[发明专利]高强度高抗蠕变铸造铝合金及HPDC发动机机体

说明书

技术领域

本发明一般涉及铝合金，具体而言涉及具有改进铸造质量和机械性能的高强度铸造铝合金，以及由其制备的铸造制品，例如通过高压模铸制备的发动机机体。

背景技术

典型的高压模铸(HPDC)铝合金为Al-Si基合金，其含有约3～4％的Cu。一般认为，无论有无热处理以及在环境使用温度和高的使用温度下，在所有合金元件中，铜(Cu)对铝铸合金的强度和硬度具有唯一的最大影响。通过增加基质的硬度，使其更容易生成小的切屑块以及精细加工的成品，铜还提高了合金的机械加工性。

称为高压模铸(HPDC)的方法广泛应用于大规模生产金属构件，这是因为低成本、近尺寸公差(近似网状结构)以及光滑的表面光洁度。现今，机动车辆行业中的生产商越来越需要制备具有高拉伸性质和延展性的近似网状结构铝构件，并且高压模铸方法是大量生产的最经济的方法。

然而，传统的HPDC方法的一个优点为零件在高温(如500℃)下不耐受溶液处理(T4)，这显著降低了通过完全T6和/或T7热处理的沉淀硬化的潜力。这是因为在最终HPDC构件中由凝固过程中收缩所致而存在高掺量的气孔和真空，并且特别地，充填铸型期间的滞留气体，例如空气、氢气或模壁润滑剂分解所致的蒸气。在传统HPDC构件中没有发现大气泡是不可能的。在高温下用传统溶液处理期间，高压模铸中含有气体或气体形成化合物的内部空隙进行了膨胀，在铸件上形成表面起泡。这些起泡的存在不仅影响了铸件的外观，而且也影响空间稳定性，并且特别是HPDC构件的机械性能。

由于潜在的起泡问题，传统的HPDC铝构件主要应用于铸态和/或在较低程度上的老化条件如T5，而不是T6和T7处理。即使进行T5老化，屈服强度的增加非常有限并且有时候没有改进，因为在当前铸态HPDC零件中，用于人工老化(T5)的硬化溶质的浓度非常低。结果是，在与其他铸造方法比较的时候，HPDC铝零件的机械性能通常低于给定的铝合金，因为由其他铸造方法制备的铝零件可以在完全T6或T7条件中进行热处理。

考虑到传统HPDC铝构件不可避免地含有内部间隙，为尝试获得所需拉伸性能中的一些而不造成起泡问题，人工老化(T5)成为很重要的步骤。由于为过饱和固溶体的溶质形成了析出物，这种析出物很均匀地分散在晶粒中，增加了在晶粒滑移和塑性流动过程中合金抗形变的能力，从而发生了因老化所得的强化。当老化处理引起至少一种这些细小析出物的临界分散形成的时候，发生最大的硬化或强化。

另外，正如在铸铝发动机机体(特别具有较高需求的发动机)的二重连接面积(Siamese area)或联合气缸孔边缘面积中，看到高温和高密封压力。结果是，在二重连接面积/过量塑性形变，和/或发动机燃烧期间的蠕变中，通常观察到铝的衰退。

因此，需要开发耐热高强度铸造铝合金，以用于在高压模铸制品(如发动机机体)中使用。

发明内容

本发明提供了具有改进铸造质量和机械性能的高强度铸造铝合金，以及由其制备的铸造制品，例如由高压模铸制备的发动机机体。

该合金可含有铸造性和强度增强元素如硅、铜、镁、锰、铁、锌，和/或镍的至少一种。该合金的微观结构可以含有具有至少一种合金元素的至少一种不溶的凝固的和/或析出的颗粒。

在一个可与本文中提供的其他实例和特征组合或分开的实例中，提供了适合高压模铸的铝合金。该铝合金可以含有：约8至约12重量％的硅；约0.5至约1.5重量％的铜；约0.2至约0.4重量％的镁；0至约0.5重量％的铁；约0.3至约0.6重量％的锰；0至约1.5重量％的镍；以及0至约0.5重量％的锌。

可提供额外的特征，包括但不限于以下特征：铝合金还包括约80至约91重量％的铝；铝合金还包括每种约0.1至约0.5重量％的钛、钒和锆。

在另一可与本文中提供的其他实例和特征组合或分开的实例中，铝合金含有：约10至约12重量％的硅；约0.75至约1.5重量％的铜；约0.35至约0.4重量％的镁；0至约0.4重量％的铁；约0.4至约0.5重量％的锰；0至约0.5重量％的镍；以及0至约0.2重量％的锌。