獲得由低矽鋁合金製成的零件的方法與流程

2024-02-19 06:41:15

本發明涉及用於製造鋁零件的鑄造工作或模鑄的
技術領域：
，特別是在汽車和航空領域中，並且更一般地在所有類型的行業中。存在被稱為「低矽」合金的許多合金。這種合金在t6熱處理(rp0.2為300mpa；a％為8％)後具有高機械特性。它們被一起分組在鋁合金分類中的6000(al-mg-si)系列中。最眾所周知的是6082、6061和6151。還存在含量與標準化合金類似的許多組合物，對該等組合物的提及可參見例如文獻ep0987344。上述合金已被開發用於獲得被設計成在熱或冷操作期間以高變形率(>50％)轉化的半成品(用於鍛造或軋制的坯料或鑄錠)。此外，這種半成品的幾何形狀是簡單的(棒、杆或鑄錠)，從而使得可以通過使用具有高固化速度的方法來固化缺陷被最小化的此類合金。此類幾何形狀和此類方法使用目前所掌握的技術來產生沒有缺陷的半成品，此類缺陷為例如：收縮孔、裂縫、大量偏析和大量沉澱(形成過於粗糙的沉澱物，>100μm)。基於現有技術，本發明提出要解決的適定問題是使得可以獲得滿足高安全性和質量標準並且可具有複雜形狀的零件。為了解決這個問題，本發明提供了一種製造由6000型低矽鋁合金製成的零件的方法。更具體地講，本發明提供了一種獲得由低矽鋁合金製成的零件的方法，該低矽鋁合金含有含量在0.5％至3％的範圍內的矽，含量在0.65％至1％的範圍內的鎂，含量在0.20％至0.40％的範圍內的銅，含量在0.15％至0.25％的範圍內的錳，含量在0.10％至0.20％的範圍內的鈦，以及含量在0ppm至120ppm的範圍內的鍶，所述方法包括：-在模具中模鑄所述合金以獲得所述零件；-在模鑄之後，將零件脫模構成仍然很熱的預成型件；-冷卻所述預成型件，然後使其經受適於將預成型件重新加熱至在470℃至550℃的範圍內的溫度的操作；-將所述零件定位在模具的兩個殼體之間，所述模具限定了尺寸基本上等於但小於模具的腔體尺寸的腔體；並且-強力地將兩個殼體按壓在一起，在設置在所述殼體之間的零件上施加按壓和表面捏合的組合效應。本發明還提供了：-在汽車領域或航空領域中實施上述方法；-通過上述方法獲得的零件在汽車領域中的用途；並且-上述方法中的合金在航空領域中的用途。在該方法的實施中，在已經冷卻預成型件之後，通過將預成型件放置在隧道爐中來重新加熱該預成型件。作為這些特徵的結果，後接在一個步驟中鍛造預成型件的模鑄操作與現有技術中的方法相比，不具有在溫度、固化速度、變形速率和鍛造溫度方面相同的參數。所要求保護的合金滿足這些限制，並且使得可以獲得具有滿意質量的零件，特別是在零件必須滿足安全義務(懸掛系統零件＝安全零件)的情況下。在這些限制之中，以下內容可以舉例方式提及：-預成型件的幾何形狀與棒或鑄錠不同，包括零件的功能區的粗糙輪廓(如所設計的)，因此可具有複雜的幾何形狀，包括肋或分段變化，從而導致液體金屬質量分離。通過增加矽含量(等級as7g03，標準模鑄合金)，可以「容忍」此類分離的質量。該含量的降低使得合金在固化期間更加敏感，並導致數量和體積更大的收縮孔(多孔性)缺陷。-固化範圍，其是被定義為從所考慮合金的液相線溫度至低共熔溫度的範圍。對於鍶改性的as7g03型合金，此範圍為約50℃(從611℃至562℃)。對於低矽6000型合金，此範圍為約90℃(從655℃至562℃)，具有肉眼可見的mg2si(或矽)沉澱作為偽共晶線。寬的固化範圍導致產生進一步延伸穿過該零件的半固體區域，使得引導固化邊緣來減少缺陷變得更加困難，而用as7g03合金能夠按常規方式並且幾乎自然地完成。-as7g03對於破裂的敏感性幾乎為零，這是由於當發生固化時大量的共晶能夠填充在收縮期間出現的裂縫中。這不適用於具有非常少的共晶的低矽合金，從而導致對破裂的高敏感性並且需要調適組合物並控制固化溫度梯度。還需要調節化學組成以便獲得在模鑄、鍛造和熱處理的參數與成品零件的期望機械特性之間的更好折衷或權衡。為此，合金的每種元素、元素含量以及導致選擇該值的效應在下文中詳細給出：矽含量在0.5％至3％的範圍內。小於1％的矽含量導致最高的屈服強度和伸長率。然而，該含量使得合金對破裂最敏感並具有最低的可鑄性或流動性。因此，必須能夠根據零件的幾何形狀來調適矽含量。複雜的幾何形狀需要較高的含量，以減少這種對破裂的敏感性。3％的最大含量對應於超過其會使伸長率和屈服強度變得過低而不能讓使用這種類型的合金製造零件保持為有利的含量。鎂含量在0.65％至1％的範圍內。此含量使得可以優化鋁基體中的mg2si沉澱物的密度。它補償了矽含量的降低，同時還使得有破壞性並且必須在熱處理過程中溶解或轉化的肉眼可見mg2si沉澱物最小化。如果沉澱物過多或過大，則熱處理對其溶解僅具有很小的影響，因為超過了臨界溶解大小。銅含量在0.20％至0.40％的範圍內。該含量使得可以在基體中形成al2cu沉澱物並且完全不存在肉眼可見的al2cu沉澱物。沒有任何這種肉眼可見沉澱物使得可以維持高鍛造溫度，從而使鍛造力(鍛造以單一步驟進行)最小化。在銅存在下形成的主要沉澱物是分別在490℃和525℃下熔化的al2cu和almgsicu，它們的存在將防止在較高溫度下進行鍛造，從而沒有了合金被燒毀的風險，而該風險將使零件不可用。可將這種劣化比作合金被破壞。較高的銅含量還增加了合金對破裂的敏感性，因為仍存在將在低溫(490℃或525℃)下固化的共晶，為此施加在零件上的機械應力(與固化時的收縮有關)較大。錳含量在0.15％至0.25％的範圍內。此含量避免了形成β形式(高破壞性的薄片形式)的alfesi沉澱物，並且使得更可能形成α形式(較低破壞性的漢字字型形式)的alfemnsi沉澱物。這使得可讓由cobapress法得到的成品零件上的伸長率最大化。這種效應最常用於較大量的錳和鐵，因為這兩種元素導致合金的高度硬化以及在固化期間的較大沉澱物。這種大沉澱物對於適當的伸長率是不利的。然而，如所指出的那樣，本發明的合金被設計用於cobapress法，其中鍛造是以單一步驟進行的並且不涉及在鍛造、軋制或擠出中通常遇到的大變形。這種大變形使得可以使大沉澱物破碎，並使大沉澱物破壞性不那麼強，同時還維持其硬化效應。通過利用本發明的合金，基於鐵的沉澱物對機械特性的影響應當在鑄造階段時被最小化。這是因為它們的形態隨後不再被修改，因為單步鍛造不會使零件變形到足以改變它們的形態。最終，這種錳含量適於在永久模具中模鑄時獲得的冷卻速度，並且關於這種速度，其有助於形成α形式的alfemnsi沉澱物。鈦含量在0.10％至0.20％的範圍內。該含量對於晶粒的有效巨粒化和對這些合金的機械特性有很大影響的細晶粒尺寸是必需的。鍶含量在0ppm至120ppm的範圍內。此含量對於所形成的少量共晶的纖維狀固化是必需的。這主要在矽含量大於1.5％時發生。已經看到，此合金的組成適於導致固化，該固化使得可以最大化機械特性，而不管在cobapress法期間是否遇到低變形水平。然而，固化缺陷仍然存在，諸如在晶粒接合處的晶粒間收縮孔固化缺陷、具有使模鑄件(即，由模鑄獲得的零件)弱化的分支和擴散形態。cobapress鍛造操作使得可以通過在設計階段控制變形率來重新閉合和重新粘合此類缺陷。溫度/變形對使得可以解決所述缺陷。下表給出了在對低矽合金進行t6熱處理後，使用cobapress法的模鑄件和零件上的機械特性。可以注意到，極限拉伸強度rm和極限伸長率的改善：狀態rp0.2[mpa]rm[mpa]a％[％]模鑄的almgsicu+t63003151.3cobapresstmalmgsicu+t63003408rp＝屈服強度rm＝極限拉伸強度a％＝伸長率最終，此組成使得可降低al-mg-si-cu型合金的常規熱處理的複雜性。矽含量、固化速度和晶粒細化導致肉眼可見的mg2si沉澱物，該沉澱物的尺寸和形態有助於在熱處理期間溶解。參考附圖的各圖，所述附圖的各圖示出了零件的金相照片，以顯示錳含量和銅含量的重要性。圖1示出了不含任何錳的模鑄微結構以及β型的「針狀」沉澱物，而圖2示出了含有錳的單結構以及α型的「漢字字型」沉澱物。圖3、圖4和圖5示出了al2cu銅沉澱物的消除。在圖3和圖4中，銅含量大於0.40％，這導致了al2cu沉澱物的存在。圖4示出了其中可以觀察到被al2cu沉澱物包圍的alfemnsi和mg2si沉澱的實例。圖5示出了根據本發明的銅含量在0.20％至0.40％的範圍內，表明不存在al2cu沉澱物。當前第1頁12