鋁合金部件的強(qiáng)度，優(yōu)選在鋁合金部件中摻入0.2-0.5重量％的銅。同時(shí)，日本專利第2551882號(hào)基本沒(méi)有涉及到鋁合金部件耐蝕性的改善，甚至沒(méi)有給出與耐蝕性相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此外，按照J(rèn)P2002-302728A號(hào)和日本專利第2551882號(hào)，硅的含量設(shè)置得相當(dāng)?shù)牡?，以至鋁合金部件可能不具有足夠的可壓鑄性而不能被鑄造。
按照J(rèn)P06(1994)-073482A，公開(kāi)了一種鋁合金部件，其組成是0.3重量％或更低的銅、2.5-4.0重量％的硅和0.4-0.5重量％的鎂。采用50％或更高的壓縮率鍛造按以上具有上面所述組成的鋁合金部件。按照上述鍛造鋁合金部件的方法，只要用于熱鍛鋁合金部件的壓縮率為50％或更高，即使鋁合金部件中含有的銅含量被限制在0.3重量％或更低，也可以得到具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度的鋁合金部件。在這種情形下，0.3重量％或更低的銅含量有效地阻止了鋁合金部件耐蝕性的降低。然而，如同JP06(1994)-073482A中圖3和第0012段所說(shuō)明的那樣，銅的最佳含量為0.2重量％。也就是說(shuō)，這些公開(kāi)內(nèi)容說(shuō)明為了改善鋁合金部件的機(jī)械性能，優(yōu)選鋁合金部件在其中含有銅。此外，JP06(1994)-073482A對(duì)鋁合金部件中含有銅可能降低耐蝕性的這一情況只做了定性說(shuō)明，并沒(méi)有對(duì)改善其耐蝕性做充分的研究。顯然，JP06(1994)-073482A也沒(méi)有給出任何與鋁合金部件的耐蝕性相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
另外，鋁合金部件不僅要求具有較高的機(jī)械強(qiáng)度使之能夠用來(lái)做車輛懸架部件(例如車輛懸架臂)，還要求其具有優(yōu)異的延伸率等機(jī)械性能。
從而，需要提供一種鋁合金部件以及其制造方法，所述的鋁合金部件具有可壓鑄性和可鍛性，并且具有優(yōu)異的機(jī)械性能，比如鍛造后的強(qiáng)度和延伸率，而且具有強(qiáng)耐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，鋁合金制品包含作為添加元素的3.0-4.2重量％的硅、0.4-0.6重量％的鎂、0.2重量％或更低的鐵以及總含量為0.5重量％或更低的鋅、錳、鎳、錫和鉻。所述添加元素基本上不包括銅。所述鋁合金制品是通過(guò)鍛造其形狀近似于成品形狀的鑄件而形成的。
優(yōu)選所述鋁合金制品含有0.02重量％或更低的作為不可避免的雜質(zhì)的銅。
進(jìn)一步優(yōu)選所述鋁合金制品含有0.01重量％或更低的作為不可避免的雜質(zhì)的銅。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，制造鋁合金制品的方法包含以下步驟鑄造鋁合金材料以獲得其形狀近似于成品形的鋁合金鑄件；并且采用30-50％范圍內(nèi)的壓縮率熱鍛所述鑄件。所述鋁合金材料包含3.0-4.2重量％的硅、0.4-0.6重量％的鎂、0.2重量％或更低的鐵以及總含量為0.5重量％或更低的鋅、錳、鎳、錫和鉻，所述添加元素基本上不包括銅。
優(yōu)選所述制造鋁合金制品的方法進(jìn)一步包含以下步驟在固溶熱處理后冷卻所述鋁合金制品；和在155℃-165℃的溫度、時(shí)效時(shí)間6-8小時(shí)的條件下對(duì)所述鋁合金制品進(jìn)行時(shí)效處理。
進(jìn)一步優(yōu)選所述鋁合金制品含有0.02重量％或更低的作為不可避免的雜質(zhì)的銅。
再進(jìn)一步優(yōu)選所述鋁合金制品含有0.01重量％或更低的作為不可避免的雜質(zhì)的銅。


從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明上述及另外的特征和特點(diǎn)將變得更加顯而易見(jiàn)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，給出用于鑄造鋁合金的模具的視圖。
圖2是圖1所示的模具鑄造出的近似形狀鑄件的示意圖。
圖3是在鍛模中鍛造的近似形狀鑄件的橫截面圖。
圖4是用來(lái)說(shuō)明檢驗(yàn)?zāi)臀g性的樣品的形狀的示意圖。
圖5是用來(lái)說(shuō)明檢驗(yàn)?zāi)臀g性的樣品及該樣品裝配結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖6是用來(lái)說(shuō)明檢驗(yàn)抗拉強(qiáng)度的樣品的形狀的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案。
下面將闡述一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案用來(lái)限定鋁合金部件的成份的基本原則。
硅(原子符號(hào)Si)是一種可以改善流動(dòng)性和收縮傾向、減少鑄造裂紋的產(chǎn)生并且改善可鑄性的元素。鋁合金中過(guò)多含量的硅會(huì)損害塑性應(yīng)變并且降低伸長(zhǎng)性和機(jī)械強(qiáng)度。因此，限定硅的含量大約為3.0-4.2重量％。當(dāng)硅的含量低于3重量％時(shí)，不能充分達(dá)到上面所述的由鋁合金部件上含有優(yōu)選量的硅的效果。另一方面，當(dāng)硅的含量超過(guò)4.2重量％時(shí)，將會(huì)破壞鋁合金部件的機(jī)械強(qiáng)度。如上所述，優(yōu)選鋁合金部件含有大約3.0-4.2重量％的硅，更優(yōu)選含有大約3.0-4.0重量％的硅。
鎂(原子符號(hào)Mg)是一種當(dāng)鎂與硅共存時(shí)能夠在鋁合金部件中沉積化合物Mg2Si的元素。通過(guò)鋁合金部件中化合物Mg2Si的析出硬化，鎂有助于改善抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度等機(jī)械性能。然而，當(dāng)鋁合金部件中鎂的含量過(guò)高時(shí)，可能會(huì)降低鋁合金部件的延伸率和沖擊值。因此，限定鎂的含量大約為0.4-0.6重量％。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，通過(guò)使鋁合金部件中基本上不含有銅(原子符號(hào)Cu)，可以在極大地改善鋁合金部件的耐蝕性。按照慣例，強(qiáng)調(diào)了這樣一種觀點(diǎn)，其中為了改善例如用于車輛懸架部件(比如車輛的懸架臂)的鋁合金部件的機(jī)械強(qiáng)度，銅是必不可少的。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的鋁合金部件的制造方法卻能夠制備其中基本上不含有銅的鋁合金部件。制造出的鋁合金部件具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和耐蝕性。因此，如果情況允許，優(yōu)選鋁合金部件其中不含有銅。備選地，鋁合金部件可以在其中含有作為不可避免的雜質(zhì)的銅。當(dāng)鋁合金部件中含有作為不可避免的雜質(zhì)的銅時(shí)，可以限定銅的含量大約為0.02重量％或更低。而且，當(dāng)更加嚴(yán)格地限制鋁合金部件中不可避免的雜質(zhì)的銅含量時(shí)，可以限定銅的含量大約為0.01重量％或更低。
鐵(原子符號(hào)Fe)會(huì)造成鋁合金部件的多孔性并且影響其可壓鑄性。鐵還會(huì)破壞鋁合金部件的塑性形變并且影響其可鍛性。為此，優(yōu)選將作為不可避免的雜質(zhì)的鐵含量限定為盡可能地少。當(dāng)鐵的含量超過(guò)大約0.2重量％時(shí)，易于在近似形狀鑄件上形成更多的孔隙。從而，當(dāng)鍛造近似形狀鑄件時(shí)，很容易產(chǎn)生鍛造裂紋。因此限定鐵的含量大約為0.2重量％或更低。
過(guò)量的鋅(原子符號(hào)Zn)可能會(huì)降低鋁合金部件的耐蝕性。所以，為了使鋁合金部件具有強(qiáng)耐蝕性，優(yōu)選將鋁合金部件中鋅的含量限定在能讓鋁合金部件具有最佳性能的范圍內(nèi)，其目的在具有更高的耐蝕性。過(guò)量的錳(原子符號(hào)Mn)可能導(dǎo)致熔渣的產(chǎn)生。過(guò)量的鎳(原子符號(hào)Ni)或錫(原子符號(hào)Sn)可能會(huì)降低鋁合金部件的耐蝕性。過(guò)量的鉻(原子符號(hào)Cr)可能促進(jìn)熔渣的產(chǎn)生。如上文所述，優(yōu)選限定上述每種元素在鋁合金部件中的含量。通過(guò)把所有這些元素的總含量限定在大約0.5重量％或更低，可以防止上文所述的缺陷。此外，JP2002-361399A公開(kāi)了一個(gè)用來(lái)限定硅、鎂、鐵各自的含量以及鋅、錳、鎳、錫、鉻總含量的基本原則。
下面將介紹根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案所制造的鋁合金部件。
在鑄造過(guò)程中，用來(lái)鑄造鋁合金部件的模具1是安裝在繞模具1樞軸旋轉(zhuǎn)的鑄造設(shè)備上的一個(gè)金屬模具。模具1能夠被有效地用來(lái)生產(chǎn)要求高強(qiáng)度和高耐蝕性的車輛懸架部件(比如車輛懸架臂)。如圖1中示意性所示，模具1包含形狀近似于成品的第一空腔11和與第一空腔11連通的第二空腔12。在將鋁合金基的熔融金屬(材料)鑄入模具1之前，模具1是水平定向的臥式模具。鋁合金基熔融金屬注入模具1的第一空腔11內(nèi)。
鋁合金基熔融金屬的組成是大約3.0-4.2重量％的硅，大約0.4-0.6重量％的鎂，大約0.2重量％或更低的鐵，總量大約0.5重量％或更低的鋅、錳、鎳、錫、鉻，以及與之平衡的鋁和不可避免的雜質(zhì)。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，鋁合金基熔融金屬基本上不含有作為添加元素的銅。尤其是當(dāng)鋁合金基熔融金屬基本上不含有作為添加元素的銅時(shí)，可以限定不可避免的銅的含量大約為0.02重量％或更低，更優(yōu)選大約為0.01重量％或更低。
用來(lái)鑄造的鋁合金基熔融金屬一般大約是720-750℃。模具1的模具溫度一般大約是250-350℃。鋁合金基熔融金屬首先通過(guò)位于第二空腔12一端的門12x。當(dāng)熔融金屬充滿第一空腔11和第二空腔12時(shí)，水平定向的模具1繞樞軸旋轉(zhuǎn)而變成立式，也就是使第一空腔11向上。在這種情形下，第一空腔11內(nèi)的熔融金屬能夠在一個(gè)較早的階段凝固，而第二空腔12內(nèi)的熔融金屬的凝固被延遲。因此，即使當(dāng)作為鑄模的近似形狀鑄件2的形狀非常復(fù)雜時(shí)，上文所提到的熔融金屬的定向凝固也能夠阻止作為鑄模的近似形狀鑄件2產(chǎn)生收縮或孔隙。
一旦全部熔融金屬凝固，模具1繞樞軸旋轉(zhuǎn)回到水平定向。如圖2所示，打開(kāi)模具1，以便加工近似形狀鑄件2。如圖2示意性所示，近似形狀鑄件2包含主體2a、具有螺栓插入孔的凸臺(tái)2s和一對(duì)各自具有螺栓插入孔的凸臺(tái)2b和凸臺(tái)2c。用來(lái)凝固熔融金屬的時(shí)間取決于鑄件的大小和形狀，但是一般為30-120秒，尤其為40-80秒。然而，用來(lái)凝固熔融金屬的時(shí)間并不僅限于上述范圍。
下面將介紹鍛造近似形狀鑄件2的方法。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的鍛造過(guò)程中，近似形狀鑄件2冷卻到室溫后被置入熔爐中，加熱到預(yù)定溫度如作為非限制性實(shí)例的430℃。如圖3所示，把近似形狀鑄件2放置在鍛模4內(nèi)。通過(guò)在具有一對(duì)鍛模的鍛模4內(nèi)加工近似形狀鑄件2，并在其厚度方向上使用鍛壓機(jī)熱鍛，由此可以獲得鑄造-鍛造制品5(即，鋁合金制品)。鍛模4包含由金屬制成的具有分離面40的上鍛模43和由金屬制成的下鍛模41。鍛模4還包含通過(guò)分離面40和另一個(gè)分離面42配對(duì)所形成的鍛造空腔46，以及環(huán)繞鍛造空腔46外側(cè)的溢料形成空間47。近似形狀鑄件2一般在大約390-430℃的鍛造溫度下鍛造。尤其是使用鍛壓機(jī)，通過(guò)一對(duì)鍛模43和鍛模41的模面46f，在大約390-430℃的鍛造溫度下，在其厚度方向上鍛造近似形狀鑄件2。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，近似形狀鑄件2的鍛造方法是半密閉的鍛造方法，通過(guò)該方法鍛造近似形狀鑄件2，而其內(nèi)部的垂直部分周圍積極地生成溢料。溢料流入溢料形成空間47，從而獲得在其外圍部分上具有溢料部分20的鑄造-鍛造制品5。
經(jīng)過(guò)鍛造，加強(qiáng)了主體2a、凸臺(tái)部分2s、2b和2c的強(qiáng)度。溢料部分20在鑄造-鍛造制品5的厚度方向上的中心區(qū)域形成。鑄造-鍛造制品5包含通過(guò)模面46f模壓而形成的鍛面5f。設(shè)鍛造近似形狀鑄件2的第二空腔12附近部分的壓縮率為αn，而鍛造遠(yuǎn)離其第二空腔12的部分的壓縮率為αd(αn＞αd)。壓縮率指的是近似形狀鑄件在鍛造過(guò)程中其厚度減小的比率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，近似形狀鑄件2定向凝固。因此，可以防止第一空腔11內(nèi)的近似形狀鑄件2中產(chǎn)生收縮和孔隙。然而，收縮和孔隙卻可以在第一空腔11與第二空腔12附近的近似形狀鑄件2的部分中產(chǎn)生。為此，通過(guò)設(shè)定上文所述的第一空腔11的壓縮率和第二空腔12的壓縮率之間的關(guān)系，可以在鍛造過(guò)程中很容易地消除收縮孔和孔隙。所以，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的鍛造方法有助于改善鋁合金部件的機(jī)械強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，壓縮率可以設(shè)計(jì)為大約30-50％的范圍內(nèi)。優(yōu)選斷面(area)減少率設(shè)計(jì)為大約30％或更低，更優(yōu)選大約15％或更低。如上所述，在其中基本上不含有銅的鋁合金部件，通過(guò)將壓縮率從0％提高到50％，可以增強(qiáng)其抗拉強(qiáng)度和延伸率。然而，一旦壓縮率超過(guò)50％，抗拉強(qiáng)度和延伸率反而會(huì)降低。另一方面，當(dāng)壓縮率低于30％時(shí)，不能獲得足夠的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率。以用來(lái)做車輛懸架臂的鋁合金部件為例子，優(yōu)選將其延伸率設(shè)計(jì)為大約11％或更高。為了設(shè)計(jì)鋁合金部件的延伸率為11％或更高，優(yōu)選壓縮率大約為30％或更高。當(dāng)斷面減少率設(shè)計(jì)為大約30％或更低時(shí)，具有與縮減的面積相應(yīng)的區(qū)域的這一部分成為溢料部分20。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，由于金屬在鑄造-鍛造制品5的厚度方向上的中心區(qū)域流動(dòng)，因而鑄造-鍛造制品5表現(xiàn)出相對(duì)較高的方向性。另一方面，在模面46f附近的鍛面5f處，鑄造-鍛造制品5沒(méi)有表現(xiàn)出相對(duì)較高的方向性。因此，在鑄造過(guò)程期間，在鍛造空腔46的模面46f的周圍可能殘留激冷結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，為了檢驗(yàn)和證實(shí)鋁合金部件具有卓越的機(jī)械性能和優(yōu)異的耐蝕性，或者為了檢驗(yàn)和證實(shí)這種制造方法能夠生產(chǎn)出具有卓越的機(jī)械性能和優(yōu)異的耐蝕性的鋁合金部件，進(jìn)行了下面的實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)1表1列出了5類準(zhǔn)備好作為鋁合金基熔融金屬的原料(第1類-第5類)，每類原料含有指定的成份和與之平衡的鋁。表2列出了通過(guò)使用圖1所示的模具1，每類用來(lái)鑄造近似形狀鑄件的鋁合金基熔融金屬。在鑄造過(guò)程中，每類含有與鋁共存的指定成份的原料在大約720℃的熔融金屬溫度下、大約250-350℃的模具溫度下熔化，以獲得圖2所示的近似形狀鑄件。在表面溫度大約為430℃的條件下加熱近似形狀鑄件之后，采用大約10％的斷面減少率和大約30％的壓縮率，通過(guò)使用鍛壓機(jī)實(shí)行閉模熱鍛，以獲得鋁鑄造-鍛造制品。然后再對(duì)獲得的鋁鑄造-鍛造制品進(jìn)行熱處理。更具體而言，在大約540℃的溫度下持續(xù)6小時(shí)的固溶熱處理之后，在大約155-165℃的溫度下進(jìn)行時(shí)效處理，更優(yōu)選在大約160℃的溫度下進(jìn)行6-8小時(shí)的時(shí)效處理，更優(yōu)選進(jìn)行8小時(shí)的時(shí)效處理。
接下來(lái)，對(duì)上述獲得的每種鋁鑄造-鍛造制品進(jìn)行耐蝕性試驗(yàn)。如圖4所示，切割鋁鑄造-鍛造制品以得到形狀近似英文字母“C”的檢驗(yàn)?zāi)臀g性的樣品10。圖4指出了樣品10的尺寸。按照?qǐng)D5所示的方式裝配樣品10，以便對(duì)其施加負(fù)荷。更具體而言，在形狀近似英文字母“C”的樣品10的每個(gè)端部分上形成環(huán)形的穿透孔10a。如圖5所示，把螺栓6插入穿透孔10a并通過(guò)螺母7固定。
表1

對(duì)裝配成圖5所示的檢驗(yàn)?zāi)臀g性的樣品10進(jìn)行鹽水噴霧試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)螺栓6施加大約150-200Mpa的應(yīng)力。通過(guò)顯微鏡觀測(cè)，在檢驗(yàn)?zāi)臀g性的樣品10的截面上是否產(chǎn)生晶間腐蝕，以評(píng)價(jià)樣品10的耐蝕性。通過(guò)安裝在樣品10上的形變壓力計(jì)8測(cè)量應(yīng)力。
表2

如表2所列，在其中基本上不含有銅或在其中僅含有大約0.01重量％或更少的不可避免的銅雜質(zhì)的樣品10(第1類)沒(méi)有產(chǎn)生任何晶間腐蝕，因而可以具有優(yōu)異的耐蝕性。另一方面，對(duì)于在其中含有大約0.33重量％或0.26重量％的銅的樣品10，則有大約占全部樣品(樣品總數(shù)108件)10％的樣品受到腐蝕。腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明基本上不含有銅或僅含有大約0.01重量％的不可避免的銅雜質(zhì)的鋁合金部件具有高的耐蝕性，而含有大約0.33重量％或0.26重量％的銅的鋁合金部件則很難獲得足夠的耐蝕性。在JP2002-361399A中給出了硅、鎂、鐵各自的含量以及鋅、錳、鎳、錫和鉻的總含量。JP2002-361399A公開(kāi)了每種元素的優(yōu)選含量，該含量有助于改善壓鑄性和機(jī)械強(qiáng)度。
實(shí)驗(yàn)2制備許多含有第1類樣品成份的鋁合金部件，其中基本上不含有作為添加元素的銅。如表3所列，在鍛造過(guò)程中，加工這些鋁合金部件時(shí)采用各自獨(dú)立設(shè)計(jì)的壓縮率。除鍛造過(guò)程外，就用于每種鋁合金部件的方法都與實(shí)驗(yàn)1相同。切割鋁鑄造-鍛造制品以得到如圖6所示的檢驗(yàn)抗拉強(qiáng)度的樣品15。
表3

如表3所列，當(dāng)采用大約30％或更高的壓縮率鍛造樣品15時(shí)，可以得到相對(duì)高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，而其延伸率能夠達(dá)到11％或更高。因此，可以優(yōu)選將這一類型的鋁合金部件用于車身底板(例如底盤管線)。然而，一旦采用50％或更高的壓縮率鍛造樣品15，鋁合金部件的伸長(zhǎng)屬性飽和，從而降低其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。所以，在鍛造過(guò)程中，對(duì)于基本上不含有銅的鋁合金部件，優(yōu)選將壓縮率設(shè)計(jì)為大約30-50％之間。
實(shí)驗(yàn)3制備許多含有第1類樣品成份的鋁合金部件。如表4所列，對(duì)每個(gè)鋁合金部件進(jìn)行時(shí)效處理的時(shí)效時(shí)間是各自獨(dú)立設(shè)計(jì)的。在鍛造過(guò)程中，對(duì)于每個(gè)鋁合金部件，采用大約10％的斷面減少率和大約40％的壓縮率。在時(shí)效處理期間，每個(gè)鋁合金部件都暴露在大約160℃的環(huán)境空氣溫度下，這個(gè)環(huán)境空氣溫度與實(shí)驗(yàn)1的環(huán)境空氣溫度相同。除時(shí)效時(shí)間外，用來(lái)得到鑄造-鍛造制品的其他條件都與實(shí)驗(yàn)1相同。采用與實(shí)驗(yàn)2相同的方法測(cè)試上述獲得的鋁合金部件的抗拉強(qiáng)度。表4列出了試驗(yàn)結(jié)果。
表4

如表4所列，進(jìn)行時(shí)效時(shí)間6-8小時(shí)的時(shí)效處理之后的鋁合金部件表現(xiàn)出優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，毫不遜色于含有銅以期望改善其機(jī)械強(qiáng)度的鋁合金部件。此外，進(jìn)行時(shí)效時(shí)間6-8小時(shí)的時(shí)效處理之后的鋁合金部件的延伸率可以達(dá)到11％或更高。另一方面，當(dāng)時(shí)效時(shí)間少于6小時(shí)時(shí)，不能獲得足夠的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。當(dāng)時(shí)效時(shí)間超過(guò)8小時(shí)時(shí)，不能獲得11％或更高的延伸率。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，通過(guò)熱鍛形狀與成品形狀近似的鋁合金鑄件，可以得到基本上不含有銅的鋁合金制品，因而該鋁合金制品具有優(yōu)異的機(jī)械性能，比如機(jī)械強(qiáng)度和延伸率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的鋁合金制品特征在于含有限量的硅和限量的鎂且不含有作為添加元素的銅。因此，與傳統(tǒng)的含有銅以改善其機(jī)械強(qiáng)度的鋁合金制品相比，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的鋁合金制品能夠改進(jìn)耐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度，而同時(shí)又在適當(dāng)程度上保持了可壓鑄性和可鍛性。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，鋁合金制品，即鑄造-鍛造制品5，具有優(yōu)異的機(jī)械性能和高的耐蝕性。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，即使鋁合金制品不主動(dòng)地含有銅，這種生產(chǎn)鋁合金制品的方法仍然可以有效地制造出具有足夠好的機(jī)械強(qiáng)度的鋁合金制品。更具體而言，即使銅沒(méi)有主動(dòng)地?fù)饺脘X合金制品，通過(guò)采用30-50％范圍內(nèi)的壓縮率，可以制造出具有充分改進(jìn)的機(jī)械性能如機(jī)械強(qiáng)度的鋁合金制品。
按照一般概念，提高壓縮率就可以增強(qiáng)機(jī)械性能，比如抗拉強(qiáng)度和延伸率。然而，在研究了一些本發(fā)明實(shí)施方案中有關(guān)鋁合金制品不含有作為添加元素的銅的實(shí)驗(yàn)之后，可以證實(shí)當(dāng)壓縮率超過(guò)50％時(shí)，將不再改善機(jī)械性能，比如抗拉強(qiáng)度和延伸率。更糟糕的是，可以證實(shí)當(dāng)壓縮率超過(guò)50％時(shí)，上述機(jī)械性能還會(huì)惡化。也就是說(shuō)，鍛造有助于降低鋁合金制品結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生收縮和針孔，從而改善與較高的結(jié)構(gòu)精度一致的機(jī)械性能。然而，一旦壓縮率超過(guò)50％，鋁合金制品成份的方向性過(guò)強(qiáng)，從而不合乎要求地降低了機(jī)械性能，比如抗拉強(qiáng)度。當(dāng)對(duì)近似形狀鑄件采用50％的壓縮率時(shí)，這意味著鍛造前近似形狀鑄件的厚度經(jīng)過(guò)鍛造，將會(huì)減小50％。
另一方面，當(dāng)壓縮率低于30％時(shí)，鋁合金制品將不能保持足夠程度的延伸率。例如，當(dāng)鋁合金制品用來(lái)例如做車輛懸架部件時(shí)，優(yōu)選其延伸率為11％或更高。當(dāng)設(shè)計(jì)的壓縮率為30％或更高時(shí)，鋁合金制品的延伸率可以保持在11％或更高的這個(gè)優(yōu)選的范圍內(nèi)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的制造鋁合金制品的方法能夠有效地制造出具有優(yōu)異的機(jī)械性能和強(qiáng)耐蝕性的鋁合金制品。
而且，為了改善鋁合金制品的機(jī)械性能，優(yōu)選固溶熱處理后的鋁合金制品進(jìn)行冷卻，并進(jìn)行時(shí)效處理。時(shí)效處理的條件是溫度在155-165℃的范圍內(nèi)，時(shí)效時(shí)間是6-8小時(shí)。當(dāng)溫度低于155℃時(shí)，將會(huì)降低鋁合金制品的機(jī)械性能。當(dāng)溫度超過(guò)165℃時(shí)，析出不夠充分以至于不能獲得足夠的延伸率。當(dāng)時(shí)效時(shí)間少于6小時(shí)時(shí)，析出不夠充分以至于不能得到足夠的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)時(shí)效時(shí)間超過(guò)8小時(shí)時(shí)，鋁合金制品強(qiáng)度的改善飽和，從而迅速降低延伸率。
在前面的說(shuō)明中，已經(jīng)詳細(xì)地闡述了本發(fā)明的原理、優(yōu)選的實(shí)施方案以及方式。然而，希望受到保護(hù)的本發(fā)明不應(yīng)僅限于上述公開(kāi)的具體實(shí)施方案。此外，這里所描述的實(shí)施方案應(yīng)該被視為說(shuō)明性的，而不是約束性的。有可能在本發(fā)明的原理范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出一些改動(dòng)或者變更。因此，特別要求基于本發(fā)明原理和范圍內(nèi)所做出的對(duì)本發(fā)明的改動(dòng)或變更都應(yīng)如同權(quán)利要求書所規(guī)定的那樣屬于本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金制品，其通過(guò)鍛造其形狀近似于成品形狀的鑄件而形成的，其特征在于所述鋁合金制品包含作為添加元素的3.0-4.2重量％的硅、0.4-0.6重量％的鎂、0.2重量％或更低的鐵以及總含量為0.5重量％或更低的鋅、錳、鎳、錫和鉻，其中所述添加元素基本上不包括銅。
2.一種鋁合金制品，其通過(guò)鍛造其形狀近似于成品形狀的鑄件而形成的，其特征在于所述鋁合金制品包含3.0-4.2重量％的硅、0.4-0.6重量％的鎂、0.2重量％或更低的鐵以及總含量為0.5重量％或更低的鋅、錳、鎳、錫和鉻，其中所述鋁合金制品的平衡成份是鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁合金制品，其中所述鋁合金制品含有0.02重量％或更低的作為不可避免的雜質(zhì)的銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁合金制品，其中所述鋁合金制品含有0.01重量％或更低的作為不可避免的雜質(zhì)的銅。
5.根據(jù)所述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鋁合金制品，其中通過(guò)采用30-50％范圍內(nèi)的壓縮率，熱鍛近其形狀近似于成品形狀的鑄件，制造出所述鋁合金制品。
6.根據(jù)所述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鋁合金制品，其中所述鋁合金制品在固溶熱處理后進(jìn)行冷卻，然后在155-165℃的溫度、時(shí)效時(shí)間6-8小時(shí)的條件下對(duì)其進(jìn)行時(shí)效處理。
7.根據(jù)所述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鋁合金制品，其特征在于所述鋁合金制品是用來(lái)做車輛懸架部件。
8.一種制造鋁合金制品的方法，其中該方法包含以下步驟鑄造鋁合金材料以獲得其形狀近似于成品形狀的鋁合金鑄件；和然后采用30-50％范圍內(nèi)的壓縮率熱鍛所述鑄件，其中所述鋁合金材料包含作為添加元素的3.0-4.2重量％的硅、0.4-0.6重量％的鎂、0.2重量％或更低的鐵以及總含量為0.5重量％或更低的鋅、錳、鎳、錫和鉻，所述添加元素基本上不包括銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造鋁合金制品的方法，該方法還包含在固溶熱處理后冷卻所述鋁合金制品，和然后在155℃-165℃的溫度下，時(shí)效時(shí)間6-8小時(shí)的條件下對(duì)所述鋁合金制品進(jìn)行時(shí)效處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制造鋁合金制品的方法，其中所述鋁合金制品含有0.02重量％或更低的作為不可避免的雜質(zhì)的銅。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制造鋁合金制品的方法，其中所述鋁合金制品含有0.01重量％或更低的作為不可避免的雜質(zhì)的銅。
12.根據(jù)權(quán)利要求8、9、10和11之一所述的制造鋁合金制品的方法，其中所述鋁合金制品用來(lái)做車輛懸架部件。
全文摘要
一種鋁合金制品，它包含作為添加元素的3.0－4.2重量％的硅、0.4－0.6重量％的鎂、0.2重量％或更低的鐵以及總含量為0.5重量％或更低的鋅、錳、鎳、錫和鉻。所述添加元素基本上不包括銅。所述鋁合金制品是通過(guò)其形狀鍛造近似于成品形狀的鑄件而形成的。
文檔編號(hào)B22D21/04GK1611622SQ20041008822
公開(kāi)日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2004年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月28日
發(fā)明者高木克己 申請(qǐng)人:愛(ài)信精機(jī)株式會(huì)社