本發(fā)明涉及可適用于壓鑄的鋁合金組合物及對(duì)其進(jìn)行熱處理的方法。具體而言，鋁合金組合物可包括通過(guò)熱處理形成的mg-zn基強(qiáng)化相沉淀，因此其可具有大大改善的強(qiáng)度。

背景技術(shù)：

：由于易于鑄造、與其他金屬高效地形成合金、在空氣中顯示出高耐腐蝕性并具有高導(dǎo)電導(dǎo)熱性，鋁在工業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。具體而言，鋁主要被用于減輕車輛重量并提高燃料效率，且通過(guò)將鋁與其他金屬混合而以鋁合金的形式提供，因?yàn)榕c其他金屬例如鐵相比，鋁本身的強(qiáng)度可能不足。通過(guò)壓鑄制造鋁合金，其是一種精密的鑄造工藝，其中將熔融金屬注入具有空腔的模具中，由此獲得具有與空腔相同形狀的鑄造產(chǎn)品，所述空腔根據(jù)將要鑄造的產(chǎn)品的形狀以高精度機(jī)械加工。同時(shí)，壓鑄用鋁合金必須具有適用于在短時(shí)間內(nèi)(例如，在0.1-0.3秒內(nèi))以高速高壓熔融金屬填充模具空腔以使其固化的工藝的性能。具體而言，可能需要適當(dāng)?shù)母邷卣扯群蜐摕?，從而保證適用于高壓鑄造的流動(dòng)性并在固化時(shí)減輕收縮缺陷。已知用于壓鑄的鋁合金的實(shí)例包括：adc10合金，其包含約8-12wt％的硅(si)，從而顯示出適用于壓鑄工藝的性能；以及a380合金，其包含約2-4wt％的銅(cu)，以在即使沒(méi)有額外的熱處理的情況下也保證結(jié)構(gòu)材料所需的強(qiáng)度。adc10和a380合金還包括最多約1.3wt％的鐵，以將鋁熔體和模具之間的咬粘(seizure)和腐蝕抑制到最小。通常，用淬火通過(guò)結(jié)構(gòu)細(xì)化，使由過(guò)量的鐵針狀結(jié)構(gòu)引起的包括低伸長(zhǎng)率的副作用最小化，因此使得合金能夠再循環(huán)，從而增加生產(chǎn)率和工作便利。由于其許多優(yōu)點(diǎn)，包括它們的性能和高生產(chǎn)率，adc10和a380合金可構(gòu)成所有壓鑄用金屬的90％或更多。當(dāng)通常采用壓鑄工藝時(shí)，已知并不進(jìn)行熱處理。然而，近來(lái)，已經(jīng)嘗試使用具有較短溶液處理時(shí)間的高真空壓鑄技術(shù)或熱處理技術(shù)來(lái)提高合金強(qiáng)度。前述僅意在幫助理解本發(fā)明的背景，并不意味著本發(fā)明落入對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言已知的現(xiàn)有技術(shù)的范圍內(nèi)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：在優(yōu)選的方面，本發(fā)明提供了一種可適用于壓鑄的鋁合金組合物以及對(duì)其進(jìn)行熱處理的方法。具體而言，對(duì)本發(fā)明的鋁合金組合物進(jìn)行熱處理的方法可以適當(dāng)?shù)匦纬蓏n基強(qiáng)化相沉淀，替代了傳統(tǒng)的cu基強(qiáng)化相，從而通過(guò)熱處理改善強(qiáng)度。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種壓鑄用鋁合金組合物。該鋁合金組合物可以包括：約9.6-12.0wt％的硅(si)；約1.5-3.0wt％的鎂(mg)；約3.0-6.0wt％的鋅(zn)；約1.3wt％或更少但大于0wt％的鐵(fe)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的錳(mn)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的鎳(ni)；約0.2wt％或更少但大于0wt％的錫(sn)；以及構(gòu)成鋁合金組合物余量的鋁(al)。除非本文另外指明，所有wt％均基于鋁合金組合物的總重量?；阡X合金組合物的總重量，鋁合金還可以包括約0.3wt％或更少的銅(cu)。另外，基于鋁合金組合物的總重量，鋁合金還可以包括約0.3wt％或更少的鈦(ti)?；阡X合金組合物的總重量，鋁合金還可以包括約0.3wt％或更少的銅(cu)和約0.3wt％或更少的鈦(ti)。優(yōu)選地，基于鋁合金組合物的總重量，mg和zn的總量可為約6-8wt％。優(yōu)選地，鋁合金組合物可具有約2.0或更大的mg/zn比。鋁合金適當(dāng)?shù)乜删哂屑s300mps或更高的屈服強(qiáng)度。鋁合金適當(dāng)?shù)乜删哂屑s350mps或更高的抗拉強(qiáng)度。鋁合金適當(dāng)?shù)乜删哂屑s2％或更高的伸長(zhǎng)率。還提供一種鋁合金組合物，其可以基本上由本文所述的組分組成、或者可以由本文所述的組分組成。例如，鋁合金組合物可以基本上由、或者可以由以下組分組成：約9.6-12.0wt％的硅(si)；約1.5-3.0wt％的鎂(mg)；約3.0-6.0wt％的鋅(zn)；約1.3wt％或更少但大于0wt％的鐵(fe)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的錳(mn)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的鎳(ni)；約0.2wt％或更少但大于0wt％的錫(sn)；以及構(gòu)成鋁合金組合物余量的鋁(al)。鋁合金組合物還可以基本上由、或者可以由以下組分組成：約9.6-12.0wt％的硅(si)；約1.5-3.0wt％的鎂(mg)；約3.0-6.0wt％的鋅(zn)；約1.3wt％或更少但大于0wt％的鐵(fe)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的錳(mn)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的鎳(ni)；約0.2wt％或更少但大于0wt％的錫(sn)；約0.3wt％或更少的銅(cu)；以及構(gòu)成鋁合金組合物余量的鋁(al)。此外，鋁合金還可以基本上由、或者可以由以下組分組成：約9.6-12.0wt％的硅(si)；約1.5-3.0wt％的鎂(mg)；約3.0-6.0wt％的鋅(zn)；約1.3wt％或更少但大于0wt％的鐵(fe)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的錳(mn)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的鎳(ni)；約0.2wt％或更少但大于0wt％的錫(sn)；約0.3wt％或更少的鈦(ti)；以及構(gòu)成鋁合金組合物余量的鋁(al)。在另一方面，提供了一種對(duì)用于壓鑄的鋁合金組合物進(jìn)行熱處理的方法。該方法可包括以下步驟：通過(guò)溶液處理，由可通過(guò)壓鑄制造的鋁合金組合物來(lái)制備經(jīng)溶液處理的鋁合金；對(duì)經(jīng)溶液處理的鋁合金進(jìn)行初步老化以形成mgzn2沉淀物；以及對(duì)具有mgzn2沉淀物的鋁合金進(jìn)行二次老化以形成mg2si沉淀物。本文所用的術(shù)語(yǔ)“溶液處理”是指對(duì)合金及其合金組分加熱或進(jìn)行熱處理，接著進(jìn)行快速冷卻以將合金組分保持為固溶體的形式，其中一部分合金組分能夠在主要組分的晶格內(nèi)均勻地分布和混合。例如，在溶液處理期間，本發(fā)明的鋁合金可部分熔融，某些次要組分在鋁組分中可以為溶解狀態(tài)或者均勻分布狀態(tài)。初步老化可以適當(dāng)?shù)卦诩s110-130℃的溫度下進(jìn)行約10-24小時(shí)。二次老化可以適當(dāng)?shù)卦诩s160-180℃的溫度下進(jìn)行約3-6小時(shí)。鋁合金可以包括：約9.6-12.0wt％的硅(si)；約1.5-3.0wt％的鎂(mg)；約3.0-6.0wt％的鋅(zn)；約1.3wt％或更少但大于0wt％的鐵(fe)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的錳(mn)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的鎳(ni)；約0.2wt％或更少但大于0wt％的錫(sn)；約0.3wt％或更少的銅(cu)；以及構(gòu)成鋁合金組合物余量的鋁(al)。另外，基于鋁合金的總重量，鋁合金還包括約0.3wt％或更少的銅(cu)和約0.3wt％或更少的鈦(ti)中的至少一種。還提供一種可包括如本文所述的鋁合金組合物的車輛。本發(fā)明的其他方面在下文中公開(kāi)。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施方式，可以最大程度地抑制cu的夾雜，可以最優(yōu)化地設(shè)定mg和zn的量，且熱處理?xiàng)l件可以優(yōu)化成適于合金組合物，因此在保證與傳統(tǒng)adc10和a380合金類似的鑄造性能的同時(shí)提高強(qiáng)度。此外，可以獲得與傳統(tǒng)adc10和a380合金相同或更好的鑄造性能，可以采用常規(guī)的模具和系統(tǒng)而無(wú)需改變，且產(chǎn)率可以保持在相同的水平。另外，雜質(zhì)例如fe對(duì)合金性質(zhì)的影響可得以減少，由此合金可以再循環(huán)。附圖說(shuō)明根據(jù)以下與附圖相結(jié)合的詳細(xì)說(shuō)明，將更清楚地理解本發(fā)明的以上和其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：圖1示出了當(dāng)將1wt％、2wt％和3wt％的zn加入a380合金時(shí)形成的沉淀物的差示掃描量熱(dsc)結(jié)果；圖2示出了當(dāng)加入1wt％、2wt％和3wt％的zn時(shí)a380合金的性質(zhì)的分析結(jié)果；圖3示出了adc12合金(al-2.5cu-0.15mg-10.5si-0.5zn)的相分析結(jié)果；圖4示出了adc12合金(al-2.5cu-1.0fe-2.0mg-10.5si-4.5zn)的相分析結(jié)果；圖5示出了a7075合金(al-2.5cu-2.0mg-1.0si-6.0zn)的相分析結(jié)果；圖6示出了a7075合金(al-2.5cu-2.0mg-5.0si-6.0zn)的相分析結(jié)果；圖7示出了a380合金(al-2.5cu-2.0mg-10.5si-4.5zn)的相分析結(jié)果；圖8示出了a380合金(al-2.5cu-2.0mg-10.5si-6.0zn)的相分析結(jié)果；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的示例性al-cu-mg-si-zn合金根據(jù)si含量變化的測(cè)試結(jié)果；圖10示出了用于產(chǎn)生熱處理強(qiáng)化相(al-cu-mg-si)的相分析結(jié)果；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的示例性合金根據(jù)cu含量的相分析結(jié)果；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的示例性合金根據(jù)cu含量的相分析結(jié)果；圖13示出了在本發(fā)明的示例性合金(al-2.5cu-1.0fe-2.0mg-10.5si-4.5zn)中根據(jù)cu含量歸因于mg的強(qiáng)化相的變化；并且圖14示出了在本發(fā)明的示例性合金(al-1.0cu-1.0fe-2.0mg-0.3mn-10.5si-3.5zn)中根據(jù)cu含量歸因于mg的強(qiáng)化相的變化。具體實(shí)施方式本文所用的術(shù)語(yǔ)僅為了描述具體的示例性實(shí)施方式的目的，而不意在限制本發(fā)明。如本文所用，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“該”意味著也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有清楚的說(shuō)明。將進(jìn)一步理解當(dāng)術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”被用于本說(shuō)明書(shū)時(shí)，具體說(shuō)明了規(guī)定的特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或組分的存在，但不排除一種或多種其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、組分、和/或其組的存在或添加。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一種或多種相關(guān)所列項(xiàng)目的任何和所有組合。除非特別規(guī)定或從上下文中顯而易見(jiàn)，如本文所用，術(shù)語(yǔ)“約”被理解為在本領(lǐng)域正常公差范圍內(nèi)，例如在平均數(shù)的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之內(nèi)?！凹s”能夠被理解為在規(guī)定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、或0.01％之內(nèi)。除非從上下文中很清楚，否則本文提供的所有數(shù)值均由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(suv)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插入式混合動(dòng)力電動(dòng)車、氫動(dòng)力車和其它代用燃料車(例如，來(lái)源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動(dòng)力車是具有兩種或多種動(dòng)力源的車輛，例如，具有汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車輛。下文，將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，本發(fā)明不限于以下實(shí)施方式，其可以在各種不同的實(shí)施方式中改變。提供這些實(shí)施方式以使本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容完整，并且為本領(lǐng)域技術(shù)人員完整地描述本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明，壓鑄用鋁合金可以適當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)高壓壓鑄用熱處理而包括沉淀強(qiáng)化相以改善強(qiáng)度，同時(shí)保持傳統(tǒng)adc10和a380合金的優(yōu)點(diǎn)。為獲得根據(jù)本發(fā)明的壓鑄工藝所需的合金特征，鐵(fe)、錳(mn)、鎳(ni)、錫(sn)和鈦(ti)的量可保持為與傳統(tǒng)adc10合金或a380合金中相應(yīng)組分類似，其他合金組分的量可適當(dāng)調(diào)節(jié)至使沉淀強(qiáng)化效應(yīng)最大化。具體而言，在本發(fā)明的示例性鋁合金中，硅(si)、銅(cu)、鎂(mg)和鋅(zn)可以為用于通過(guò)其沉淀改善強(qiáng)度的主要組分，且可以形成為沉淀物例如al2cu、mg2si和mgzn2。例如，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，壓鑄用鋁合金可以包括：約9.6-12.0wt％的硅(si)；約1.5-3.0wt％的鎂(mg)；約3.0-6.0wt％的鋅(zn)；約1.3wt％或更少但大于0wt％的鐵(fe)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的錳(mn)；約0.5wt％或更少但大于0wt％的鎳(ni)；約0.2wt％或更少但大于0wt％的錫(sn)；以及構(gòu)成鋁合金組合物余量的鋁(al)。為改善熱處理效果，優(yōu)選地，還可以包括約0.3wt％或更少的ti?；蛘撸梢园ú豢杀苊獾乜膳c之混合的cu，但是限制在約0.3wt％或更少。在本發(fā)明中，對(duì)合金組分及其含量作出限制的原因如下。除非另有規(guī)定，“％”在表示組分含量的單位時(shí)是指“wt％”?？蛇m當(dāng)?shù)匾约s9.6-12.0％的量包括硅(si)。本文所用的si可以改善鑄造性能并形成沉淀物，使得可在等于或低于低共熔點(diǎn)的溫度下以最大量包括si。因此，si的量可適當(dāng)?shù)卦诩s9.6-12.0％的范圍內(nèi)?？蛇m當(dāng)?shù)匾约s1.5-3.0％的量包括鎂(mg)。mg可以形成沉淀物，然而，當(dāng)以大于預(yù)定量加入時(shí)，例如，大于約3.0％時(shí)，鑄造性能和性質(zhì)可能劣化，且可能由于氧化生成夾雜物。因此，mg的量可適當(dāng)?shù)卦诩s1.5-3.0％的范圍內(nèi)?？蛇m當(dāng)?shù)匾约s3.0-6.0％的量包括鋅(zn)。在本發(fā)明中，本文使用的zn可形成可以代替cu基強(qiáng)化相的強(qiáng)化相沉淀物，因此可以沉淀出zn-mg基強(qiáng)化相。具體而言，銅(cu)的量可以被限制在約0.3％或更少。通常，壓鑄用鋁合金中的cu可以被用作沉淀強(qiáng)化元素，由此在使鋁合金強(qiáng)化的過(guò)程中起作用。因此，合金可以被設(shè)計(jì)為以約4.0％的量包括cu，這是固溶體極限。以等于或大于固溶體極限的量簡(jiǎn)單地加入cu以便增加熱處理強(qiáng)化效應(yīng)可引起問(wèn)題，因?yàn)閏u可能不會(huì)溶解在al中，因此對(duì)性能可能不會(huì)有足夠的改善，且由于偏析可能出現(xiàn)副作用。相應(yīng)地，由于合金強(qiáng)度無(wú)法通過(guò)使用cu基強(qiáng)化相得到期望的增加，因此可以適當(dāng)?shù)匾猿恋沓鰖n基強(qiáng)化相所需的最小量包括cu。當(dāng)形成鋁合金時(shí)，不可避免地會(huì)混合cu，由此其量可被限制在約1％或更少，優(yōu)選約0.3％或更少。此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式對(duì)壓鑄用鋁合金進(jìn)行熱處理的方法適用于對(duì)以上述含量具有上述組分的合金進(jìn)行熱處理，該方法可以包括以下步驟：通過(guò)溶液處理，由可通過(guò)壓鑄制造的鋁合金來(lái)制備經(jīng)溶液處理的鋁合金；對(duì)經(jīng)溶液處理的鋁合金進(jìn)行初步老化以形成mgzn2沉淀物；以及對(duì)具有mgzn2沉淀物的鋁合金進(jìn)行二次老化以形成mg2si沉淀物。優(yōu)選地，初步老化可在約110-130℃的溫度下進(jìn)行約10-24小時(shí)，二次老化可在約160-180℃的溫度下進(jìn)行約3-6小時(shí)。硅(si)、銅(cu)、鎂(mg)和鋅(zn)的量可受到限制的原因以及老化工藝可受到限制的原因如下所述。在本實(shí)施方式中，為按期望增加合金強(qiáng)度且同時(shí)與adc10和a380合金相比減少cu的量，執(zhí)行用于mg-zn基強(qiáng)化相mgzn2的熱處理，并且調(diào)整傳統(tǒng)a380合金中的mg和zn的量。測(cè)試?yán)?用dsc分析將1％、2％和3％的zn加入a380合金而得到的沉淀物。結(jié)果示于圖1和下表1中。如圖1和表1所示，當(dāng)以1％的量加入zn時(shí)觀察到al2cu和mg2si沉淀物，但是沒(méi)有觀察到zn相。即使當(dāng)以3％的量加入zn時(shí)，仍未觀察到zn相，且mg2si相減少(虛線a)。這些結(jié)果被認(rèn)為是因?yàn)槿芙獾膍g的量因過(guò)多的zn的固溶體而減少，或者是因?yàn)榱硗獾膹?fù)合物的出現(xiàn)代替了mg2si。表1因此，通過(guò)簡(jiǎn)單地加入zn無(wú)法獲得強(qiáng)化效果。此外，zn的加入導(dǎo)致了常規(guī)強(qiáng)化相mg2si的減少，而不是產(chǎn)生所需的mgzn2沉淀物。此外，當(dāng)以1％、2％和3％的量加入zn時(shí)分析了a380合金的性質(zhì)。結(jié)果示于圖2中。如圖2所示，當(dāng)加入zn時(shí)，強(qiáng)度(硬度)并未如所期望的增加。當(dāng)zn的量大于2％時(shí)，硬度略微降低。因此，當(dāng)zn存在于固溶體相中，且因此當(dāng)其溶解量增加時(shí)，其他合金元素的溶解量可能降低。zn不以mgzn2沉淀物的形式存在的原因是，當(dāng)在si的存在下固化時(shí)，以相對(duì)小的量存在的mg可能被消耗而由此產(chǎn)生mg2si。因此，當(dāng)以足夠的量提供mg時(shí)，mg2si相可過(guò)飽和，其余量可以形成為mgzn2相。在此假設(shè)下，即使當(dāng)zn和mg的量均增加，熱處理性質(zhì)并未如所期望的得到改善。測(cè)試?yán)?為了確定在測(cè)試?yán)?中盡管增加了zn和mg的量而仍未獲得所期望的熱處理性質(zhì)的原因，執(zhí)行了相分析程序。對(duì)傳統(tǒng)的adc12合金進(jìn)行相分析。結(jié)果示于圖3和4中。圖3示出了未加入fe的相分析結(jié)果，圖4示出了當(dāng)加入fe時(shí)的相分析結(jié)果。如圖3所示，在對(duì)adc12進(jìn)行熱處理時(shí)的強(qiáng)化相主要被認(rèn)為是al2cu。進(jìn)而，在約460℃的溫度下開(kāi)始形成沉淀物，這表明al2cu在常規(guī)已知的480-520℃的溫度的處理?xiàng)l件下溶解。由于在cu和si的存在下產(chǎn)生復(fù)合物，mg強(qiáng)化相的形成受到阻礙。如圖4所示，在fe的存在下，mg強(qiáng)化相通過(guò)與fe的反應(yīng)形成為復(fù)合物，使得即使對(duì)于將要被淬火的壓鑄產(chǎn)品而言也難以達(dá)到熱處理效果。因此，當(dāng)zn和mg的量均增加時(shí)，強(qiáng)度因al2cu可得到改善，且強(qiáng)度在熱處理時(shí)可得到提高。在另一強(qiáng)化相mg2si的情況下，其形成為si-cu-mg復(fù)合物，并被fe復(fù)合物消耗，使得難以在熱處理時(shí)促進(jìn)強(qiáng)度的增加。此外，mg甚至被fe-mg-si復(fù)合物消耗，這與實(shí)際最佳老化溫度的評(píng)估結(jié)果相對(duì)應(yīng)。因此，強(qiáng)度在與cu相老化溫度相對(duì)應(yīng)的160-180℃的溫度下似乎得到最大的增加。測(cè)試?yán)?作為典型mgzn2合金的a7075合金的相分析結(jié)果示于圖5和6中。圖5示出了a7075合金的相分析結(jié)果，圖6示出了向鑄造材料中加入過(guò)量si的結(jié)果。以mg2si→al2cu→mgzn2→al-cu-mg-si復(fù)合物的順序制備a7075合金，且以最大量制備mgzn2相。當(dāng)加入過(guò)量的si時(shí)，不形成al2cu以外的強(qiáng)化相，且zn僅存在于固溶體相中，因?yàn)樵诩尤脒^(guò)量的si時(shí)出現(xiàn)si-cu-mg復(fù)合物。測(cè)試?yán)?通過(guò)向傳統(tǒng)a380合金中加入zn和mg而開(kāi)發(fā)的合金的相分析結(jié)果示于圖7和8中。圖7示出了加入4.5％的zn的結(jié)果，圖8示出了加入6.0％的zn的結(jié)果。與測(cè)試?yán)?類似，在出現(xiàn)復(fù)合物(al5cu2mg8si6)之后mg2si被消耗，且在400℃或更低的溫度下開(kāi)始產(chǎn)生al2cu。所得zn_hcp可以為固溶體相，且可能不會(huì)形成mgzn2。因此，當(dāng)過(guò)量加入zn和mg時(shí)，不形成感興趣的mgzn2強(qiáng)化相，且僅形成固溶體相，這與使用dsc評(píng)估沉淀物的結(jié)果相符。向a380合金加入zn對(duì)于增強(qiáng)強(qiáng)度是不適合的，這可能是由于在si的存在下出現(xiàn)si-cu-mg復(fù)合物(al5cu2mg8si6)，如a7075合金的相分析結(jié)果所示。為了開(kāi)發(fā)熱處理用zn基壓鑄合金，對(duì)于抑制復(fù)合物al5cu2mg8si6的產(chǎn)生可能是必不可少的。該復(fù)合物在約500℃的溫度下產(chǎn)生，且已知與al2cu一起形成。所以，可能重要的是通過(guò)控制合金組分而不是熱處理?xiàng)l件來(lái)抑制復(fù)合物的產(chǎn)生。因此，在本發(fā)明中，通過(guò)除去復(fù)合物元素中的任意一種，復(fù)合物的產(chǎn)生可以得到抑制。測(cè)試?yán)?為了評(píng)估其他化合物根據(jù)si含量的變化，改變al-2.5cu-2.0mg-(si)-5.0zn合金中si的含量。相分析結(jié)果示于圖9中。如圖9所示，當(dāng)si含量為1％或更高時(shí)，出現(xiàn)復(fù)合物(al5cu2mg8si6)。當(dāng)si含量為1.85％或更高時(shí)，mg和cu被消耗，由此產(chǎn)生復(fù)合物(al5cu2mg8si6)，而不是形成mg2si和al2cu?；谝陨辖Y(jié)果，si需要以預(yù)定量被包含在鑄造合金中，因此，復(fù)合物的產(chǎn)生可以通過(guò)控制si組分得到抑制。此外，在本發(fā)明中mg可以為主要強(qiáng)化相的組分，因此，為了抑制復(fù)合物的產(chǎn)生，使剩余組分cu的含量最小化被認(rèn)為是合適的。測(cè)試?yán)?圖10示出了不含cu的合金的相分析結(jié)果，該合金包含與adc12合金相同量的si以及分別為4.5wt％和2.0wt％的量的zn和mg，以形成熱處理強(qiáng)化相(al-cu-mg-si)。如圖10所示，大量產(chǎn)生mgzn2和mg2si，且zn不溶解，而僅以沉淀強(qiáng)化相存在。進(jìn)而，mgzn2在約130℃的溫度下以穩(wěn)定相存在。合金配置成包括fe，因?yàn)楹芸赡艿玫搅硪环N復(fù)合物al-fe-si-mg。然而，基于分析結(jié)果，由于復(fù)合物僅在400℃或更高的溫度下具有穩(wěn)定相，在實(shí)際壓鑄時(shí)消耗的mg的量不大。測(cè)試?yán)?當(dāng)以1％和2％的量加入cu時(shí)的相分析結(jié)果示于圖11和12中。圖11示出了加入1％的cu的結(jié)果，圖13示出了加入2％的cu的結(jié)果。如圖12所示，當(dāng)以1％的量加入cu時(shí)，al5cu2mg8si6復(fù)合物以預(yù)定量(小于5％)顯示，mgzn2以穩(wěn)定相存在，且出現(xiàn)一些固溶體相。如圖12所示，當(dāng)cu的含量為2％時(shí)，al5cu2mg8si6復(fù)合物以6％或更高的量產(chǎn)生，不產(chǎn)生mgzn2相。因此，在開(kāi)發(fā)的合金中的cu的量可以被限制在1％或更低。測(cè)試?yán)?通過(guò)比較每個(gè)合金中的mg分布量，分析了是否由mg產(chǎn)生相。結(jié)果示于圖13和14中。如圖13所示，當(dāng)銅以2.0wt％或更高的量存在時(shí)，mg僅被消耗以產(chǎn)生al-cu-mg-si復(fù)合物，不存在強(qiáng)化相，且zn存在于固溶體相中。如圖14所示，當(dāng)cu以1％的量存在時(shí)，mg被部分消耗從而產(chǎn)生al-cu-mg-si復(fù)合物，但有助于強(qiáng)化相的形成，不易出現(xiàn)zn固溶體相。對(duì)常規(guī)壓鑄用合金以及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的壓鑄用合金的組分和含量進(jìn)行了比較并示于下表2中。表2實(shí)施例的合金由分別為3.0-6.0％和1.5-3.0％的zn和mg構(gòu)成，以增強(qiáng)強(qiáng)度。如此，為了抑制阻礙主要強(qiáng)化相mgzn2和mg2si生成的復(fù)合物的形成，將cu的量限制在0.3％或更低，并且為了使熱處理的效果最大化，以0.1-0.5％的量加入澄清劑ti。進(jìn)而，為了保證壓鑄用鑄造性能，使si的量在低共熔點(diǎn)或更低處最大程度地得到保證，且使fe的量保持為與常規(guī)合金相同。合金的性質(zhì)可由zn+mg的量確定。當(dāng)zn+mg的量為約9％或更高時(shí)，強(qiáng)度和熱處理效果可以得到最大化，但同時(shí)，應(yīng)力腐蝕可能增加，且鑄造成型性可能降低。另一方面，當(dāng)zn+mg的量在約6-8％的范圍內(nèi)時(shí)，可以保持高強(qiáng)度，且可以減少副作用例如腐蝕、成型等。因此，以上述含量范圍使用這些組分。如此，當(dāng)zn/mg比為2.0或更高時(shí)，可適當(dāng)?shù)匦纬蒻gzn2。在zn/mg比小于上述值的情況下，形成mg3zn3al2。因此，開(kāi)發(fā)的合金中的zn/mg比可以為約2.0或更高。當(dāng)鐵(fe)的含量與典型的再循環(huán)合金水平相對(duì)應(yīng)為約1.3％或更低時(shí)并不引起性質(zhì)的顯著降低，因此，可以與mn和sn一起控制為常規(guī)的典型壓鑄合金中的雜質(zhì)水平。同時(shí)，產(chǎn)生的兩種強(qiáng)化相可以具有不同的產(chǎn)生各個(gè)單獨(dú)的沉淀物的溫度，使得在相同條件下進(jìn)行熱處理時(shí)可能無(wú)法充分獲得最大的強(qiáng)度。在本實(shí)施方式中，具有低沉淀溫度的mgzn2首先沉淀出，然后形成mg2si，借此，各個(gè)單獨(dú)的沉淀物以相干相(coherentphase)的形式被最大程度地沉淀出，以增加強(qiáng)度。在初步老化步驟中，溫度可以在約110-130℃的范圍內(nèi)保持約10-24小時(shí)，與典型的7000系列鋁合金條件相對(duì)應(yīng)，二次老化可以在約160-180℃的溫度下執(zhí)行3-6小時(shí)。在初步老化時(shí)，可將沉淀出的mgzn2轉(zhuǎn)化成在二次老化的溫度條件下穩(wěn)定的非相干相。當(dāng)二次老化時(shí)間大于預(yù)定時(shí)間，例如，大于約6小時(shí)時(shí)，性能可能劣化。此外，在初次老化期間，可能沉淀出一些mg2si，因此二次老化時(shí)間可優(yōu)選控制為短于典型的水平。根據(jù)本實(shí)施方式的合金的性能如下進(jìn)行評(píng)估。使用具有以下表3的組分的鋁合金，用高真空壓鑄系統(tǒng)制備拉伸試樣，然后在約500℃或更高下進(jìn)行6小時(shí)或更長(zhǎng)的溶液處理，以使老化溫度最大化，其后，在約120℃的溫度下執(zhí)行約12小時(shí)的初步老化以使mgzn2沉淀，并在175℃下進(jìn)行3小時(shí)的二次老化以使mg2si沉淀。評(píng)估制備的樣品的性能。結(jié)果示于下表4中。表3組分(wt％)sicumgznfemnti#110.50.242.024.10.880.35-#210.10.221.984.080.780.350.2表4編號(hào)ys(mpa)uts(mpa)el(％)#13324162.93#23364153.13adc121702501.2如表3所示，與傳統(tǒng)adc12相比，屈服強(qiáng)度增加了約兩倍，且抗拉強(qiáng)度增加了約1.6倍，進(jìn)而，伸長(zhǎng)率增加了約2.5倍。使用試樣#1，在熱處理?xiàng)l件下測(cè)試合金的性能。熱處理?xiàng)l件和結(jié)果示于下表5中。表5如圖5所示，初步老化時(shí)間越長(zhǎng)，二次老化效果越低。在110℃的溫度持續(xù)10小時(shí)的老化條件、接著在180℃的溫度持續(xù)3小時(shí)的條件下顯示出最大的性能。因此，可以根據(jù)最終用途在初步老化和二次老化的溫度和時(shí)間范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)夭捎脽崽幚項(xiàng)l件。雖然出于說(shuō)明性的目的已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不偏離在所附權(quán)利要求公開(kāi)的發(fā)明范圍和主旨下，可以進(jìn)行各種改變、添加和替代。當(dāng)前第1頁(yè)12

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)的是壓鑄用鋁合金組合物以及對(duì)其進(jìn)行熱處理的方法。該鋁合金組合物通過(guò)熱處理包含Mg?Zn基強(qiáng)化相沉淀，從而增強(qiáng)其強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：尹亨燮

受保護(hù)的技術(shù)使用者：現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社

技術(shù)研發(fā)日：2016.10.26

技術(shù)公布日：2017.11.03