专利名称：铝合金铸件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有良好耐热性的铝合金铸件。
背景技术：
目前，对于受热应力的零件，一般使用AlSi合金，其中耐热性是通过向合金中加入Cu来实现的。但是，铜还会增强热裂趋向，对铸造性能有负面影响。特别要求耐热性的应用主要是在汽车制造中的汽缸盖领域，例如参见F.J.Feikus，“Optimierung von Aluminium-Silicium-Gusslegierungen für Zylinderkpfe”，Giesserei-Praxis 1999，第2册，50-57页。
WO-A-0043560公开了一种铝合金，含2.5-7.0重量％Mg、1.0-3.0重量％Si、0.3-0.49重量％Mn、0.1-0.3重量％Cr、最多0.15重量％Ti、最多0.15重量％Fe、最多0.00005重量％Ca、最多0.00005重量％Na、最多0.0002重量％P、分别最多0.02重量％的其它杂质和余量的铝，以用于制造硬模铸造、模压铸造、触变成形或触变锻造工艺中的安全零件。
发明内容
本发明的的目的在于提供一种适于受热应力零件的制造的具有良好耐热性的铝合金。此合金尤其适合硬型铸造、低压冷硬铸造和砂型铸造。
由此合金铸造的零件应当具有高强度以及高延展性。期望的零件机械性能如下屈服强度Rp0.2＞ 170Mpa抗拉强度Rm ＞ 230Mpa断裂伸长A5 ＞ 6％由于其用途，合金的腐蚀趋向应保持尽可能低，且该合金必须具有相应的良好疲劳强度。合金的铸造性能应当优于目前使用的AlSiCu铸造合金，且合金应当无热裂趋向。
术语“铸件”不仅包括完全通过铸造制造的纯零件，还包括那些通过铸造预制然后通过热成型或冷成型形成成品尺寸的零件。
纯铸件的例子是那些完全通过砂型铸造、硬型铸造、低压冷硬铸造、硬模铸造、触变铸造或模压铸造制造的零件。
对预铸件进行的成型操作例如是锻造和触变锻造。
本发明的目的是由具有以下组成的铝合金实现的2-4重量％Mg0.9-1.5重量％Si0.1-0.4重量％Mn0.1-0.4重量％Cr最多0.2重量％Fe最多0.1重量％Cu最多0.2重量％Zn最多0.2重量％Ti最多0.3重量％Zr最多0.008重量％Be最多0.5重量％V以及余量的铝，其中其它元素和在制造中引入的杂质的含量分别最多为0.02重量％且总量最多为0.2重量％。
各合金元素优选以下含量范围Mg 2.5-3.5重量％，尤其2.7-3.3重量％Si 0.9-1.3重量％Mn 0.15-0.3重量％Cr 0.15-0.3重量％Ti 0.05-0.15重量％Fe 最多0.15重量％Cu 最多0.05重量％Be 0.002-0.005重量％V 0.01-0.1重量％Zr 0.1-0.2重量％合金元素的作用可以大致表征如下硅连同镁产生相应的硬化，特别是热硬化。优选热处理到T6状态，例如在550℃固溶退火12小时并接着在160-170℃人工老化8-10小时。
锰和铬的组合产生在高达180℃的持续温度下的良好耐热性。
钛和锆用于晶粒细化。好的晶粒细化对提高铸造性能有很大帮助。
铍连同钒减少废渣的形成。
根据本发明所述的铸件的一个优选应用领域是受热应力零件，特别是压力容器、压缩机外壳和发动机元件如汽车制造中的气缸盖。这些零件优选使用砂型铸造或冷硬铸造工艺制造。
本发明的其它优点、特征和细节记述在下面对优选实施例和附图的说明中。
图1-3本发明的合金与现有技术的对比合金在500小时的持续温度载荷后的抗拉强度、屈服强度和断裂伸长随温度的变化曲线。
具体实施例方式
对具有表1所示组成的根据本发明所述的合金AlMg3Si1MnCr和对比合金AlSi7MgCu1(F.J.Feikus，“Optimierung von Aluminium-Silicium-Gusslegierungen für Zylinderkpfe”，Giesserei-Praxis 1999，第2册，50-57页)在持续温度载荷下的长期性能进行了比较。
表1合金的化学组成(重量％)
将根据本发明所述的合金在根据Diez的试验棒模型中浇铸成直径16mm的圆棒。测量在不同温度的500小时持续温度载荷后圆棒在状态T6(165℃/6小时)的机械性能即屈服强度(Rp0.2)、抗拉强度(Rm)和断裂伸长(A5)。测量上述F.J.Feikus的零件，得到对比合金的相应测量值。结果图示在图1中。
虽然根据本发明所述的合金AlMg3Si1MnCr在屈服强度和抗拉强度方面没有达到对比合金AlSi7MgCu1的峰值，但它的温度性能“可变性较小”。此可变性在实施中具有破坏作用，温度的轻微改变就会造成机械性能的巨大变化。本发明所述合金的屈服强度在直到约180℃都保持在大约同一水平，直到约200℃逐渐减少，只有在约200℃以上才开始连续减小。所述连续减小的梯度小于合金AlSi7MgCu1。
对于断裂伸长，根据本发明所述的合金特征在于在直到180℃都是一个几乎不变的值。高断裂伸长值可以提供有利的断裂/失效行为。在零件破裂前可以产生明显的变形。在180℃以上，断裂伸长连续增大。在对比合金AlSi7MgCu1中可以看到明显的硬化效果。低伸长值导致不利的失效行为，即零件只轻微变形或根本不变形。在载荷峰处，零件毫无预兆地破裂。
权利要求
1.具有良好耐热性的铝合金铸件，特征在于合金中含有2-4重量％Mg0.9-1.5重量％Si0.1-0.4重量％Mn0.1-0.4重量％Cr最多0.2重量％Fe最多0.1重量％Cu最多0.2重量％Zn最多0.2重量％Ti最多0.3重量％Zr最多0.008重量％Be最多0.5重量％V以及余量的铝，其中其它元素和在制造中引入的杂质的含量分别最多为0.02重量％且总量最多为0.2重量％。
2.根据权利要求1所述的铸件，特征在于合金中含有2.5-3.5重量％Mg，特别是2.7-3.3重量％Mg。
3.根据权利要求1或2所述的铸件，特征在于合金中含有0.9-1.3重量％Si。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的铸件，特征在于合金中含有0.15-0.3重量％Mn。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的铸件，特征在于合金中含有0.15-0.3重量％Cr。
6.根据权利要求1-5中任何一项所述的铸件，特征在于合金中含有0.05-0.15重量％Ti。
7.根据权利要求1-6中任何一项所述的铸件，特征在于合金中含有最多0.15重量％Fe。
8.根据权利要求1-7中任何一项所述的铸件，特征在于合金中含有最多0.05重量％Cu。
9.根据权利要求1-8中任何一项所述的铸件，特征在于合金中含有0.002-0.005重量％Be。
10.根据权利要求1-9中任何一项所述的铸件，特征在于合金中含有0.01-0.1重量％V。
11.根据权利要求1-10中任何一项所述的铸件，特征在于合金中含有0.1-0.2重量％Zr。
12.根据权利要求1-11中任何一项所述的铸件，所述铸件是在砂型铸造或冷硬铸造工艺中制造的。
13.权利要求1-12中任何一项所述的铸件在压力容器、压缩机外壳和发动机零件如汽车制造中的气缸盖中的应用。
全文摘要
一种具有出色耐热性的铝合金铸件，合金中含有2－4重量％Mg、0.9－1.5重量％Si、0.1－0.4重量％Mn、0.1－0.4重量％Cr最多0.2重量％Fe、最多0.1重量％Cu、最多0.2重量％Zn、最多0.2重量％Ti、最多0.3重量％Zr、最多0.008重量％Be、最多0.5重量％V以及余量的铝，其中其它元素和在制造中引入的杂质的含量分别最多为0.02重量％且总的最多为0.2重量％。
文档编号C22C21/06GK1654694SQ20051000902
公开日2005年8月17日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年2月11日
发明者H·科赫, R·弗兰克 申请人:莱茵费尔登炼铝厂有限责任公司