专利名称：：耐热铝合金的制作方法
技术领域：
：本发明涉及用于制造能够承受热和机械载荷的铸造构件的具有良好热稳定性的冷作石更化铝铸造合金。
背景技术：
：旨在改善柴油燃烧并得到更高的比功率而对柴油发动机所作的进一步的改进尤其会导致提高的爆炸压力，并因此导致机械载荷以脉冲方式作用在汽缸曲轴箱上，这对材料提出了非常严苛的要求。除了要有较高的耐久性以外，为了能用于制造汽缸曲轴箱，材料还必须要有高温循环强度。目前通常使用AlSi合金用作热载荷构件，通过将所述合金与Cu(铜)形成合金来增加热稳定性，然而，其会增加热开裂倾向并对可铸造性具有不利作用。其中特别需要热稳定性的应用主要在汽车生产的汽缸盖的领域中遇到，参见例如F.J.Feikus"OptimierungvonAluminium-Silicium-GusslegierungenftirZylinderk6pfe，，[Optimizationofaluminium-siliconcastingalloysforcylinderheads],Giesserei國Praxis,1999，第2巻，50-57页。US-A-3868250公开了一种用于制造汽缸头的耐热AlMgSi合金。除了通常的添加剂以外，该合金还包含0.6-4.5wto/o的Si、其中1~4.5wt"/。为游离Mg的2.5~11wt。/。的Mg和0.6~1.8wt。/o的Mn。WO-A-9615281公开了一种铝合金，该铝合金具有3.06.0wt。/o的Mg、1.43.5wt。/。的Si、0.5~2.0wt。/o的Mn、最大为0.15wt。/o的Fe、最大为0.2wt。/。的Ti和作为余量的铝，另外的杂质各自最大为0.02wt%、总计最大为0.2wt%。该合金适合用于对机械性能具有严苛要求的构件。该^T优选通过压;^铸造、触变铸造(thixocasting)或触变^it(thixoforging)进行加工。WO-A-0043560公开了用于通过压模铸造、挤压铸造、触变成型(thixoforming)或触变锻造方法用于制造安全构件的类似的铝合金。该合金包含2.57.0wtYo的Mg、1.03.0wt。/o的Si、0.3~0.49wt"/o的Mn、0.1~0.3wt。/o的Cr、最大0.15wt。/o的Ti、最大0.15wt。/o的Fe、最大0.00005wt。/o的Ca、最大0.00005wt。/o的Na、最大0.0002wt。/o的P，各自最大0.02wt。/。的其它杂质和作为余量的铝。由EP-A-1234893获知的AlMgSi型铸il合金包含3.07.0wt。/。的Mg、1.7~3.0wtYo的Si、0.2~0.48wt。/o的Mn、0.15~0.35wt。/o的Fe、最大0.2wt%的Ti、还任选0.10.4wtY。的Ni和作为余量的铝，以及由于制造导致的各自最大为0.02wt。/n、总计最大为(Uwt。/。的杂质，另外的附带条件是，镁和>^本上以Mg:Si的重量比为1.7:1存在于合金中，该比例对应于具有固相Al和Mg2Si的准二元共晶的组成。该^r合适用于通过压模铸造、流变铸造和触变铸造来制造车辆生产中的安全部件。EP-A-1645647公开了一种冷作硬化铸造合金。该合金基于纯度为99.9的Al的铸造金属，并包含6~11wt"/o的Si、2.0~4.0wt。/o的Cu、0.65~1.0wt。/o的Mn、0.5~3.5wt。/o的Zn、最大0.55wt。/o的Mg、0.01~0.04wt。/o的Sr、最大0.2wt。/。的Ti、最大0.2wtYo的Fe,并任选包含以下元素中的至少、一种0.010.08的4艮、0.01~1.0的^^、0.01~0.40的镍、0.010.30的镉、0.01-0.20的铟和最大0.001wt。/o的铍。通过示例i兌明的一种^^金具有以下组成9%的Si、2.7%的Cu、1%的Mn、2%的Zn、0.02%的Sr、0.5%的Mg、0.1%的Fe、0.1%的Ti、0.1%的Ag、0.45%的Ni、0.1%的In、0.0005%的Be。被称为合金226(ENAC-46000)的AlSi9Cu3(Fe)型标准化铸造合金具有8~11wt。/。的Si、最大1.30wt。/。的Fe、2~4wt。/。的Cu、最大0.55wt。/o的Mn、0.050.55wt。/。的Mg、最大0.015wt"/o的Cr、最大0.55wt。/o的Ni、最大1.20wt。/o的Zn、最大0.35wt。/o的Pb、最大0.25wt%的Sn、最大0.25wt。/o的Ti、各自最大0.05wt。/o并总计最大0.25wt%的其它元素，余量为铝。
发明内容本发明的一个目的是提供一种用于制造能够承受热和机械载荷的铸造构件的具有良好热稳定性的冷作硬化铝铸造合金。该合金意图主要适合用于压;j^铸造，但也适合用于硬型铸造(gravitymouldcasting)、低压模铸造(low-pressuremouldcasting)和砂型祷造。本发明的一个特定的目的是提供用于通过压模铸造法制造的内燃机特别是柴油发动机的汽缸曲轴箱的铝合金。由该合金铸造的构件意图冷作硬化之后具有较高的强度。根据本发明可实现所述目的，其中所述合金包含11.0~12.0wt。/o的珪0.7~2.0wt"/o的镁0.1~1wt。/。的锰最大1Wt"/n的铁最大2wt"/。的铜最大2wt"/。的镍最大1wt。/。的铬最大1wt。/。的钴最大2wt。/。的锌最大0.25wt。/o的钬最大40ppm的硼任选的80300ppm的锶和作为余量的铝，以及由于制造导致的各自最大0.05wt%、总计最大0.2wt。/。的另外的元素和杂质。根据本发明的合金的第一优选变体具有下列优选的合金元素含量范围11.2~11.8wt。/o的硅0.6~0.9wtVo的锰最大0.15wt。/。的铁1.8~2.0wto/。的镁1.8~2.0wt。/o的铜1.8~2.0wt。/。的镍0.08~0.25wt。/o的钬20~30ppm的硼。根据本发明的合金的第二优选变体具有下列优选的合金元素含量范最大0.15wt。/。的铁1.8-2.0wt。/o的镁1.82.0wt。/。的铜I.82.0wt。/o的镍0.61.0wt。/o的钴0.080.25wt。/o的钬20~30ppm的硼。根据本发明的合金的第三优选变体具有下列优选的合金元素含量范围II.211.8wt。/o的珪0.60.9wt。/o的锰11.211.8wt。/o的磋0.60.9wt。/o的锰最大0.15wt。/。的铁0.71.0wtY。的镁1.8~2.0wt。/o的铜0.51.0wt。/o的铬1.72.0wt。/o的锌0.08~0.25wto/o的钬2030ppm的硼。添加锰可防止铸件在铸模中粘结。锰还显著有助于热硬化。较低的铁含量导致高的延伸率并降低产生含Fe的板状物的风险，该板状物导致空洞增加并损害可机加工性能。高的Si含量导致非常良好的可铸造性能并减少空洞。近共晶Al-Si成分还使得能够降低铸造温度并因此延长金属铸模的寿命。可选择亚共晶Si含量以使得无一次Si晶体出现。通过添加铬，可进一步改4^金的脱模性能，并可增加强度值。钴用于增加热稳定性。钛和硼用于晶粒细化。良好的晶粒细化显著有助于改善铸造性能和W^性能。根据本发明的铝合金的优选应用领域是制造能够承受热和机械载荷的铸造构件作为压模铸造、铸模铸造和砂型铸造，特别用于通过压模铸造法制造的汽车生产中的汽缸曲轴箱。具体实施例方式通过优选的示例性实施例的以下描述，可以发现本发明的其它优点、特征和细节。通itS模铸造法铸造根据本发明的合金以形成壁厚为3mm的平拉伸试样。M模铸造铸模中取出之后，试样在静止空气中冷却。在室温(RT)、150°C、225。C和300。C下，对铸态的拉伸试样进行力学性能屈服点(Rp0.2)、抗拉强度(Rm)和断M伸率(A)的测定;并且在室温(RT)和热处理温度(HTT)下，对分别在150。C、225°C和300。C下经受500小时(500h)的各种一步热处理后的拉伸试样，进行力学性能屈服点(Rp0.2)、抗拉强度(Rm)和断裂延伸率(A)的测定。研究的合金如表l所示。表2、表3和表4给出了在各种温度下对表1的合金的铸态拉伸试样测定的力学性能的结果。表5、表6和表7给出了在室温(RT)和热处理温度(HTT)下对在各种温度下热处理500小时(500h)之后的表1的^r的拉伸试样测定的力学性能的结果。长期试验的结果确认根据本发明的合金具有良好的热稳定性。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5:在RT和HTT下测试的不同温度下热处理500h之后的屈服点(RpO.2)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表7:在RT和HTT下测试的不同温度下热处理5OOh之后的断裂延伸率(A)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>权利要求1.一种用于制造能够承受热和机械载荷的铸造构件的具有良好热稳定性的冷作硬化铝铸造合金，特征在于所述合金包含11.0~12.0wt。/。的珪0.7~2.0wt。/o的镁0.11wt。/o的锰最大1wt。/。的铁最大2wt。/。的锌最大0.25wt。/。的钬最大40ppm的硼任选的80-300ppm的锶和作为余量的铝，以及由于制造导致的各自最大0.05wt%、总计最大0.2wt"/。的另外的元素和杂质。2.根据权利要求1所述的铝合金，特征在于11.211.8wt。/o的珪0.6-0.9wt。/。的锰最大0.15wty。的铁1.8~2.0wt。/。的镁1.8-2.0wt"/o的铜1.8~2.0wto/。的镍0.08~0.25wt。/o的钬2030ppm的硼。3.根据权利要求1所述的铝合金，特征在于(11.2~11.8wtYo的珪0.6~0.9wt。/o的锰最大0.15wt。/。的铁1.8~2.0wt。/o的镁1.82.0wt。/。的铜(I.8~2.0wt。/o的镍0.6~1.0wt。/o的钴0.08~0.25wt。/o的钬2030ppm的硼。4.根据权利要求1所述的铝合金，特征在于II.2~11.8wt。/o的珪0.6-0.9wt。/。的锰最大0.15wt。/o的铁0.71.0wt。/。的镁1.8~2.0wt。/。的铜0.5~1.0wt。/。的铬1.7(2.0wt。/o的锌0.08~0.25wt。/o的钬20~30ppm的硼。5.根据权利要求14中任意一项所述的铝合金的用途，用于通过压模铸造法、模型铸造法或砂型铸造法制造能够承受热和机械载荷的铸造构件。6.根据权利要求5所述的用途，用于在汽车生产中通过压模铸造法制造汽缸曲轴箱。7.根据权利要求14中任意一项所述的铝合金的用途，用于在汽车生产中通过压模铸造法制造安全部件。8.由根据权利要求14中任意一项所述的具有良好热稳定性的冷作硬化铝铸造合金制成的铸造构件。全文摘要一种用于制造能够承受热和机械载荷的铸造构件的具有良好热稳定性的冷作硬化铝铸造合金包含11.0～12.0wt％的硅；0.7～2.0wt％的镁；0.1～1wt％的锰；最大1wt％的铁；最大2wt％的铜；最大2wt％的镍；最大1wt％的铬；最大1wt％的钴；最大2wt％的锌；最大0.25wt％的钛；最大40ppm的硼；任选的80～300ppm的锶和作为余量的铝，以及由于制造导致的各自最大0.05wt％、总计最大0.2wt％的另外的元素和杂质。该合金特别适用于通过压模铸造方法制造汽缸曲轴箱。文档编号C22C21/02GK101311283SQ20081009773公开日2008年11月26日申请日期2008年5月23日优先权日2007年5月24日发明者达恩·德拉古林,鲁迪格·弗兰克申请人:莱茵费尔登炼铝厂有限责任公司