专利名称：改进疲劳强度的铝合金零件及其生产方法
技术领域：
本发明涉及改进疲劳强度的铝合金零件，以及所述这些零件的生产方法。
众所周知，铝的重量比钢铁轻三倍，并有良好的抗腐蚀性能。在熔制合金时，铝中加入如铜、镁等金属，它的机械强度就得到显著的改进。而且，加入硅后，使产品具有很高的耐磨性。这些合金搀入诸如铁、镍、钴、铬和锰等其他元素后，导致得到一个综合考虑的性能，是生产车辆的发动机、活塞、汽缸等零件的一种非常合适的材料。
欧洲专利144898中讲述了一种铝合金，它以重量计含有10-36%硅，1-12%铜，0.1-3%镁，以及2-10%至少选择铁、镍、钴、铬、锰一群元素中的一种元素。
这种合金能够用于航空和车辆工业零件的生产。所述这些零件，除了模压、拔制之外，可用粉末冶金来获得，它使用了在250℃和550℃之间的温度下，一次中间热处理阶段。
虽然这些零件能达到上文中所涉及的各种性能，但并没有论及在疲劳强度方面的适用问题。专家都知道，疲劳表示在经受了一系列间断性应力的作用后，材料的金属结构发生了一种永久的、局部的以及逐渐发展的变化，在所述应力作用下，随着周期的变化，它能导致裂纹，甚至会导致零件断裂;这时它们的强度通常比在连续应力作用下，为了使材料拉断所需要施加的力明显的要低得多。就是这个理由，在欧洲专利144898中所给出的弹性模量、抗拉强度以及硬度值，不能把合金的疲劳强度考虑进去。
然而，对杆件或活塞销之类零件来说，使它们动态受力和遭受断续的应力，具有一个良好的疲劳强度是很重要的。
考虑了这个问题，本申请人发现以包括在上述资料范围内的各种合金为基础制造的零件，存在一个疲劳强度问题，这在某些用途上可能是很合适的，但所述性能是可以通过改变它的成分来得到改进的。因此，申请人已发展了一种铝合金，以重量计含有11-22%硅，2-5%铁，0.5-4%铜，0.2-1.5%镁，而且它的特点在于还含有0.4-1.5%锆。
申请人注意到，除了其他元素之外，这种合金元素锆，在量上至少应为0.4%，以便有一个相适应的效果，但是不能超过1.5%，(超过了并没有明显的改进);结果，并不损害用早先的合金技术所能获得的其他性能，或它们的机械加工性能。
本发明还涉及到从这样的合金获得零件的生产方法。
在制备具有所述成分的合金以后，使之在900℃以上温度下熔化，以便避免任何过早淀积现象，然后使它受到快速的固化。由于元素如铁和锆在合金中只是极轻微的可熔化的，为了获得符合所需要特性的零件，通过尽快冷却，以防止这些元素产生任何粗的、不均匀的淀析是极其重要的。
有几种产生这种快速固化的方法
或者借助于气体，使熔化了的金属雾化，或者用机械雾化，继之在气体(空气、氦气、氩气)中冷却;都能导致粉末的晶粒大小在400μm以下，然后在单轴的或等压的压机上，冷压或热压成形，然后再拔制和/或锻造;
或者将熔化了的合金喷射到一个冷却的金属平面上，这叫“熔体纺丝”或“平面中间铸型法”，如在美国专利4389258和欧洲专利136508中所发表的关于那方面的叙述，它可导致金属条厚度小于100μm，然后如上文所叙述的模压成形。
或者在一种气流中，将熔化了的合金，喷向一个基底，称之为“喷射熔敷(SPraydeposition)”，在英国专利1379261中所举的例子那样，它能导致粘着沉积，例如可通过锻造、拔制或模锻充分锻铸成形。
这个清单显然是不详尽的。
为了进一步改进淀积结构，在任意经受机械加工后，使零件在温度480℃和530℃之间，经受1到10小时的热处理，然后在水中硬化，再在温度150℃和200℃之间，经受2到32小时回火，以改进它们的机械特性。
下面的应用实例将有助于更好地理解本发明。
制备6种合金，其组成(以重量计)如下合金编号硅%铁%铜%镁%锆%铝%1183.031.0-余数2183.031.01″3125.011.51.2″4154.0110.6″
5204.0110.8余数6125.030.80.2″合金1，2和3是用粉末冶金获得，也就是它们是在温度900℃下熔化，在氮气氛中雾化成晶粒大小为300μm的颗粒，然后在等压力的压机中，在300Mpa压力下模压，然后再拔制成直径为40毫米的棒。
合金4，5和6使用的是喷射熔敷法所制成的，当喷射时所得到的沉积物是呈园柱形坯段，然后用这坯段拔制成直径为40毫米的棒。从两种生产过程所得到的这些金属棒，然后在温度490℃和520℃之间经受2小时的热处理，用水硬化，并在温度160℃和190℃之间暴露8小时。
在它们每一个试件上，一方面进行测定杨氏模量，另一方面进行测定标准0.2%弹性极限，致断载荷和依次在20℃和150℃的温度下，保持100小时后的延伸率;同时测定在20℃温度下，在107次循环以后的疲劳极限，以及极限率;极限率的定义是疲劳极限和致断载荷之间的比值。
测试的结果在下表中给出123456杨氏模量(Gpa)879189909584在20℃温度下拉伸RO，2Mpa350390380387400355RmMpa430460442455470433A%2.53.05.03.81.02.0
在150℃温度下保持100小时后的拉伸Ro，2Mpa290320315323327288RmMpa385390387393398380A%5.06.08.05.02.06.0在20℃温度下经107循环后的疲劳极限(Lf)150185192190188155(轮流的弯曲)极限率(Lf/Rm)0.350.400.430.420.400.36锆导致对疲劳强度有明显的改进，它在限度150至192Mpa是合格的。
在用喷射熔敷和熔体纺丝或平面中间铸型法所得到的零件上，也获得相同的结果。
权利要求
1.疲劳强度得到改进的铝合金零件，如特殊的杆件之类，除铝外以重量计含有11～22%硅，2-5%铁，0.5-4%铜，0.2-1.5%镁，其特征在于含有0.4-1.5%锆。
2.获得权利要求1中另件的方法，其特征在于，合金在熔化状能经受快速的固化，成形，在温度480℃和520℃之间热处理，在水中硬化，在温度150℃和200℃下回火。
3.权利要求2所述的方法，其特征在于发生快速固化，是使用雾化，喷射熔敷或熔体纺丝法所构成的工艺规程。
全文摘要
本发明是关于疲劳强度得到改进的铝合金零件，以及它们的生产方法，这些零件是用一种合金制成，这种合金以重量计含有11-22％硅，2-5％铁，0.5-4％铜，0.2-1.5％镁，它的特点是含有0.4-1.5％锆。获得组成相同的合金的方法，是将熔化状态的合金快速固化，成形，在温度480℃和530℃之间热处理，在水中硬化然后在温度150℃和200℃下回火。这些零件尤其较多的用作杆件和活塞销。
文档编号C22C21/04GK1034585SQ8810836
公开日1989年8月9日 申请日期1988年12月6日 优先权日1987年12月7日
发明者珍尼·弗兰西斯·福莱 申请人:塞格杜尔·皮奇尼铝加工公司