[发明专利]提高铝合金高压压铸件的机械性能的方法

说明书

技术领域

本发明的实施方案大体上涉及铝合金高压压铸件(aluminum alloyhigh pressure die casting)，特别涉及提高铝合金高压压铸件的机械性能的方法和在高压压铸和热处理工艺中制造铝合金高压压铸件的方法。

背景技术

高压压铸(HPDC)工艺由于该工艺的低成本以及它们为由其制成的铸件提供的精密尺寸公差(近净形)和光滑表面光洁度而广泛用于金属部件的大规模生产。例如，汽车工业的制造商使用HPDC制造用于发动机，特别是传动用途的近净形铝合金铸件。

但是，传统HPDC工艺的一个缺点在于，对大多数高压压铸铝合金而言，HPDC铸件通常不耐受在高温，如大约500℃的固溶处理(T4)。这显著降低通过完全T6和/或T7(＝T4+T5，见下列详述)热处理使铸件沉淀硬化的潜力。由于该部件中的大量孔隙和空隙，该铸件通常不耐受固溶处理(T4)。这些孔隙和空隙通常可归因于合金在凝固过程中从低密度液体金属收缩成高密度固体铸件，特别归因于在用熔融金属填充模具的同时夹带的模壁润滑剂的分解形成的气体，如空气、氢气或蒸气。因此，几乎所有HPDC铸件中都有大气泡形成。此外，HPDC铸件内的含有气体或气体形成性化合物的内部孔隙典型地在传统固溶处理过程中在升高的温度下膨胀，由此在铸件上形成表面气泡。这些气泡的存在不仅影响铸件的外观，还影响铸件的尺寸稳定性和特别是机械性能。

因此，为避免起泡潜力，传统铝合金HPDC铸件通常以铸态(as-cast)使用，和/或在较低程度上，以时效态使用，如T5。但是，即使对HPDC铸件施以传统T5时效，屈服强度和其它机械性能的提高仍非常有限，这是因为在传统的铸态铝合金高压压铸件中，由于凝固后的缓慢冷却，在人工时效(T5)中可供强化的溶质浓度极低。另外，针对时效前的材料中的给定溶质浓度，在中等温度的传统单步等温时效(T5)在许多情况下不能使机械性能最大化。因此，与其它铸造法相比，对于给定组成的铝合金，传统HPDC铸件的机械性能通常低，这是因为通过其它铸造法制成的铝合金铸件通常可以在完全T6或T7条件中热处理。

经过发展的技术，比如在装模过程中使用真空除去模腔中的空气，改进HPDC铸件的品质和它们的固溶处理能力。但是，由于设施和维护的高成本以及操作复杂性，这些技术的应用仍然有限。此外，也公开了可以通过使用短得多的固溶处理时间和较低温度而在一定程度上避免起泡。例如，使用强化铝合金360(Al-9.5Si-0.5Mg)和380(Al-8.5Si-3.5Cu)的实验已经表明，在这种改良的固溶处理后仍可能有对时效的显著响应([1]R.N.Lumley，R.G.O’Donnell，D.R.Gunasegaram，M.Givord，国际专利申请PCT/2005/001909；[2]R.N.Lumley，R.G.O’Donnell，D.R.Gunasegaram，M.Givord：Mat.Sci.Forum，2006，第519-522卷，第351-359页；[3]R.N.Lumley，R.G.O’Donnell，D.R.Gunasegaram，M.Givord：Proc 13th Die Casting Conference of the Australian Die CastingAssociation，Melbourne，Australia，2006，P25；和[4]R.N.Lumley，R.G.O’Donnell，D.R.Gunasegaram，M.Givord，Metall Trans.2008印刷中)。但是，这些实验看起来价值有限，这不仅由于所公开的数据仅基于具有极低孔隙率的试样，还由于固溶(T4)热处理工艺参数范围对高度复杂的HPDC铸件而言太窄。