[发明专利]模压淬火铝合金6020的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种模压淬火6XXX系列铝合金、优选铝合金6020的方法。这种经过模压淬火的铝合金可以被用作含铅合金6262-T6的直接替代物，从而解决了可能引起的任何环境问题。

发明背景

铝合金6020在1992年被开发出用于具有良好机械加工性能的冷加工产品。冷加工产品包括线材、杆材和棒材应用，这些已用于汽车工业和商业中。可将机械加工性能定义为材料可以被机械加工的相对容易性。机械加工处理包括例如粗加工、精加工和研磨这样的处理。良好的机械加工性能是难以测量的，但是一种已被使用了一段时间的评定体系基于字母等级对机械加工性能进行分类，“A”级是机械加工性能为最好，随后是“B”、“C”、“D”和“E”级，该体系考虑到下面的特性：

(1)切屑(chip)尺寸。较小的切屑尺寸比较大的切屑更被期望，因为这样的切屑使机械加工操作简化而且有利于从刀具工件接触面的更有效的热量排出。切屑不能太小，否则在例如通过钻孔或者切削的整个机械加工操作过程中它们会妨碍润滑剂的循环。相比之下，长而细的切屑易于自卷而非破裂。这样的切屑(有时被称为卷边)可能需要手动从机械加工区域除去，并且在散热方面没有较小的切屑有效，因为较大的切屑容易阻挡冷却润滑剂。

(2)刀具磨损。较低的刀具磨损率是期望的，以便通过增加刀具在超过指定工件的规定容限之前可使用的时间量而节省费用。较低的刀具磨损率还通过减少由于刀具更换引起的停工时间而提高生产率。

(3)表面光洁度。在刚机械加工状态下表现出非常平滑的外部表面光洁度的合金是更期望的，以消除或减少对随后的表面精加工操作(例如研磨和去毛刺)的需要。

(4)机械加工力。较低的机械加工力是更期望的，以便：减少功率要求以及在工件、刀具和刀头中产生的摩擦热的量；或者增加可以通过相同的功率需求实现的机械加工或金属去除量；以及

(5)机械和腐蚀性能。诸如强度的机械特性或者诸如抗腐蚀性的其它性能，对于机械加工性能可以是“可选的”。它们也可以是相当重要的，这取决于被机械加工的工件的预期最终用途。

虽然这种从“A”到“E”的评定体系是基于上文讨论的五种参数，但是对于任何给定的合金，每种参数的相对重要性根据预期最终用途而变化。

由于环境原因而希望将铅从合金中去除，这促使了铝合金6020的开发。曾期望将该合金扩展到模压淬火产品以便同样解决与模压淬火铝合金6262-T6相关的环境问题。模压淬火产品是如下从升高的变形挤压温度快速冷却的产品，通过浸入液体浴(例如油或水)以便快速从产品中提取热量。也可以使用空气作为液体的替代物。淬火的目的是抑制相转变从而获得提高的硬度或其它期望的性能。淬火的激烈程度取决于液体或空气从金属快速提取热的能力，这进而取决于其它因素，例如液体或空气的蒸发潜热、热导率、比热和粘性。

将6020扩展到模压淬火产品的尝试遇到了几个问题。一个问题是，在坯料再加热过程中镁(Mg)与锡(Sn)结合，导致低的强度(例如拉伸强度)，以及差的机械加工性。拉伸强度是产品对趋于将其拉开的力的抵抗性，以产品可以承受而不断裂的最大张力度量。当挤压铝合金产品例如坯料或锭料时，首先将其再加热到并保持在高于析出相在铝基体中的溶解温度(solubility temperature)的合金温度下，例如在由Al-Mg-Si合金制成的坯料中镁(Mg)-硅(Si)相的溶解温度，直到这些相溶解。产品然后被快速冷却或淬火到期望的挤压温度，以防止这些相在合金组织中的新析出。在800℉到920℉之间的温度，镁与锡快速结合形成镁锡。高于920℉时，镁和锡不结合并且实际上将彼此分离。低于800℉时，反应缓慢，并且在坯料再加热过程中典型没有足够的时间容许这两种元素充分结合。模压淬火6020合金的期望产品形式是杆材、棒材和线材应用。对于这种性质的模压淬火产品，典型使用825-900℉的坯料温度。如上文所述，该温度范围将不允许合金6020在模压淬火产品中实现可接受的机械加工性。