AlSi7Mg铝合金铸件的热处理工艺的制作方法

本发明涉及AlSi7Mg铝合金铸件的热处理工艺。

背景技术：

车轮支架使用的铝合金材料为AlSi7Mg0.3。随着平台技术的不断进步，产品类型的不断增多，乘客对车辆运动性和舒适性要求的不断提高，为使铝合金铸件的综合机械性能满足底盘类零件不断增加的高应力载荷要求，机械性能要达到：抗拉强度＞305N/mm²(单项值)，抗拉强度＞315N/mm²(平均值，n＝3)；屈服强度＞245N/mm²(单项值)，屈服强度＞255N/mm²(平均值，n＝3)；延伸率＞6％(单项值)，延伸率＞8％(平均值，n＝3)，该性能远高于标准及国内最好的性能要求，这对于国内外车轮支架的生产厂商和整车厂商造成巨大的困难和挑战。

技术实现要素：

本发明人经过研究认为，采用特殊的T64热处理工艺对产品进行热处理，才能满足上述机械性能要求。

因此，本发明第一方面提供一种铝合金铸件的热处理方法，所述方法包括固溶处理和不完全人工时效处理，其中，

固溶处理包括将铝合金铸件加热到538～545℃后保温5～7小时；

不完全人工时效处理包括将铝合金铸件加热到165～175℃后保温2.5～3.5小时。

在一个或多个实施方案中，固溶处理包括将铝合金铸件加热到538～543℃。

在一个或多个实施方案中，固溶处理包括将铝合金铸件加热到540±1℃。

在一个或多个实施方案中，固溶处理的保温时间为5.5～6.5小时。

在一个或多个实施方案中，不完全人工时效处理包括将将铸件加热到168～173℃。

在一个或多个实施方案中，不完全人工时效处理包括将将铸件加热到170±1℃。

在一个或多个实施方案中，不完全人工时效处理的保温时间为180±10分钟。

在一个或多个实施方案中，所述方法还包括淬火和冷却步骤，其中，淬火包括将固溶处理获得的铸件淬火，其中，淬火延迟时间≤12秒；冷却包括将淬火所得铸件冷却至室温。

在一个或多个实施方案中，淬火包括将铸件淬入水中，使铸件急冷。

在一个或多个实施方案中，所述方法包括：

(1)固溶处理，包括将铝合金铸件加热到538～545℃，保温5～7小时；

(2)淬火，包括将步骤(1)获得的铸件淬火，其中，淬火延迟时间≤12秒；

(3)冷却，将步骤(2)所得铸件冷却至室温；和

(4)不完全人工时效处理，包括将步骤(3)获得的铸件加热到165～175℃，保持2.5～3.5小时；

从而完成对所述铝合金铸件的热处理。

在一个或多个实施方案中，步骤(1)的固溶处理包括将铝合金铸件加热到538～543℃。

在一个或多个实施方案中，步骤(1)的固溶处理包括将铝合金铸件加热到540±1℃。

在一个或多个实施方案中，步骤(1)中，将铸件加热到所示温度后，保温5.5～6.5小时。

在一个或多个实施方案中，步骤(2)的淬火包括将铸件淬入水中，使铸件急冷。

在一个或多个实施方案中，步骤(4)包括将将铸件加热到168～173℃。

在一个或多个实施方案中，步骤(4)包括将将铸件加热到170±1℃。

在一个或多个实施方案中，步骤(4)的保温时间为180±10分钟。

在一个或多个实施方案中，所述铝合金铸件为AlSi7Mg铝合金铸件。

在一个或多个实施方案中，所述铝合金铸件为AlSi7Mg0.3铝合金铸件。

在一个或多个实施方案中，以重量百分比计，所述铝合金铸件的化学成份包括：

Si，6.50～7.50％；

Mg，0.25～0.45％；

Ti，0.080～0.250％；和

余量的Al和不可避免的杂质。

在一个或多个实施方案中，Si的含量为6.80～7.20％，优选6.80～7.10％。

在一个或多个实施方案中，Mg的含量为0.30～0.45％，优选0.37～0.42％。

在一个或多个实施方案中，Ti的含量为0.100～0.180％，优选0.100～0.150％。

在一个或多个实施方案中，所述铝合金铸件中，Cu的含量≤0.05％；Mn的含量≤0.100％；Sr的含量≤0.050％；Fe的含量≤0.190％；Zn的含量≤0.070％；Sn的含量≤0.030％；Pb的含量≤0.030％；Cr的含量≤0.030％；Ni的含量≤0.030％；且杂质总和≤0.100％。

本发明第二方面提供一种AlSi7Mg铝合金铸件，以重量百分比计，所述铝合金铸件的化学成份包括：

Si，6.50～7.50％；

Mg，0.25～0.45％；

Ti，0.080～0.250％；和

余量的Al和不可避免的杂质；

其中，所述铝合金铸件具有以下机械性能：

抗拉强度单项值＞305N/mm²，抗拉强度平均值＞315N/mm²(n≥3)；

屈服强度单项值＞245N/mm²，屈服强度平均值＞255N/mm²(n≥3)；和

延伸率单项值＞6％，延伸率平均值＞8％(n≥3)。

在一个或多个实施方案中，所述AlSi7Mg铝合金铸件具有以下机械性能：

抗拉强度单项值＞320N/mm²，抗拉强度平均值＞330N/mm²(n≥3)；

屈服强度单项值＞255N/mm²，屈服强度平均值＞265N/mm²(n≥3)；和

延伸率单项值＞7％，延伸率平均值＞9％(n≥3)。

在一个或多个实施方案中，Si的含量为6.80～7.20％，优选6.80～7.10％。

在一个或多个实施方案中，Mg的含量为0.30～0.45％，优选0.37～0.42％。

在一个或多个实施方案中，Ti的含量为0.100～0.180％，优选0.100～0.150％。

在一个或多个实施方案中，所述铝合金铸件为AlSi7Mg0.3铝合金铸件。

在一个或多个实施方案中，所述铝合金铸件中，Cu的含量≤0.05％；Mn的含量≤0.100％；Sr的含量≤0.050％；Fe的含量≤0.190％；Zn的含量≤0.070％；Sn的含量≤0.030％；Pb的含量≤0.030％；Cr的含量≤0.030％；Ni的含量≤0.030％；且杂质总和≤0.100％。

在一个或多个实施方案中，所述铝合金铸件经本文所述的T64热处理工艺处理而制备得到。

本发明还提供一种改进的T64热处理方法，所述方法包括固溶处理和不完全人工时效处理，其中，

固溶处理为在538～545℃保温5～7小时；和

不完全人工时效处理为在165～175℃保温2.5～3.5小时。

在一个或多个实施方案中，所述方法还包括：固溶处理后淬火延迟时间≤12秒的淬火处理，以及淬火处理后冷却至室温的处理。

在一个或多个实施方案中，固溶处理为在538～543℃保温5.5～6.5小时，不完全人工时效处理为在168～173℃保温180±15分钟。

在一个或多个实施方案中，固溶处理为在540±1℃保温360±10分钟，不完全人工时效处理为在170±1℃保温180±10分钟。

本发明还提供本文所述的铝合金铸件的热处理方法或改进的T64热处理方法在制备AlSi7Mg铝合金铸件中的应用，或在提高AlSi7Mg铝合金铸件抗拉强度、屈服强度和延伸率中的至少一项机械性能中的应用。

本发明还提供一种铝合金部件，采用本发明所述的铝合金铸件制备得到。

在一个或多个实施方案中，所述部件为车轮支架、转向节或副车架。

附图说明

图1显示测试样棒的形状。

图2显示测试位置。1为1#拉伸试样；2为2#拉伸试样。

具体实施方式

本发明涉及一种改进的T64热处理方法，所述方法中，固溶处理为在538～545℃保温5～7小时；和不完全人工时效处理为在165～175℃保温2.5～3.5小时。

在某些实施方案中，固溶处理为在538～543℃保温5.5～6.5小时，例如在540±1℃保温360±10分钟。

在某些实施方案中，不完全人工时效处理为168～173℃保温180±15分钟，例如在170±1℃保温180±10分钟。

因此，在某些实施方案中，固溶处理为在538～543℃保温5.5～6.5小时，不完全人工时效处理为168～173℃保温180±15分钟。更进一步的，固溶处理为在540±1℃保温360±10分钟，和不完全人工时效处理为在170±1℃保温180±10分钟。

所述改进的T64热处理方法还包括固溶处理后淬火延迟时间≤12秒的淬火处理，以及淬火处理后冷却至室温的处理。可采用常规的方法淬火，例如，将固溶处理获得的铸件投入水中，使铸件急冷。冷却通常可采用自然冷却的方式，使淬火后的铸件的温度自然冷却到室温。

本发明改进的T64热处理方法适用于常用T64热处理方法进行处理的对象，包括但不限于铝合金铸件，尤其是AlSi7Mg铝合金铸件。本发明改进的T64热处理方法还适用于期望提高铸件，尤其是铝合金铸件，更具体是AlSi7Mg铝合金铸件，抗拉强度(单个铸件或多个(n≥3的平均值)、屈服强度(单个铸件或多个(n≥3的平均值)和延伸率(单个铸件或多个(n≥3的平均值)中的一项或几项机械性能的情形。

在一个具体的方面，本发明将本文所述的改进的T64热处理方法用于具有以下化学成份和含量(以重量百分比计)的铝合金铸件：

Si，6.50～7.50％；

Mg，0.25～0.45％；

Ti，0.080～0.250％；和

余量的Al和不可避免的杂质。

Si的含量优选为6.80～7.20％，更优选6.80～7.10％。Mg的含量为优选为0.30～0.45％，更优选0.37～0.42％。Ti的含量优选为0.100～0.180％，更优选0.100～0.150％。

以重量百分比计，所述铝合金铸件若包括其它化学成份，则这些化学成份及其含量为：

Cu，其含量≤0.05％；

Mn，其含量≤0.100％；

Sr，其含量≤0.050％；

Fe，其含量≤0.190％；

Zn，其含量≤0.070％；

Sn，其含量≤0.030％；

Pb，其含量≤0.030％；

Cr，其含量≤0.030％；

Ni，其含量≤0.030％；且

杂质总和≤0.100％。

本文中，杂质指除上述列出的成份之外的其它成份。

在某些实施方案中，Cu的含量≤0.03％，优选≤0.01％，例如在0.0030～0.0055％之间。在某些实施方案中，Mn的含量≤0.050％，优选≤0.010％，例如在0.0030～0.010％之间。在某些实施方案中，Sr的含量≤0.030％，例如在0.010～0.030％之间。在某些实施方案中，Fe的含量优选≤0.150％，例如在0.080～0.130％之间，或者在0.100～0.115％之间。在某些实施方案中，Zn的含量优选≤0.05％，更优选≤0.03％，例如在0.010～0.025％之间或在0.015～0.020％之间。在某些实施方案中，所述铝合金不含有Sn、Pb、Cr和Ni。在某些实施方案中，所述铝合金不含有杂质。在某些实施方案中，所述铝合金不含有Sn、Pb、Cr和Ni，以及杂质。

在某些实施方案中，所述铝合金铸件含有以下组分或由以下组分组成：

Si，6.8～7.1％；

Mg，0.37～0.42％；

Ti，0.100～0.150％；

Cu，0.0030～0.0055％；

Mn，0.0030～0.010％；

Sr，0.010～0.030％；

Fe，0.080～0.130％；

Zn，0.010～0.025％；和

余量的Al。

在某些实施方案中，所述铝合金铸件为AlSi7Mg0.3铝合金铸件。

在某些实施方案中，所述铝合金铸件的化学成份满足EN1706标准。

适合用本文所述的T64方法进行热处理的铝合金铸件可以是采用本领域各种方法制备得到的铝合金铸件，这类铝合金铸件包括但不限于采用CPC差压铸造成形的铝合金铸件。

因此，本文铝合金铸件的热处理方法包括固溶处理和不完全人工时效处理，其中，固溶处理包括将铝合金铸件加热到538～545℃后保温5～7小时；不完全人工时效处理包括将铝合金铸件加热到165～175℃后保温2.5～3.5小时。

优选的，本发明铝合金铸件的热处理方法包括：

(1)固溶处理，包括将铝合金铸件加热到538～545℃，保温5～7小时；

(2)淬火，包括将步骤(1)获得的铸件淬火，其中，淬火延迟时间≤12秒；

(3)冷却，将步骤(2)所得铸件冷却至室温；和

(4)不完全人工时效处理，包括将步骤(3)获得的铸件加热到165～175℃，保持2.5～3.5小时；

从而完成对所述铝合金铸件的热处理。

在优选的实施方案中，固溶处理包括将铝合金铸件加热到538～543℃，优选540±1℃。通常，将铸件加热到538～545℃、优选538～543℃、更优选540±1℃后，在该温度保持5.5～6.5小时，优选6～6.5小时。然后将铸件投入水中进行淬火。淬火时间通常≤12秒。取出铸件后允许其自然冷却至室温，然后进行不完全人工时效处理。不完全人工时效处理包括将冷却到室温的铸件加 热到例如168～173℃，优选170±1℃，并在该温度保持例如3～3.5小时，优选180±15分钟，例如180±10分钟。之后，允许铸件自然冷却，由此可获得本发明的铝合金铸件。

本文通过将铸件加热到较高的温度538～545℃，保温5～7小时，使得合金材料内的可溶相充分溶解。然后，急速淬入的水中，铸件急冷，使溶解到基体内的强化组元在合金中最大限度固定、保存到室温。之后将冷却至室温的铸件加热一定的温度(165～175℃)，保温较短的时间(2.5～3.5)，以获得弥散析出的强化相，并避免强化相的长大而削弱强化效果，从而获得较高的强度与较好的塑性、韧性的综合力学性能。

因此，本发明也提供一种铝合金铸件，其具有前文所述的化学成份，并具有以下机械性能：

抗拉强度单项值＞305N/mm²，抗拉强度平均值＞315N/mm²(n≥3)；

屈服强度单项值＞245N/mm²，屈服强度平均值＞255N/mm²(n≥3)；和

延伸率单项值＞6％，延伸率平均值＞8％(n≥3)。

优选的是，所述铝合金铸件具有以下机械性能：

抗拉强度单项值＞320N/mm²，抗拉强度平均值＞330N/mm²(n≥3)；

屈服强度单项值＞255N/mm²，屈服强度平均值＞265N/mm²(n≥3)；和

延伸率单项值＞7％，延伸率平均值＞9％(n≥3)。

本发明还提供一种铝合金部件，该部件采用本发明所述的铝合金铸件制备得到。所述部件可以是，例如车轮支架、转向节或副车架。

本发明可适用于汽车行业铝合金铸件的热处理(例如车轮支架、转向节、副车架等)，还广泛应用于航空、航天、船舶、机械等行业。

下文将以具体实施例的方式阐述本发明。应理解，这些实施例仅仅是阐述性的，并不限制本发明的保护范围。实施例中所采用的方法和工艺参数，除非另有说明，否则为本领域的常规方法和工艺参数。此外，应理解的是，虽然本文未一一列举，但本文针对各方面所描述的各特征可任意地组合。举例而言，铝合金铸件中Si、Mg、Ti等各成分的各含量范围可任意地组合，热处理工艺中不同的不同温度、时间条件也可任意地组合。

实施例

对下表2中具有所示化学成份的试样编号1－5以及表3中具有所示化学成份的试样编号1－5(均为PQ46车轮支架，材料均为AlSi7Mg0.3铝合金)分别进行保加利亚CPC差压铸造研究所的T64热处理(“保加利亚T64”)和本发明的T64热处理。

两种T64热处理的工艺参数如下表1所示：

表1

具体测试步骤和方法如下：

1、按图2所标的机械性能取样位置切取试棒材料，试棒标准DIN50125(见图1)；

2、用0.025％/s至0.67％/s的拉伸速率进行试验，直至试样断裂。

3、使用标距25mm的引伸计直接测得断后试样的延伸率结果，试验标准DINEN10002。

试验设备为拉伸仪。

结果显示在表2和3中。

从表2和3的数据可得出：

1、从表2的数据看，保加利亚T64热处理工艺所生产的车轮支架机械性能：抗拉强度和屈服强度全部合格；延伸率单值合格，但平均值不合格。

2、从表3的数据看，本发明所生产的车轮支架机械性能各项单值与平均值均满足产品的要求，而且所得到的机械性能数据均很稳定，这说明本发明的热处理工艺及其生产已比较成熟。平均抗拉强度337MPA，达到要求的106％；平均屈服强度277MPA，达到要求的113％，平均延伸率10.4％，达到要求的130％。

因此，本发明的T64热处理工艺并比国外的T64热处理工艺较优，产品的机械性能得到明显的提高。此热处理工艺可较大程度上提高铝合金产品的综合机械性能，进一步扩大铝合金产品的使用领域。