用于由轻质金属合金制成的铸件的激冷区微观结构的制作方法

文档序号:9775277阅读:569来源:国知局
用于由轻质金属合金制成的铸件的激冷区微观结构的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用 本申请要求提交于2014年10月24日的美国临时申请号62/068219的权益。上面引 用申请的全部公开通过引用并入此文。
技术领域
[0002] 本公开涉及铸造轻质金属合金,例如铝和/或镁合金的方法,其中部件设计有利 于形成一个激冷区微观结构(a chill zone microstructure),从而获得具有更高的强度 和更高的延展性的铸造轻质金属合金部件。
【背景技术】
[0003] 本部分提供了涉及本公开内容的不一定是现有技术的背景信息。
[0004] 轻质金属组件在制造车辆,特别是汽车时已经变得越来越普遍,其中在燃料效率 和性能上的持续改进是所希望的。对于这样的汽车应用,轻质金属组件通常由铝、镁及其合 金构成。这样的轻质金属可以形成能够承载的组件,并且需要强和硬而具有良好的强度和 延展性(例如伸长率)。高强度和延展性对于车辆(例如汽车)的安全性要求和耐久性尤其重 要。
[0005] 用于车辆的结构组件的一种示例性的轻质金属合金是含铝的合金。含铝合金可通 过锻造工艺,例如挤出、锻造、冲压或铸造技术,如压铸、砂型铸造、永久型铸造、熔模铸造等 来成型。在这样的铸造中,可以将熔融的金属浇入铸模中。熔融金属遵照铸模内的形状,因 此当其冷却和固化时采用了模腔的形状。在金属固化并形成部件之后,然后分离模具并从 部件移除。在压铸工艺中,将熔融金属材料通常在压力下通过限定一个或多个孔口或孔隙 的冲模。在穿过浇口、浇道和浇注系统到所述冲模之后,使熔融的金属进入模腔,在此固化 以完成铸造工艺。
[0006] 所有的铸件在铸件的外表面上具有非常薄的激冷区,这发生在靠近模具的较冷的 壁附近。激冷区具有不同于部件的其它区域的微观结构。激冷区靠近内部的树枝状微观结 构区域,其从激冷区延伸至铸件的内部或中心。激冷区通常仅占部件总厚度的很小百分比。
[0007] 当铸造合金时,在铸造过程中的工业标准和局限性通常决定其中包括哪种合金材 料和合金成分。合金的选择最终要满足部件所需的树枝状微观结构区域的性质,而所述激 冷区微观结构通常被忽略。有时,激冷区在铸造之后可以部分地被去除以满足表面粗糙度、 表面外观和/或装配要求。强度和其它合金性质可以鉴于这些传统的铸造技术来进一步改 进。轻质金属铸件,例如铝和镁铸件,需要与那些高强度锻铝和钢冲压件相称的更高强度水 平。因此,存在持续的需要来改进铸造工艺以由具有合适的铸造性、强度和延展性以及其它 特性的合金形成改进的轻质金属组件。

【发明内容】

[0008] 本部分提供了本公开内容的总体概述,而不是其整个范围或全部特征的全面公 开。
[0009] 在一些方面,本公开内容提供了一种铸造轻质金属组件的方法。所述方法包括将 熔融的轻质金属合金导入模具的型腔。将所述熔融的轻质金属合金固化,然后从所述模具 移除固体轻质金属合金组件。所述固体轻质金属合金组件设计为具有至少一个区域带有薄 壁。例如在一些变型方案中,所述固体轻质金属合金组件的至少一个区域的至少一维小于 或等于大约2 _,从而使形成的激冷区微观结构沿着所述固体轻质金属合金组件的所述至 少一维延伸。
[0010] 在另一些方面,提供了铸造轻质金属组件的方法,其包括选择含有轻质金属的合 金。选择所述合金以在铸造固体组件中,尤其在对于铸造固体组件结构特别重要的铸件区 域中形成激冷区微观结构。所述轻质金属选自铝、镁及其组合。所述方法可以包括通过将 熔融的合金导入模具的型腔中而铸造所述合金。然后,将所述熔融的合金固化并且从模具 作为固体组件移除。所述固体组件设计为在至少一个区域中具有薄壁。例如,所述固体组 件在所述至少一个区域中的至少一维可以为小于或等于大约2 _。以此方式,所述激冷区 微观结构沿着所述固体组件的至少一维延伸。
[0011] 在还有另一些方面,铸造轻质金属车辆组件的方法包括将熔融的轻质金属合金导 入限定车辆组件形状的模具型腔中。所述轻质金属合金包含铝、镁或者铝和镁的组合,以及 任选其它的预选以提供合适性能的元素。将所述熔融的轻质金属合金固化,然后从模具作 为固体轻质金属合金车辆组件移除。所述固体轻质金属合金车辆组件的至少一维小于或等 于大约2 _,从而使激冷区微观结构沿着所述固体轻质金属合金车辆组件的所述至少一维 延伸。
[0012] 通过本文所提供的描述,进一步的应用领域将变得显而易见。在
【发明内容】
中的描 述和具体实施例仅供说明目的,而并非旨在限制本公开的范围。
【附图说明】
[0013] 这里描述的附图仅用于选择的实施方案的说明性目的,而不是所有可能的实施, 并且不旨在限制本公开的范围。
[0014] 图1是传统的轻质金属铸造系统的示例性示意图,其具有设置在其中的固化的轻 质金属部分;和 图2是根据本公开内容的一些方面制造的轻质金属铸造系统的示例性示意图,其中形 成仅具有激冷区微观结构的固化的轻质金属部分。
[0015] 相应的参考标号表不在整个附图的几个视图中相应的部分。
【具体实施方式】
[0016] 下面参照附图更具体地描述实施例实施方案。
[0017] 提供实施例实施方案以使得本公开将是彻底的,并使本领域技术人员完全理解本 发明的范围。给出了大量具体的细节,例如具体组合物、组件、装置和方法的实施例,以提供 本公开内容的实施方案的全面理解。本领域技术人员清楚的,不必采用具体的细节,实施例 实施方案可以体现在许多不同的形式,而且也不应该被解释为限制本公开的范围。在一些 实施例实施方案中,公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术没有详细描述。
[0018] 本文所用的术语仅用于描述特定的实施例实施方案的目的,而不意图是限制性 的。如本文所用,单数形式"一种"、"一个"和"该"可以意图也包括复数形式,除非上下文清 楚地另外指明。术语"包含"、"包括"、"含有"和"具有"都是包含在内的,因此指定所陈述 的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在,但不排除存在或附加一个或多个其它的 特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。本文所述的方法步骤、工艺和操作不应 被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序实施,除非特别指出为实施的顺序。也 可以理解,可以使用附加的或可替代的步骤,除非另有说明。
[0019] 当一个组件、元件或层被称为在另一元件或层"上"或者"接合到"、"连接到"或"耦 合到"另一元件或层时,它可以直接地在另一组件、元件或层上或者直接地接合、连接或耦 合到另一组件、元件或层,或者可以存在中间元件或层。相反地,当一个元件被称为直接在 另一元件或层"上"或者"直接接合到"、"直接连接到"或"直接耦合到"另一元件或层时, 可以没有中间元件或层存在。用于描述元件之间的关系的其它词语应当以类似的方式理解 (例如,"之间"与"直接之间"、"相邻"与"直接相邻"等)。如本文所使用的,术语"和/或" 包括相关所列项的一种或更多种的任意和所有的组合。
[0020] 虽然术语第一、第二、第三等可以在本文中用来描述各种步骤、元件、组件、区域、 层和/或部分,但是这些步骤、元件、组件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制,除 非另有说明。这些术语可以仅用于从另一个步骤、元件、组件、区域、层或部分区分一个步 骤、元件、组件、区域、层或部分。本文所用的术语,例如"第一"、"第二"和其它数字术语并不 暗示序列或顺序,除非上下文明确说明。因此,下面讨论的第一步骤、元件、组件、区域、层或 部分可以被称为第二步骤、元件、组件、区域、层或部分,而不脱离实施例实施方案的教导。
[0021] 在空间或时间上的相对术语,诸如"前"、"后"、"内"、"外"、"之下"、"下面"、"低于"、 "上方"、"之上"等,可在本文中为了便于描述而用于描述附图中所示的一个元件或特征相 对于另一元件(多个元件)或特征(多个特征)的关系。在空间或时间上的相对术语可以旨 在包括装置或系统在使用或操作中除了在附图中描述的取向之外的不同取向。
[0022] 对于"包括"某些步骤、成分或特征的一种方法、组合物、装置或系统的任意描述应 当理解为,在某些替代的变型方案中,这样的方法、组合物、装置或系统也可以理解为"基本 上由"所列举的步骤、成分或特征构成,因此从中排除了任何其它的可能实质性改变本发明 的基本和新颖特性的步骤、成分或特征。
[0023] 在整个本公开内容中,数值表示近似的度量或范围限度以涵盖可从给定的值和实 施方案具有提到的大约值以及那些具有确切提及的值的微小偏差。不同于在详细描述的最 后中提供的工作实施例,在该说明书中,包括所附的权利要求中的参数(例如,数量或条件) 的所有数值,都应当理解为在所有情况下由术语"大约"修饰,无论"大约"是否实际出现在 该数值之前。"大约"表示所述的数值允许一些轻微的不精确性(与准确值接近;近似或合理 地接近该值;几乎)。如果由于"大约"提供的不精确性与通常意义上在现有技术中的理解 不一致,则本文所用的"大约"至少表示由测量和使用这样的参数的通常方法而可能出现的 偏差。如果,由于某种原因,由于"大约"提供的不精确性与通常意义上在现有技术中的理 解不一致,则本文所用的"大约"可以表示给出值的最多5%的可能偏差或者与
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