[发明专利]具有改进的高温特性的铸造铝合金

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2013年12月13日提交的美国临时申请号61/915,916的非临时申请并且要求所述临时申请的优先权，所述申请以引用的方式整体并入本文且构成其一部分。

发明领域

本发明总体上涉及一种用于铸造和其他应用的铝合金，并且在一些具体方面，涉及一种在高温下具有改进的强度、耐疲劳性和耐腐蚀性的铝合金，以及用于加工这类合金的方法。

背景

用于高温应用(例如，达200℃)的某些铝合金部件如涡轮增压器叶轮经常通过锻造2XXX系列铝合金制成。例如，涡轮增压器叶轮经常由锻造2618-T6合金制成。这类部件还可通过铸造3XX系列合金如354.0-T6来制成。然而，这类现有合金具有某些缺点和限制。例如，现有锻造合金可遭受腐蚀问题，特别是在较高操作温度下。此外，锻造合金具有另外缺点：比铸造合金固有成本更高(可能达3-4倍)来生产以及由于生产所需的锻造和机械加工的性质而具有受限的设计灵活性。现有铸造合金如C355.0-T61和354.0-T6具有在较高操作温度(例如，在150℃以上)降解的机械特性，如强度和耐疲劳性。一些现有铸造铝合金利用了高水平的铜或铁以产生增加的拉伸和屈服强度。然而，增加的Cu含量对这类合金的耐腐蚀性有害，并且增加的Fe含量对高温疲劳强度极其有害。

因此，这类合金在高温下使用时具有限制，并且这类限制可影响涡轮增压器本身的性能限制。提供本发明来解决这些问题和其他问题中的至少一些，并且提供未由现有合金、加工方法和制品提供的优点和方面。本发明的特征和优点的充分讨论延迟到以下详细说明中。

概述

以下呈现本发明的方面的总体概述以便提供对本发明的基本了解。此概述不是本发明的广泛综述。它不意图鉴定本发明的关键或重要要素或描述本发明的范围。以下概述仅以一般形式呈现本发明的一些方面作为以下提供的更详细说明的前序。

本公开的方面涉及一种铸造铝合金，其组成以重量百分比计包含：

Si：0.1-0.25

Fe：最多0.10

Cu：2.0-3.4

Ni：0.9-1.2

Mg：1.3-1.8

Ti：最多0.25，以及

一种或多种分散体形成元素，其余是铝和不可避免的杂质。在一个实施方案中，不可避免的杂质可各自以0.05wt.％的最大含量存在，并且不可避免的杂质的最大总含量可以是0.15wt.％。

根据一方面，所述一种或多种分散体形成元素选自由以下组成的组：钒、锆、锰、铬、钪、铪、铌、钇、钛以及其组合。在不同实施方案中，每种分散体形成元素可以达0.20wt.％或达0.15wt.％的量存在。或者，在不同实施方案中，所述分散体形成元素可一起以达0.20wt.％或达0.15wt.％的量存在。

根据另一方面，所述合金可具有最多0.08wt.％或最多0.06wt.％的铁含量。

根据另一方面，所述合金可具有2.0wt.％-3.2wt.％或2.0wt.％-3.0wt.％的铜含量。

根据另外方面，所述合金可具有最多0.20wt.％的钛含量，和/或所述合金可具有作为杂质的最多0.1wt.％的锌含量。

根据另一方面，所述合金是铸件，并且所述铸造合金可具有100μm或更小的合金平均晶粒尺寸。在一个实施方案中，铸造合金的平均晶粒尺寸可以是50μm或更小。

本公开的另外方面涉及一种由如本文所述的铝合金形成的铝合金产品，如铸造铝合金产品。这种铸造铝合金产品的一个实例是涡轮增压器叶轮或压缩机轮。可使用所述合金制造许多其他不同类型的铸造铝合金产品或其他铝合金产品。铸造产品可在铸造之后进行固溶热处理和/或人工时效处理，如通过T7热处理。

根据一方面，所述铸造产品能够在200℃的温度下均热至少1000小时之后耐受在250MPa负载下的至少150,000个循环。在其他实施方案中，所述铸造产品能够在这些相同条件下耐受至少200,000或250,000个循环。

根据另一方面，所述铸造产品在200℃的温度下均热至少1000小时之后具有在250MPa的负载下至少60,000个循环的B1可靠性值。

根据另一方面，所述铸造产品在175℃的温度下均热至少1000小时之后具有在250MPa的负载下至少90,000个循环的B1可靠性值。

根据另一方面，所述铸造产品在175℃或200℃的温度下均热至少1000小时之后具有在250MPa的负载下至少100,000个循环的B10可靠性值。