用于压铸车辆部件的合金及其制造方法

用于压铸车辆部件的合金及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了用于压铸车辆部件的合金及其制造方法。合金包括作为主要成分的铝；基于合金组合物的总重量的约8.0wt％至10.5wt％的量的镁；基于合金组合物的总重量的约1.9wt％至3.4wt％的量的硅；基于合金组合物的总重量的约0.4wt％至2.0wt％的量的铜；基于合金组合物的总重量的约0.3wt％至1.0wt％的量的锰；以最大约50ppm的铍(Be)；以及其他必要的杂质。进一步地，在制造工艺过程中，将熔融金属加热至约670℃至730℃的温度并且以约3.0m/s或更高的速度注射到模具中。
【专利说明】
用于压铸车辆部件的合金及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及用于压铸车辆部件（模铸车辆部件，die-cast vehicle parts)的合 金及用于制造合金的方法。因此，可以制造高耐腐蚀性的轻质铝合金并且将该轻质铝合金 用于压铸车辆部件。
【背景技术】
[0002] 通常，用于压铸车辆部件的ADC10/12合金成本较低并且具有优异的可铸性，因 此，该ADC10/12合金已经被广泛地使用。随着车辆的驾驶环境变得更加严峻，ADC10/12合 金已经逐渐显示出局限性。例如，由于缺乏耐久性可以引起损坏，由于海水的盐度或除雪 材料可以出现白锈等，直到最近尚未在车辆部件中得到解决。因此，已经出现了用于补充 ADC10/12合金的新合金的需要。
[0003] 此外，近来已经强化了环境法规以努力抑制环境污染，因此，环境法规已经变得更 严格。因此，已经不断地对车辆工业进行研究以减少车辆部件的重量从而提高燃料效率，但 是在确定可以替代目前使用的商业合金的具有必要性能和价格竞争力的可替代合金方面 仍具有困难。
[0004] 仅仅提供作为相关技术描述的内容用于帮助理解本发明的背景，而不应被认为与 本领域技术人员已知的相关技术相对应。

【发明内容】

[0005] 因此，在优选的方面，本发明提供了用于压铸车辆部件的合金及用于制造车辆部 件的方法，与由传统合金制造的那些车辆部件相比，所述车辆部件能够将耐久性增加大于 约40%。此外，可以防止在各种错部件中出现白锈（white rust)。当将具有改善的强度和 耐腐蚀性的新的铝合金用于压铸车辆部件时，通过减小合金的密度，对于相同的形状，可以 将其重量减小约7%。因此，可以减小铝压铸车辆部件的重量和成本并且可以改善铝压铸车 辆部件的耐久性。
[0006] 根据本发明的示例性实施方式，提供了用于压铸车辆部件的合金。合金可以包括： 作为主要成分的错（A1);基于合金组合物（合金组成，合金组分，alloy composition)的 总重量的约8. Owt%至10. 5wt%的量的镁（Mg);基于合金组合物的总重量的约1. 9wt%至 3. 4wt%的量的娃（Si);基于合金组合物的总重量的约0. 4wt%至2. Owt%的量的铜（Cu); 基于合金组合物的总重量的约〇. 3wt%至1. Owt%的量的猛（Μη);以最大约50ppm的铍 (Be);以及其他必要的杂质（essential impurities)。特别地，Mg与Si的重量比（Mg/Si) 范围从约3. 1至约4. 3。
[0007] Al-Mg-Cu基金属间化合物（Al-Mg-Cu类金属间化合物，Al-Mg-Cu-based intermetallic compound)的产生量可以等于或大于约7.0%。拉伸强度可以等于或大于 约300MPa并且屈服强度可以等于或大于约170MPa。作为主要强化相的Al-Mg-Cu基金属间 化合物可以连同Mg 2Si颗粒一起分散地分布在错基体（基质，matrix)中。Mg2Si颗粒的尺 寸可以在从约10 μ m至约30 μ m的范围内。
[0008] 还提供的是，本发明的合金可以在其组合物中由上述成分组成，或基本上由上述 成分组成。例如，如在本文中描述的用于压铸车辆部件的合金可以由下述组成或基本上 由下述组成：作为主要成分的铝（A1);基于合金组合物的总重量的约8. Owt%至10. 5wt% 的量的镁（Mg);基于合金组合物的总重量的约1.9wt%至3. 4wt%的量的硅（Si);基于合 金组合物的总重量的约0. 4wt%至2. Owt%的量的铜（Cu);基于合金组合物的总重量的约 0· 3wt %至1. Owt %的量的猛（Μη);以最大约50ppm的铍（Be)。
[0009] 根据本发明的另一个示例性实施方式，提供了制造用于压铸车辆部件的合金的 方法。特别地，合金可以包括：作为主要成分的铝（A1);基于合金组合物的总重量的约 8. Owt%至10. 5wt%的量的镁（Mg);基于合金组合物的总重量的约1. 9wt%至3. 4wt%的量 的娃（Si);基于合金组合物的总重量的约0. 4wt%至2. Owt%的量的铜（Cu);基于合金组 合物的总重量的约0. 3wt%至1. Owt%的量的锰（Μη);以最大约50ppm的铍（Be);以及其 他必要的杂质。进一步地，可以将其中Mg与Si的重量比（Mg/Si)范围可以从约3. 1至约 4. 3的熔融金属加热至约670°C至730°C的温度。可以以约3. 0m/s或更高的速度将熔融金 属注射到模具（die)中。
[0010] 进一步地，提供了可以包括具有如在本文中描述的组合物的合金的压铸车辆部 件。
[0011] 在【具体实施方式】和附图中包括了本发明的其他详细内容。
【附图说明】
[0012] 结合附图，根据以下【具体实施方式】将更清楚地理解本发明的以上和其他目标、特 征以及优点，在附图中：
[0013] 图1示出了包括来自相关技术的示例性微观结构的照片；
[0014] 图2示出了包括来自本发明的示例性实施方式的示例性微观结构的照片；
[0015] 图3示出了其中由于高注射速度而出现热裂纹的示例性部件；以及
[0016] 图4示出了取决于熔融温度的示例性流动性评价结果。
【具体实施方式】
[0017] 应理解的是，如在本文中使用的术语"车辆"或"车辆的"或其他类似术语包括广 义的机动车辆，如包括运动型多用途车辆（SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车 辆（passenger automobile);包括各种艇和船的水运工具；航空器等，并且包括混合动力 车辆（hybrid vehicle)、电动车辆、插入式混合动力电动车辆（plug-in hybrid electric vehicle)、氢动力车辆和其他可替代燃料车辆（例如，源自除了石油之外的资源的燃料）。 如在本文中提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，汽油动力和电 动力车辆。
[0018] 本文中使用的术语仅是为了描述特定的示例性实施方式的目的，而不是旨在限制 本发明。如在本文中使用的，除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式"一个"、"一种"和 "该"旨在也包括复数形式。将进一步理解，当用于本说明书中时，术语"包括"和/或"包 含"说明所述特征、整数（整体）、步骤、操作、元素（要素）和/或组分（组件）的存在，但 不排除一个或多个其他特征、整数（整体）、步骤、操作、元素（要素）、组分（组件）和/或 其组的存在或添加。如在本文中使用的，术语"和/或"包括所关联的列出项目中的一个或 多个的任何和所有组合。
[0019] 除非具体陈述或根据上下文显而易见，否则，如在本文中使用的，将术语"约"理解 为在本领域中正常公差的范围内，例如，在平均值的2个标准偏差内。可以将"约"理解为在 所述值的 1〇%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 5%、0· 1%、0· 05%或 0· 01% 内。除非从上下文另外清楚，否则本文中提供的所有数值由术语"约"修饰。
[0020] 在下文中，将参照附图描述根据本发明的各种示例性实施方式的用于压铸车辆部 件的合金及其制造方法。
[0021] 根据本发明的示例性实施方式的用于压铸车辆部件的合金可以包括铝（A1)作为 主要成分以实现与现有的用于压铸车辆部件的合金相比减轻的重量、改善的强度、以及改 善的耐腐蚀性能。用于压铸车辆部件的合金可以进一步包括：基于合金组合物的总重量的 约8. Owt%至10. 5wt%的量的镁（Mg);基于合金组合物的总重量的约1. 9wt%至3. 4wt% 的量的硅（Si);基于合金组合物的总重量的约0. 4wt%至2. Owt%的量的铜（Cu);基于合 金组合物的总重量的约0. 3wt%至1. Owt%的量的锰（Μη);以最大约50ppm的铍（Be);以及 其他必要的杂质。特别地，为了产生和适当分布Al-Mg-Cu基金属间化合物，Mg与Si的重 量比（Mg/Si)可以在从约3. 1至约4. 3的范围内，从而改善强度和耐腐蚀性。
[0022] 进一步地，在各种研究和实验期间可以通过添加 Mg、Si和Cu抑制金属间化合物 的产生。例如，可以将Mg/Si比设置为约1.98至2. 5以获得微观结构，然后，可以进行超声 波处理等，从而获得具有Al_Mg2Si的伪二元系工艺结构（pseudo-binary system process structure)的合金。然而，随着合金含量的增加，可以获得合金的目标伪二元系工艺结构的 工艺条件可能受限，因此，可能具有使得可能增大质量偏差的问题。
[0023] 因此，根据本发明的示例性实施方式，可以增大Mg/Si比以实现其中产生大量的 Al-Mg-Cu基金属间化合物和初晶（primary crystal)Mg2Si的复合的微观结构，从而与一 般铸造工艺过程中的传统合金相比，提供了改善的强度、减小的密度、改善的耐腐蚀性的合 金。
[0024] 图1示出了根据相关技术的示例性伪二元系工艺结构的照片。图2示出了包括根 据本发明示例性实施方式制备的示例性合金的示例性微观结构的照片。如在图1和图2中 不出的，与具有其中共晶Mg 2Si颗粒精细地分布在典型的错基体（A1基体）中的伪二兀系 工艺结构的微观结构相比，根据本发明的示例性实施方式的合金可以包括Al-Mg-Cu基（白 色）金属间化合物。特别地，Al-Mg-Cu基（白色）金属间化合物可以是均匀地分布在其中 的主要强化相。进一步地，示例性合金可以包括分布在其中的具有从约1〇μπι至约30μπι 的范围内的尺寸的初晶Mg2Si颗粒（黑色）。
[0025] 当Mg2Si颗粒的尺寸大于约30 μ m时，可能不会制备本发明的合金从而具有如用 于压铸车辆部件的约300MPa的足够的拉伸强度和约170MPa或更高的足够的屈服强度。当 Mg2Si颗粒的尺寸小于约10 μ m时，合金可能具有与如在图1中示出的相关技术中的伪二元 系工艺结构类似的结构。特别地，通过减小除了 Mg之外的其他合金元素的比率并且增加主 要基于初晶铝树脂的微观结构，从而最大化伸长率，可以将本发明的合金与传统的合金区 别开。
[0026] 在下文中，将描述限制根据本发明示例性实施方式的用于压铸车辆部件的合金的 组合物的数值的理由。
[0027] 如在本文中使用的，镁（Mg)可以是实现改善的强度、改善的耐腐蚀性、以及减小 的密度性能的最重要的元素之一。Mg的量可以是约8. Owt%至10. 5wt%。当添加小于约 8. Owt%的Mg时，可能不足以产生一定量的Al-Mg-Cu基金属间化合物，因此，可能不能获 得当添加 Si时期望量的Al-Mg-Cu基金属间化合物。因此，可能降低实现改善的强度、改 善的耐腐蚀性能的金属间化合物的量，因此，可能不能获得期望的物理性能。当以大于约 10. 5wt%的量添加 Mg时，可能发生Al-Mg-Cu基金属间化合物的热裂纹的粗化和生长，因 此，可能劣化可铸性和机械物理性能。
[0028] 如在本文中使用的，硅（Si)可以是改善合金的可铸性的成分，并且Si的量可以是 约1. 9wt%至3. 4wt%。当以小于约1. 9wt%的量添加 Si时，可能不能充分地改善可铸性， 而当以大于约3. 4wt %的量添加 Si时，可能产生大量的Mg2Si颗粒代替作为主要强化颗粒 的Al-Mg-Cu基金属间化合物，因此，可能降低耐腐蚀性和强度。
[0029] 而且，为了获得显著改善的强度和耐腐蚀性能，可以将Mg与Si的重量比（Mg/Si) 调整在约3.1至4. 3的范围内。当Mg/Si的比率小于约3.1时，可能粗化Si的尺寸。当 Mg/Si的比率大于约4. 3时，可能不能产生Mg2Si颗粒。
[0030] 如在本文中使用的，铜（Cu)可以与Mg -起形成作为强化相的Al-Mg-Cu基金属间 化合物。当以小于约0. 4wt %的量添加 Cu时，强化效果可能不充分，而当以大于约2. Owt % 的量添加 Cu时，可能产生从A1基体引起电化腐蚀的金属间化合物，因此，可能降低耐腐蚀 性。
[0031] 如在本文中使用的，可以添加锰（Μη)以减少可能在压铸过程中发生的模具焊接 (die soldering)的问题。当以小于约0.3wt%的量添加 Μη时，焊接降低效果可能不充分， 而当以大于约lwt %的量添加 Μη时，可能产生具有粗大的棒状的金属间化合物，因此，可能 降低强度。
[0032] 如在本文中使用的，铍（Be)可以是当熔融包括大量的Mg的合金时通过抑制表面 氧化而防止在产品中产生氧化物夹杂的有限元素 （finite element)。根据压铸工艺条件， 可以以最大约50ppm添加 Be。
[0033] 根据本发明的示例性实施方式，还提供了制造用于压铸车辆部件的合金的方法。 用于压铸车辆部件的合金可以具有以上描述的组合物（组成）。因此，可以防止由于当制备 用于典型的压铸产品的合金（ADC10/12)时可能发生的可铸性降低引起的填充缺陷问题和 由于热裂纹和缩孔的出现引起的铸造缺陷问题。特别地，根据本发明示例性实施方式的制 造用于压铸车辆部件的合金的方法可以采用诸如熔融金属温度、注射速度、冷却时间等的 铸造工艺条件，并且可以将这种工艺条件与传统的压铸工艺条件区分开以防止热裂、未填 充、收缩缺陷等，从而提供批量生产。因此，可以防止在传统的压铸部件过程中引起的这种 问题（例如，耐久性缺乏和白锈），并且可以获得减重效果。
[0034] 在制造用于压铸车辆部件的合金的示例性方法中，与ADC10/12合金相比，由于流 动性降低，所以可以将熔融金属温度升高到至少约670°C或更高的温度。而且，由于与其他 元素的含量相比，Mg的含量相对较高，所以可以将熔融金属温度限制到最高约730°C的温 度从而防止熔融金属氧化的问题。
[0035] 而且，由于与ADC10/12合金的糊状区（mushy zone)相比，根据本发明示例性实 施方式的合金可以具有较大的糊状区，所以可以减少填充时间。因此，高注射速度可以是 至少约3. Om/s或更高，并且可以将开关位置限制到最大为套筒长度（sleeve length)的 8/10点。如在表1中示出的，当每个实施例中的Mg的含量变化时，示出了每个实施例中 Al-Mg-Cu基金属间化合物的产生量。此外，比较了 Al-Mg-Cu基金属间化合物的产生量对于 改善Al-Mg-Si基合金中的强度和耐腐蚀性能的影响。
[0036] [表 1]
[0037]
[0038] 如在表1中示出的，当以约8. Owt%或更大的量添加 Mg时，产生足够量的金属间化 合物。金属间化合物的量与Mg的含量成比例地增加，但当以大于约10. 5wt%添加 Mg时，出 现热裂纹，因此，很可能增加铸造工艺过程中的次品率。
[0039] 当改变Al-10Mg_3Si基合金中的Cu含量时测试合金的机械特性以确认 Al-Mg-Si-Cu基合金的强度性能的改善。在以下表2中示出了结果。
[0040] [表 2]
[0041 ]
[0042] 如在表2中示出的，当Cu的含量增大时，改善了 Al-Mg-Si基合金的机械性能。
[0043] 为了获得300MPa或更高的目标改善强度，可以理解的是，可以以大于约0.4wt% 的量添加 Cu。类似于Mg，Cu具有与Cu含量的增加成比例的改善的机械特性，但是当以大 于约2. Owt%的量添加 Cu时，由于电化腐蚀所以耐腐蚀性降低，因此，需要限制Cu的量。
[0044] 图3示出了其中由于熔融金属高注射速度的变化可能出现热裂纹的示例性压铸 车辆部件。如在图3中示出的，作为实验的结果，当使用满足根据本发明示例性实施方式 的合金的组合物（组成）的相同熔融金属但高注射速度不同时，例如，当高注射速度是约 2. 4m/s、约2. 6m/s、以及约2. 8m/s时，出现热裂纹。同时，当高注射速度是约3. Om/s时热裂 纹消失，因此，可以获得改善的产品质量。
[0045] 图4示出了熔融熔化物的流动性评价试验的结果。作为使用满足根据本发明示例 性实施方式的合金的组合物的相同熔融金属的实验结果，熔融金属可以确保在约670°C或 更高的温度下足够的流动性。
[0046] 如以上描述的，按照根据本发明的用于压铸车辆部件的合金及其制造方法，与传 统的合金相比，可以增加耐久性大于40%，并且通过开发将高强度、高耐腐蚀性的新型铝合 金应用于其的压铸车辆部件，可以防止在各种铝部件中出现的白锈。而且，通过减小密度以 减少重量，相同形状的部件的重量可以减少约7%，并且可以降低铝压铸车辆部件的成本， 同时可以改善铝压铸车辆部件的耐久性。
[0047] 本领域技术人员将理解的是，在没有改变技术构思或必要特征的情况下，可以以 其他具体形式实践本发明。因此，应当理解的是，上述实施方式并非限制性的，但在所有方 面是示例性的。应当说明的是，由所附权利要求而非上述详细说明限定本发明的范围，并且 从权利要求的含义、范围及等同物推导的所有修改或改变均包括在本发明的范围内。
【主权项】
1. 一种用于压铸车辆部件的合金，包括： 作为主要成分的铝A1 ; 基于合金组合物的总重量的8. Owt %至10. 5wt %的量的镁Mg ; 基于合金组合物的总重量的1. 9wt%至3. 4wt%的量的硅Si ; 基于合金组合物的总重量的〇. 4wt%至2. Owt%的量的铜Cu ; 基于合金组合物的总重量的〇. 3wt%至1. Owt%的量的猛Μη ; 最大50ppm的铍Be ;以及 其他必要的杂质， 其中，Mg与Si的重量比Mg/Si范围从3. 1至4. 3。2. 根据权利要求1所述的合金，其中，Al-Mg-Cu基金属间化合物的产生量等于或大于 7. 0%〇3. 根据权利要求1所述的合金，其中，拉伸强度等于或大于300MPa并且屈服强度等于 或大于170MPa。4. 根据权利要求1所述的合金，其中，将作为主要强化相的Al-Mg-Cu基金属间化合物 连同Mg2Si颗粒一起分散地分布在铝基体中。5. 根据权利要求4所述的合金，其中，所述Mg 2Si颗粒的尺寸为10 μ m至30 μ m。6. 根据权利要求1所述的合金，基本上由以下组成： 作为主要成分的铝A1 ; 基于合金组合物的总重量的8. Owt %至10. 5wt %的量的镁Mg ; 基于合金组合物的总重量的1. 9wt%至3. 4wt%的量的硅Si ; 基于合金组合物的总重量的〇. 4wt%至2. Owt%的量的铜Cu ; 基于合金组合物的总重量的〇. 3wt%至1. Owt%的量的猛Μη ;以及 最大50ppm的铍Be。7. -种制造用于压铸车辆部件的合金的方法，其中，所述合金包括：作为主要成分的 错A1 ;基于合金组合物的总重量的8. Owt%至10. 5wt%的量的镁Mg ;基于合金组合物的总 重量的1. 9wt%至3. 4wt%的量的娃Si ;基于合金组合物的总重量的0. 4wt%至2. Owt%的 量的铜Cu ;基于合金组合物的总重量的0. 3wt%至1. Owt%的量的猛Μη ;以最大50ppm的铍 Be ;和其他必要的杂质，以及将Mg/Si范围从3. 1至4. 3的熔融金属加热至670°C至730°C 的温度并且以3. 0m/s或更高的速度注射到模具中。8. -种包括根据权利要求1所述的合金的压铸车辆部件。
【文档编号】C22C21/08GK105986154SQ201510094678
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月3日
【发明人】姜熙三
【申请人】现代自动车株式会社