[发明专利]铝合金及其制备方法

说明书

用于铸造成形铝合金零件的铝合金可以包含合金元素硅和铬，并且可以配制为通过热处理形成分散强化和沉淀强化的微结构。铝合金可以配制为当经受固溶热处理形成包括铝基质相和细晶粒AlCrSi分散体相的微结构。铝合金还可以配制为当经受时效热处理形成包括一种或多种含Cu沉淀物相的微结构。

引言

铝呈现了高耐腐蚀性、导热性和可加工性的组合，因此是用于制造车辆部件的理想材料。用于铸造应用的铝合金通常包括硅作为合金元素以使合金具有良好的可铸性，并且还可以包括合金元素铜、镁和/或锰，使得可以在铸造之后通过热处理增加合金的机械强度。

铸铝合金的热处理工艺可以包括以下步骤中的一个或多个：(1)固溶热处理，(2)快速冷却或淬火，以及(3)人工时效。固溶热处理通常在低于合金熔点的相对高温下进行，以将某些合金元素溶解到固溶体中并使合金的组成和微结构均匀化。在固溶热处理之后，可以将合金淬火成冷或温的液体介质，以将溶解的合金元素保留在过饱和的固溶体中。可以通过将合金加热到中间温度并使合金在这样的温度下保持足够的时间以影响某些合金元素从过饱和固溶体中沉淀，来进行人工时效。在固溶热处理(固溶强化)期间合金元素在铝晶格中的溶解和/或在时效(时效硬化或沉淀强化)期间细小均匀分散的第二相在铝基质相中的沉淀可以通过“钉扎(pinning)”或阻止合金内称为位错的晶体缺陷的移动，有效地增加铝合金的机械强度和/或硬度。

由于沉淀的第二相颗粒的粗化，沉淀强化的铝合金在高温下可能会机械强度实质降低。因此，本领域需要一种用于铸造应用的铝合金组合物，其可通过热处理形成热稳定的沉淀强化的微结构。

发明内容

用于铸造成形铝合金零件的铝合金可包含按重量计3-11％的硅(Si)、0.1-0.6％的铬(Cr)、≤0.15％的铁(Fe)和≤0.3％的锰(Mn)。

铝合金可以包含铬与铁和锰的重量比Cr:(Fe+Mn)大于或等于1:1。

在对铝合金进行固溶热处理之后，铝合金可以呈现包括铝基质相和细晶粒状AlCrSi分散体相的多相微结构。AlCrSi分散体相可以呈现面心立方(fcc)晶格结构，并且可以包含按重量计大于80％的Al、Cr和Si。

AlCrSi分散体相和铝基质相可以呈现相邻晶粒之间的晶体取向关系。在这种情况下，相邻晶粒之间的晶体取向关系可以是001_Al//111_AlCrSi,或{200}_Al//{333}_AlCrSi中的至少一种。

AlCrSi分散体相可以包含分布在整个铝基质相中的多个AlCrSi分散晶粒。AlCrSi分散晶粒可以具有小于或等于70nm的平均粒径。AlCrSi分散体相可以占铝合金的0.3-2.0体积％。

在对铝合金进行固溶热处理之后，铝合金还可以呈现包括Al(Mn,Fe,Cr)Si分散体相的多相微结构。Al(Mn,Fe,Cr)Si分散体相可以占铝合金的小于0.2体积％。

铝合金还可以包含按重量计0.1-5％的铜(Cu)和0.1-1％的镁(Mg)。在这种情况下，在对铝合金进行固溶热处理和人工时效后，铝合金可以呈现多相微结构，包括铝基质相、细晶粒AlCrSi分散体相以及一种或多种含Cu沉淀物相。一种或多种含Cu沉淀物相可以包括AlCu沉淀物相和AlCuMgSi沉淀物相中的至少一种。

在一种形式中，铝合金可以包含按重量计5-9％的硅、0.2-0.5％的铬、0.3-1％的铜、0.3-0.5％的镁、0.05-0.2％的钛、0.01-0.02％的锶和余量的铝。