1.本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，具體地涉及特征在于高耐腐蝕性的鋁基合金。該合金可用于通過在金屬模具中鑄造來制造薄壁復(fù)雜形狀的鑄件。

背景技術(shù)：

2.對(duì)于a-si體系的工業(yè)不可熱處理合金，例如a413.2或ak12pch(gost1583)，其特征在于鑄造時(shí)的高加工性和相對(duì)低水平的強(qiáng)度特性；特別地，根據(jù)鑄件的厚度，屈服強(qiáng)度通常不超過60-80mpa。通過添加銅提供已經(jīng)處于鑄造狀態(tài)的鑄件的更高水平的強(qiáng)度特性；特別地，諸如aa383.1或ak12m2等合金是已知的。在這種情況下的機(jī)械性能的提高伴隨著伸長(zhǎng)率的顯著降低和耐腐蝕性的劣化。

3.不可熱處理且耐腐蝕的合金包括基于al-mg體系的固溶體合金，例如amg6l、amg5k、amg5mz(gost1583)和59(rheinfelden alloys)等，其特征在于鑄造時(shí)的令人滿意的加工性、良好的耐腐蝕性、高水平的強(qiáng)度特性和伸長(zhǎng)率。該體系的合金的缺點(diǎn)包括薄壁鑄件的高線性收縮率和不充分的緊密性。

4.在具有0.2-0.5重量％的鎂的鋁硅合金中實(shí)現(xiàn)高水平的強(qiáng)度特性、伸長(zhǎng)率和耐腐蝕性的組合；特別地，ak9(gost1583)、36(rheinfelden alloys)、37(trimet)和其它合金是已知的。硬化顯著地使鑄件生產(chǎn)周期復(fù)雜化，因?yàn)檫@會(huì)引起鑄件的翹曲(特別是當(dāng)使用水淬時(shí))、尺寸變化和裂紋。

5.在專利ru2660492中公開的nitu misis發(fā)明是已知的。用于鑄造狀態(tài)的材料含有5.4-6.4重量％的鈣、0.3-0.6重量％的硅和0.8-1.2重量％的鐵。所提出的發(fā)明的缺點(diǎn)包括不超過2.6％的低相對(duì)伸長(zhǎng)率，這限制了材料在核心鑄件中的使用。

6.已知用于汽車和航空航天應(yīng)用的結(jié)構(gòu)部件的al-ni-mn鑄造合金是由alcoa開發(fā)并在專利us6783730b2(2004年8月31日公布)中公開的品牌硅鋁合金的替代物。在2-6重量％的ni、1-3重量％的mn、1重量％的fe、小于1重量％的硅的情況下，以及在其它不可避免的雜質(zhì)的情況下，該合金可用于生產(chǎn)具有鑄造和機(jī)械性能的良好組合的鑄件。所提出的發(fā)明的缺點(diǎn)包括以下事實(shí)：通過使用高純度鋁等級(jí)和高鎳含量來確保高水平的鑄造和機(jī)械性能，這顯著增加了所生產(chǎn)的鑄件的成本。此外，所提出的材料在整個(gè)濃度范圍內(nèi)是不可熱處理的，這限制了其使用。同時(shí)，鑄件的耐腐蝕性在高鎳濃度區(qū)域中顯著降低。

7.基于al-ni和al-ni-mn體系的鑄造鋁合金和由其生產(chǎn)鑄造部件的方法是已知的，其描述于alcoa發(fā)明us8349462b2(2013年1月8日公布)和rheinfelden alloys gmbh&co.kg的申請(qǐng)ep2011055318中。該發(fā)明提出用于鑄造應(yīng)用的合金組合物。在所提出的發(fā)明中常見的是1-6％的高鎳含量，這決定了主要缺點(diǎn)在于耐腐蝕性顯著降低。由于相對(duì)低的鎳和錳含量，鑄造合金具有低水平的強(qiáng)度特性。

8.已知的是由nitu misis提出并在2013年3月27日公布的俄羅斯專利2478131c2中公開的基于al-ni-mn體系的材料。該材料含有1.5-2.5重量％的ni、0.3-0.7重量％的fe、1-2重量％的mn、0.02-0.2重量％的zr、0.02-0.12重量％的sc和0.002-0.1重量％的ce。由退

火(不使用淬火操作)后的合金制成的鑄件的特征在于至少250mpa的極限電阻和至少4％的伸長(zhǎng)率。這種合金的第一個(gè)缺點(diǎn)是其形成集中孔隙的趨勢(shì)增加，這使得難以獲得高品質(zhì)的相對(duì)大的鑄件。第二個(gè)缺點(diǎn)是需要使用較高的鑄造溫度，這在鑄造廠的條件下無法總能實(shí)現(xiàn)。

9.與所提出的材料最接近的材料是于https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138410處可獲得的出版物中所公開的材料，其含有(重量％)：al-3.5％ca-0.9％mn-0.5％fe-0.1％zr-0.1％sc。該出版物的作者認(rèn)為此材料是變形合金，其過程鏈不包括水淬。該出版物顯示了將該出版物中提到的合金用于鑄件和在鑄造狀態(tài)下使用的非顯而易見性。所提出的發(fā)明的缺點(diǎn)包括存在昂貴的鈧，以及需要使用熱處理來實(shí)現(xiàn)鋯和鈧的聯(lián)合添加的硬化效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

10.本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種新的鑄造鋁合金，其設(shè)計(jì)成通過各種鑄造成金屬模具的方法生產(chǎn)薄壁鑄件，特別是重力鑄造、高壓鑄造、低壓鑄造、液態(tài)鍛造，但不限于滿足一組工藝和腐蝕特性的規(guī)定要求。

11.本發(fā)明的技術(shù)結(jié)果是提供鑄造中的工藝特性和耐腐蝕性的給定組合。

12.該技術(shù)結(jié)果通過提出具有以下合金元素濃度的鋁基鑄造合金來實(shí)現(xiàn)：

13.1.5-5.1重量％的鈣

14.0.1-1.8重量％的鋅

15.至多0.7重量％的鐵

16.至多1.0重量％的硅

17.任選地，至少一種選自下組的元素：

18.0.2-2.5重量％的錳

19.0.005-0.1重量％的鈦

20.0.05-0.14重量％的鋯

21.0.05-0.15重量％的鉻

22.余量的鋁和不可避免的雜質(zhì)。

23.在具體形式中，鈣和鋅在結(jié)構(gòu)中主要以共晶顆粒的形式呈現(xiàn)。該合金以鑄件的形式制成。

24.不超出第一權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的各種修改和改進(jìn)是允許的。

具體實(shí)施方式

25.由于所選擇的合金元素的組合，所提出的合金的特征在于結(jié)晶間隔窄，其與大量的共晶相組合提供了良好水平的鑄造特性，并且歸結(jié)于溶解在鋁固溶體中的元素，即在鑄造狀態(tài)下具有令人滿意水平的強(qiáng)度特性。同時(shí)，對(duì)于所選擇的合金元素的各種組合，所要求保護(hù)的范圍內(nèi)的耐腐蝕性保持在良好的水平。

26.合金元素的可接受選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)是所需結(jié)構(gòu)的形成，不包括粗初晶的存在和/或共晶相的粗化；濃度范圍的合理性說明如下。

27.1.5-5.1重量％的鈣和0.1-1.8重量％的鋅的濃度提供良好的鑄造性能，因?yàn)殁}和

鋅主要形成足夠量的共晶相。鈣和鋅的聯(lián)合引入的主要作用是形成聯(lián)合共晶相al4(ca,zn)，其中鋅原子取代鈣。結(jié)果，強(qiáng)度特性的水平進(jìn)一步提高。如果鈣含量低于所述水平，將導(dǎo)致鑄造特性降低。如果鋅降低到低于所述水平，則不會(huì)觀察到強(qiáng)度特性的顯著增加。超過所述水平的鈣和鋅含量將導(dǎo)致粗糙結(jié)構(gòu)的形成和機(jī)械性能的顯著降低。

28.鐵和硅含量主要由用于制備合金的鋁的純度決定。然而，鐵和硅也可以用作合金元素，因?yàn)橹炼?.0重量％的量的硅在固溶體和共晶之間再分配，這一方面由于在鑄造狀態(tài)下額外的固溶體硬化而提供強(qiáng)度特性的增加，另一方面通過增加共晶而積極地影響合金鑄造特性。由于較高的硅含量，共晶相的形態(tài)劣化，這通常降低強(qiáng)度特性。至多0.5重量％的量的鐵主要形成共晶來源的相，其通過增加共晶的量而積極地影響合金的鑄造特性。鐵濃度增加超過0.5重量％可能導(dǎo)致共晶相粗化，結(jié)果導(dǎo)致機(jī)械性能降低。

29.為了通過提供固溶體硬化來提高強(qiáng)度特性，主要是在鑄造狀態(tài)下，至多2.5重量％的量的錳是必要的。當(dāng)錳含量高于2.5重量％時(shí)，al6(fe,mn)相的初晶可在結(jié)構(gòu)中形成，這可導(dǎo)致機(jī)械特性的降低。低于0.2重量％的錳含量不會(huì)導(dǎo)致顯著的固溶體硬化，因此強(qiáng)度特性的增加較小。

30.分別在0.05-0.14重量％和0.05-0.15重量％的規(guī)定限度內(nèi)的鋯和鉻是提供固溶體硬化所必需的。較低濃度的這些元素不會(huì)導(dǎo)致鑄造狀態(tài)下強(qiáng)度特性的顯著增加。較大的量將需要比一般的鑄造溫度更高的鑄造溫度，這將降低鑄造模具的穩(wěn)定性；否則，形成al7cr和al3zr相的初晶的可能性高，這不會(huì)由于引入這些元素而增加機(jī)械性能的水平。

31.需要0.005-0.1重量％的鈦來將鋁固溶體改性。結(jié)構(gòu)中較高的鈦含量可能導(dǎo)致初晶的出現(xiàn)，這將降低機(jī)械性能的總體水平，而較低的鈦含量將不能實(shí)現(xiàn)該元素的積極效果。鈦可以作為多組分連接物引入，例如al-ti-b和/或al-ti-c，使得合金可以在具有鈦的化合物中含有硼和碳，其量與相應(yīng)連接物的含量成比例。對(duì)于所討論的范圍，作為獨(dú)立元素的硼和碳對(duì)機(jī)械和鑄造性能沒有顯著影響。此外，在鈦的存在下，在一些情況下注意到在鑄造期間形成熱裂紋的傾向降低。

32.實(shí)施例

33.使用以下裝載材料制備合金(重量％)：鋁等級(jí)a99和a8，鋅等級(jí)c0，鈣作為金屬鈣和連接物al-6ca，錳作為連接物al-10％mn，連接物al-10％zr，al-10％cr，al-5％ti。

34.實(shí)施例1

35.為了評(píng)價(jià)合金元素對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的影響，在實(shí)驗(yàn)室條件下制備13種合金組合物(表1)。

36.表1

–

實(shí)驗(yàn)合金的化學(xué)組成(重量％)

[0037][0038]

其它元素的含量通常不超過0.05重量％。合金的化學(xué)組成選自獲得由鋁固溶體和共晶組分組成的結(jié)構(gòu)的條件。在金屬模具中重力鑄造試樣，“單獨(dú)鑄造的樣品”。模具溫度可以在20-60℃的范圍內(nèi)變化。鑄件是直徑為10mm且估算長(zhǎng)度為50mm的拉伸試樣，其在鑄造后立即進(jìn)行拉伸測(cè)試(測(cè)定屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率)而不進(jìn)行機(jī)械加工。從試樣頭部評(píng)價(jià)試樣的結(jié)構(gòu)。

[0039]

表2

–

鑄造狀態(tài)下的機(jī)械性能(重力鑄造到金屬模具中)

[0040][0041]

*-表1的組合物

[0042]

對(duì)所研究合金的結(jié)構(gòu)分析表明，表1所考慮的組成的結(jié)構(gòu)主要由鋁固溶體和由相應(yīng)元素形成的共晶相組成。同時(shí)，所有實(shí)驗(yàn)合金中的鈣和鋅主要以共晶顆粒的形式呈現(xiàn)。

[0043]

組合物2、5和12是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈冊(cè)阼T造狀態(tài)下使用時(shí)具有良好的屈服強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率之比。使用組合物5的實(shí)施例(表1)的最理想的合金結(jié)構(gòu)示于圖1中。

[0044]

實(shí)施例2

[0045]

所要求保護(hù)的合金的組合物2、5、8和11的實(shí)施例(表1)的耐腐蝕性通過在以下程

序下暴露于中性鹽霧進(jìn)行的加速腐蝕測(cè)試的方法來評(píng)價(jià)：1個(gè)循環(huán)：在25

±

1℃的溫度下在鹽霧室中用5％ nacl溶液噴霧浸泡8小時(shí)，然后在不噴灑溶液的情況下于35

±

3℃下浸泡16小時(shí)，總共7個(gè)循環(huán)。通過改變?cè)嚇拥谋砻嫱庥^和腐蝕損壞的深度(金相方法)評(píng)價(jià)結(jié)果。adc6型合金被用作參照，其特征在于在鑄造鋁合金中具有最高的耐腐蝕性。

[0046]

從結(jié)果的比較分析可以看出，在測(cè)試過程中，所檢查的組合物和標(biāo)準(zhǔn)物的表面顏色從銀變?yōu)殂y黃，并且單個(gè)表面損傷至多10微米，且沒有明顯的腐蝕損傷。

[0047]

實(shí)施例3

[0048]

使用熱脆性(hb)參數(shù)，使用“豎琴鑄造(harp casting)”評(píng)價(jià)鑄造特性，其中最佳指標(biāo)是獲得具有最大“棒”長(zhǎng)度的鑄件(圖2)。使用合金2、4和12作為實(shí)施例(表1)評(píng)價(jià)熱裂紋的傾向。adc6型合金用作比較。顯示了合金2、4和12中沒有裂紋(表1)，這在大多數(shù)al-si合金的水平上是良好的指標(biāo)，相比之下，對(duì)于adc6合金，從最大長(zhǎng)度開始鑄造的約40％的棒失效。

[0049]

實(shí)施例4

[0050]

為了評(píng)價(jià)合金12(表1)的機(jī)械性能，通過注塑(hpdc)鑄造2mm厚的板。通過模具的真空化進(jìn)行鑄造。模具溫度為約150℃。熔體的溫度為710℃。從鑄造的板上切割的樣品的拉伸測(cè)試結(jié)果示于表3中。

[0051]

表3

–

2mmhpdc鑄造板(鑄造狀態(tài))的拉伸測(cè)試結(jié)果

[0052]

σ

t

,mpaσ

0.2

(mpa)δ,％2121129.5技術(shù)特征：

1.具有以下合金元素分配的鋁基鑄造合金：1.5-5.1重量％的鈣0.1-1.8重量％的鋅至多0.7重量％的鐵至多1.0重量％的硅任選地，至少一種選自下組的元素：0.2-2.5重量％的錳0.005-0.1重量％的鈦0.05-0.14重量％的鋯0.05-0.15重量％的鉻余量的鋁和不可避免的雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，其含有以下再分配的合金元素：2.8-5.0重量％的鈣0.2-1.2重量％的錳至多0.5重量％的鐵至多1.0重量％的硅0.1-1.6重量％的鋅。3.如權(quán)利要求1或2所述的合金，其特征在于，其中的鈣和鋅主要是共晶顆粒的形式。4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的合金，其特征在于，其以鑄件的形式制成。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，具體地涉及鋁基合金，并且可以用于通過在金屬模具中鑄造來制造薄壁復(fù)雜形狀的鑄件，特別是用于汽車部件、電子器件的零件等。該鋁基鑄造合金含有：1.5-5.1重量％的鈣；至多0.7重量％的鐵；至多1.0重量％的硅；0.1-1.8重量％的鋅；任選地，以下中的一種或多種：0.2-2.5重量％的錳；0.005-0.1重量％的鈦；0.05-0.14重量％的鋯；0.05-0.15重量％的鉻，其中鈣和鋅主要以共晶顆粒的形式存在于合金的結(jié)構(gòu)中。技術(shù)結(jié)果是提供鑄造中工藝性質(zhì)和耐腐蝕性的所需組合。藝性質(zhì)和耐腐蝕性的所需組合。

技術(shù)研發(fā)人員：K

受保護(hù)的技術(shù)使用者：輕材料與技術(shù)研究所有限責(zé)任公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.09.15

技術(shù)公布日：2023/5/4