改良的包含钒的铝铸造合金的制作方法
【专利摘要】本发明公开了改良的具有钒的铝铸造合金。所述新型合金总体上包含从4.0到10.0wt.%的Si，从0.01到0.15wt.%的V，和至多0.10wt.%的Fe及其他元素。所述改良的铝铸造合金可以实现，例如，改良的强度和/或延伸率性能。
【专利说明】改良的包含钒的铝铸造合金
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本专利申请要求2011年9月19日提交的名称为“改良的包含钒的铝铸造合金”(MPROVED ALUMINUM CASTING ALLOYS CONTAINING VANADIUM)的美国临时专利申请N0.61/536,451的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
【背景技术】
[0003]铝铸造合金用于多种应用中。然而，改良铝铸造合金的一种性能而不降低其他性能是难以实现的。例如，提高合金的强度而不降低合金的延展性是困难的。
【发明内容】
[0004]本专利申请大体上涉及改良的铝铸造合金(也称为中间合金)和制造该合金的方法。具体来说，本专利申请涉及具有钒和任选的铁的铝铸造合金。概括来说，包含钒和任选的铁的新型铝铸造合金实现了改良的结合性能。
[0005]新型铝铸造合金一般包括从大约0.01到0.15wt.%的钒(V)。在一个实施例中，新型铝铸造合金可以包括从大约0.03到0.12wt.%的钒。在另一个实施例中，新型铝铸造合金可以包括大约0.05到0.1Owt.%的I凡。通过将招铸造合金中的钥;维持在上述含量内，任选地具有铁，可以实现改良的结合性能。例如，铝铸造合金可以实现改良的强度和延伸性及其他性能的结合。
[0006]在一种方案中，铝铸造合金包含不多于0.1Owt.%的铁。在一个实施例中，铝铸造合金包含不多于0.08wt.%的铁。在另一个实施例中，铝铸造合金包含不多于0.05wt.%的铁。在一些实施例中，铁包含在合金中。在这些实施例中，铝铸造合金包含至少0.01wt.%的铁。在一个实施例中，铝铸造合金包含0.01-0.1Owt.%的铁。在另一个实施例中，铝铸造合金包含0.01-0.08wt.%的铁。
[0007]在一种方案中，铝铸造合金是包含上述含量的钒的硅基铸造合金，任选地具有铁。娃基铸造合金可以是任何本领域技术人员已知的3xx系列铸造合金。在这种方案中，娃基铸造合金包含从4.0到10.0wt.%的硅，而且硅是铸造合金中除了铝以外最主要的合金元素。硅基铸造合金可以任选地包含下面定义的第二元素、第三元素和其他元素。在一个实施例中，硅基铸造合金包含从大约6.0到9.0wt.%的硅。在一个实施例中，硅基铸造合金包含从大约6.5到8.5wt.%的硅。
[0008]硅基铝合金可以包含一种或多种第二元素。这些第二元素选自由镁、铜、锌、镍及其组合所组成的组。出于多种目的，例如用于强化(例如，固溶强化、沉淀强化和组分强化)，第二元素可以包含在合金中。在一种方案中，硅基铸造合金包含镁。在一个实施例中，硅基铸造合金包含镁，并且是在从大约0.05到1.5wt.%范围内的镁。在其他实施例中，硅基铸造合金包含作为杂质的镁，即，不多于0.04wt.%的镁。
[0009]在一种方案中，硅基铸造合金包含铜。在一个实施例中，硅基铸造合金包含铜，并且是在从大约0.40到5.0wt.%范围内的铜。在其他实施例中，硅基铸造合金包含作为杂质的铜，即，不多于0.39wt.%的铜。
[0010]在一种方案中，硅基铸造合金包含锌。在一个实施例中，硅基铸造合金包含锌，并且是在从大约0.25到5.0wt.%范围内的锌。在其他实施例中，硅基铸造合金包含作为杂质的锌，即，不多于0.24wt.%的锌。
[0011]在一种方案中，硅基铸造合金包含镍。在一个实施例中，硅基铸造合金包含镍，并且是在从大约0.50到3.0wt.%范围内的镍。在其他实施例中，硅基铸造合金包含作为杂质的镍，即，不多于0.49wt.%的镍。
[0012]硅基铝合金可以包含第三元素，例如锰、铬、钛、锶、钠、锑及其组合。出于不同目的，可以向合金中加入一种或多种这些第三元素。例如，锰和/或铬可以包含在硅基铝合金中，以避免高压模铸中的模具黏模(die soldering)。钛可以包含在硅基铝合金用于晶粒细化。可以加入锶、钠和/或锑用于硅粒子改性。在这些实施例中，硅基铝合金通常包含每种不多于大约1.0wt.%的第三元素。当合金中包含第三元素时，合金通常包含至少大约0.01wt.%的第三元素(例如，0.01-1.0wt.%的Mn)。在一个实施例中，硅基铝合金包含
0.01到0.8wt.%的锰。在一个实施例中，硅基铝合金包含0.01到0.5wt.%的铬。在一个实施例中，硅基铝合金包含0.01到0.25wt.%的钛。在一个实施例中，硅基铝合金包含0.001到0.1wt.%的锶。在一个实施例中，硅基铝合金包含0.001到0.1wt.%的钠。在一个实施例中，硅基铝合金包含0.001到0.1wt.%的锑。
[0013]另外或作为钛晶粒细化的另一种选择，硅基铝合金可以包含TiB2和/或TiC作为晶粒细化剂。在一个实施例中，硅基铝合金包含0.001到0.03wt.%的硼。在一个实施例中，硅基铝合金包含0.001到0.03wt.%的碳。
[0014]硅基铝合金可以基本上不含其他元素(例如，脱氧剂，杂质)。其他元素指除了铝，上述的硅、钒、铁、第二元素和第三元素之外，可以包含在硅基铝合金中的周期表中的任意其他元素。在本段的上下文中，短语“基本上不含”指铝合金体包含每种不多于0.25wt.%的其他元素中的任意元素，并且这些其他元素的总组合量不超过0.50wt.%。在一个实施例中，这些其他元素的每一种在硅基铝合金中各自都不超过大约0.1Owt.%，并且这些其他元素的总组合量在硅基铝合金中不超过大约0.35wt.%。在另一个实施例中，这些其他元素的每一种在硅基铝合金中各自都不超过大约0.05wt.%，并且这些其他元素的总组合量在硅基铝合金中不超过大约0.15wt.%。在另一个实施例中，这些其他元素的每一种在硅基铝合金中各自都不超过大约0.03wt.%，并且这些其他元素的总组合量在硅基铝合金中不超过大约
0.1Owt.%。
[0015]硅基铝合金可以用于不同类型的铸造工艺，例如砂型铸造，熔模精密铸造(陶瓷壳型)、消失模铸造、金属型铸造、高压模铸、挤压铸造和半固态铸造，这里仅略举几例。不同铸造工艺制造的硅基铝合金二次枝晶臂间距(SDAS)可以在从I微米(例如，具有快速凝固速率)到100微米(例如，具有慢速凝固速率)的范围。例如，可以使用标准金相技术和“截距法”确定SDAS。截距法包括⑴作一条平行于一次枝晶的直线；(2)计算被截枝晶臂的数目；(3)使用下列等式计算具体的SDAS =SDAS=线长/臂的数目/放大倍数；以及(4)重复数次(至少5次)并且将结果取平均值得到总的SDAS。
[0016]该项新技术的这些和其他方面以及优点和新颖特征将会在接下来的说明书中部分地阐述，而且在本领域技术人员研究下列说明书和附图后将变得显而易见，或者可以通过实施本公开内容所提供的技术的一个或多个实施例来了解。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是示出了不同硅基铝铸造合金的性能的图表。
[0018]图2是示出了不同硅基铝铸造合金的性能的图表。
[0019]图3a_3b是示出了不同硅基铝铸造合金的微结构的照片。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
[0021]通过砂型铸造法铸造具有如下表1中列出的组分的几种硅基铝铸造合金。
[0022]表1-硅基铝铸造合金的组分(所有数值以质暈百分比计)
[0023]
【权利要求】
1.一种铝铸造合金，包含:
从 4.0 到 10.0wt.% 的硅(Si)；
从 0.01 到 0.15wt.% 的钒(V)； 至多 0.1Owt.% 的铁(Fe)； 任选的一种或多种下列第二元素:
从 0.05 到 1.5wt.% 的镁(Mg)；
从 0.40 到 5.0wt.% 的铜(Cu)；
从 0.25 到 5.0wt.% 的锌(Zn);和
从 0.50 到 3.0wt.% 的镍(Ni)； 任选的每种0.01-1.0wt.%的一种或多种下列第三元素:锰(Mn)、铬(Cr)、钛(Ti)、锶(Sr)、钠(Na)和锑(Sb)； 任选的从0.001到0.03wt.%的硼(B)； 任选的从0.001到0.03wt.%的碳(C)； 每种不多于0.25wt.%的任意其他元素，这些其他元素的总组合量不超过0.50wt.% ； 余量为铝和杂质。
2.根据权利要求1所述的铝铸造合金，包含从0.03到0.12wt.%的V。
3.根据权利要求1所述的铝铸造合金，包含从0.05到0.1Owt.%的V。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的铝铸造合金，包含不多于0.08wt.%的铁。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的铝铸造合金，包含不多于0.05wt.%的铁。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的铝铸造合金，包含至少0.01wt.%的铁。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的铝铸造合金，包含从6.0到9.0wt.%的硅。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的铝铸造合金，包含从6.5到8.5wt.%的硅。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的铝铸造合金，包含从0.01到0.8wt.%的锰。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的铝铸造合金，包含从0.01到0.5wt.%的铬。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的铝铸造合金，包含从0.01到0.25wt.%的钛。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的铝铸造合金，包含从0.001到0.1wt.%的锶。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的铝铸造合金，包含从0.001到0.1wt.%的钠。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的铝铸造合金，包含从0.001到0.1wt.%的锑。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包含每种不多于0.1Owt.%的其他元素，这些其他元素的总组合量不超过0.35wt.%。
16.根据权利要求1-14中任一项所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包含每种不多于0.05wt.%的其他元素，这些其他元素的总组合量不超过0.15wt.%。
17.根据权利要求1-14中任一项所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金包含每种不多于0.03wt.%的其他元素，这些其他元素的总组合量不超过0.1Owt.%。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的铝铸造合金，其特征在于，所述合金实现从I微米到100微米的二次枝晶臂间距(SDAS)。
【文档编号】C22C21/02GK103842534SQ201280043338
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年9月19日 优先权日:2011年9月19日
【发明者】克劳斯·M·米勒, 拉尔夫·沙伊德, 马丁·沃斯 申请人:美铝有限责任公司