[发明专利]用于薄壁铸件的含镁的铝基合金

说明书

公开了一种铝‑镁合金，其提供用于在钢模中铸造的优异性质和用于形成包括薄壁部分的复杂形状的铸件的良好延展性。该铝基合金含有按重量%计大约2‑15%镁、0.2至3%硅、0.05至0.5%铬、0.05至0.5%锰、0.05至0.2%钛和最低含量的铁。在其熔融状态下，可在高压压铸程序中将这种铝‑镁‑铬合金推入铁基模具的模腔并且其依循具有薄腔部分的复杂形状的模具表面而不溶解显著量的铁或在模具表面上发生模具焊合。所得铸件表现出良好的强度和延展性并可在固溶热处理后通过人工老化过程进一步增强。

技术领域

含有2至15重量%镁、0.2至3重量%硅和少量铬、锰和钛的铝基合金可用于薄壁产品如汽车车身结构铸件的高压压铸。该合金提供强度和延展性的良好组合并耐受在加工，如制品的高压压铸过程中的铁溶解以防止模具焊合（die-soldering）。

发明背景

2016年5月31日颁发并转让给本发明的受让人的名称为“Integration of One PieceDoor Inner Panel with Impact Beam”的美国专利9,352,388描述了用于制造包括整体防撞梁的汽车侧门的内门板的压铸法。该专利的共同发明人包括本发明的共同发明人。‘388专利反映了使用轻质金属合金和聚合物制造轻型制品的需要。

但是，仍然需要提供用于形成薄壁制品，如汽车的车身结构铸件和其它薄壁部分（厚度最多大约2至5毫米）制品的高强度延展性合金和大批量生产方法。在如形成汽车结构铸件，例如减震塔之类的应用中已经考虑和使用了各种铝基合金。但铸造结构的复杂形状要求使用钢模限定复杂三维模腔以接收装填体积的熔融铝基合金并在合金承继（assumes）复杂模腔表面的形状并固化时保持施加在合金上的显著压力。

熔融铝合金倾向于从模具表面溶解铁，这改变该合金的组成并显著降低模具寿命。此外，溶解在新成型制品中的铁不利地影响其在预期用途中的延展性。

因此，仍然需要改进铝基合金的组成和没有加工问题或争议的形成这样的高性能薄壁铸造制品的方法。

发明概述

提供一种具有优异可铸造性、强度和延展性的含镁的铝基铸造合金。其特别可用于制造具有延伸的二维形状的薄壁铸件。例如，该合金可用于重复制造以具有大约3毫米或更低厚度的相当大的表面区域为特征的铸件。在汽车的车身板件和车身结构的实例中，复杂形状的构件通常具有50厘米至150厘米的长度和宽度尺寸，但在相当大的区域中只有几毫米的厚度。

为了将此类铸件重复成型为具有严格规定尺寸的实心铸造形状，在合适的压力下将铝合金的熔融装料注入由相对的紧闭互补钢模构件或其它黑色金属合金组合物的模构件限定的模腔或型腔（或腔）中。将该模腔加热到一定温度范围以适应熔融铝合金并固化和形成所需铸件形状。必须将该铝基铸造合金加热到使其为合适的流体熔融状态的温度，然后压入通风模腔以使液体铝合金完全填满模腔的各薄壁部分并承继由模腔的各表面限定的形状。该熔融合金决不与铁类表面化学反应或粘附或焊合至其。然后将钢模冷却以固化铝合金形状并且必须从模腔中移除热实心铸造形状而不显著改变该合金或模腔表面的组成。已经设计本发明铝基合金组合物以重复实现铸造过程并重复制造具有所需物理性质的复杂形状铸造制品。

该铝基合金的组成（以重量%计）为2至15%镁、0.2至3%硅、0.05至0.5%铬、0.05至0.5%锰、0.05至0.2%钛、少于0.2%铁、其它金属元素少于0.5%且余量基本都是铝。此类合金的铸坯在铸态（as-cast condition）下表现出250 MPa和更高的拉伸屈服强度值、15%和更高的断裂拉伸总伸长值和280 MPa的极限强度值。通常不需要新成型铸件的热处理就获得这样的性质。但是，如果需要或必要，可以通过进一步的沉淀硬化工艺步骤增强铸造制品的性质。这些合金组合物的熔体提供良好的可铸造性质并可用于形成薄壁铸件和中等壁铸件。