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1、(10)申请公布号 CN 104350165 A (43)申请公布日 2015.02.11 CN 104350165 A (21)申请号 201380022231.6 (22)申请日 2013.04.10 12165829.8 2012.04.26 EP C22C 21/02(2006.01) C22C 21/04(2006.01) (71)申请人 奥迪股份公司 地址 德国因戈尔施塔特 申请人 阿马格铸造公司 (72)发明人 扬豪克 多米尼克尼古拉斯伯施 海因茨维尔纳豪佩尔 彼得J乌格维策 马可胡梅尔 维尔纳弗拉格纳 赫尔穆特祖潘 霍姆博埃特谢尔 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限。
2、 责任公司 11219 代理人 李楠 安翔 (54) 发明名称 具有特别是再生铝的、 基于铝 - 硅的压铸合 金 (57) 摘要 说明了一种具有特别是再生铝的、 基于 铝 - 硅的压铸合金。为了能够满足对强度、 延展 性和耐腐蚀性的要求提出 ： 压铸合金具有 6-12 重量的硅 (Si)， 至少 0.3 重量的铁 (Fe)， 至 少 0.25 重量的锰 (Mn)， 至少 0.1 重量的铜 (Cu)， 0.24至 0.8 重量的镁(Mg) 和 0.40至 1.5 重量的锌 (Zn)， 且， 所述压铸合金具有 ： 50 至 300ppm 锶 (Sr)， 和 / 或 20 至 250ppm 钠 (N。
3、a)， 和 / 或 20 至 350ppm 锑 (Sb)， 以及至少一个下述组分 ： 最多 0.2 重量的钛 (Ti)， 最多 0.3 重量的锆， 最多0.3重量的钒(V)， 以及作为余量的铝以及 制造所决定的、 无法避免的杂质， 其中， 压铸合金 中的Fe和Mn的总份额总计为最高1.5重量， Fe 和 Mn 的重量百分比的商数为 0.35 至 1.5， Cu 和 Mg 的重量百分比的商数为 0.2 至 0.8。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.10.27 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2013/057521 2013.04.10 (87)P。
4、CT国际申请的公布数据 WO2013/160108 DE 2013.10.31 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 (10)申请公布号 CN 104350165 A CN 104350165 A 1/2 页 2 1. 一种具有特别是再生铝的、 基于铝 - 硅的压铸合金， 其特征在于， 所述压铸合金具有 ： 6 至 12 重量的硅 (Si)， 至少 0.3 重量的铁 (Fe)， 至少 0.25 重量的锰 (Mn)， 至少 0.1 重量的铜 (Cu)， 0.24 至 0.8 重量的镁 (。
5、Mg)， 以及 0.40 至 1.5 重量的锌 (Zn)， 且， 所述压铸合金具有 ： 50 至 300ppm 锶 (Sr)， 和 / 或 20 至 250ppm 钠 (Na)， 和 / 或 20 至 350ppm 锑 (Sb)， 以及至少一种下述组分 最多 0.2 重量的钛 (Ti)， 最多 0.3 重量的锆， 最多 0.3 重量的钒 (V)， 和作为余量的铝以及制造所决定的、 无法避免的杂质， 其中， 所述压铸合金的 Fe 和 Mn 的总份额总计为最高 1.5 重量， Fe 和 Mn 的重量百分 比的商数为 0.35 至 1.5， 并且 Cu 和 Mg 的重量百分比的商数为 0.2 至 0。
6、.8。 2. 根据权利要求 1 所述的压铸合金， 其特征在于， 所述压铸合金具有 ： 0.3 至 1.0 重量的铁 (Fe)， 0.25 至 1.0 重量的锰 (Mn)， 以及 0.1 至 0.6 重量的铜 (Cu)。 3.根据权利要求1或2所述的压铸合金， 其特征在于， 所述压铸合金在它的组成上满足 序理论关系 ： 重量 Mg0.2+0.12( 重量 Fe/ 重量 Mn)。 4.根据权利要求1、 2或3所述的压铸合金， 其特征在于， 所述压铸合金中的Fe和Mn的 总份额总计为最大 1.2 重量， Fe 和 Mn 的重量百分比的商数为 0.5 至 1.25， 并且 Cu 和 Mg 的重量百分比。
7、的商数为 0.2 至 0.5。 5. 根据权利要求 1 至 4 的任意一项所述的压铸合金， 其特征在于， 所述压铸合金具有 9.5 至 11.5 重量的硅 (Si)。 6. 根据权利要求 1 至 5 的任意一项所述的压铸合金， 其特征在于， 所述压铸合金具有 0.35 至 0.6 重量的铁 (Fe)。 7. 根据权利要求 1 至 6 的任意一项所述的压铸合金， 其特征在于， 所述压铸合金具有 0.3 至 0.75 重量的锰 (Mn)。 8. 根据权利要求 1 至 7 的任意一项所述的压铸合金， 其特征在于， 所述压铸合金具有 0.1 至 0.4 重量的铜 (Cu)。 9. 根据权利要求 1 至。
8、 8 的任意一项所述的压铸合金， 其特征在于， 所述压铸合金具有 0.24 至 0.5 重量的镁 (Mg)。 权 利 要 求 书 CN 104350165 A 2 2/2 页 3 10. 根据权利要求 1 至 9 的任意一项所述的压铸合金， 其特征在于， 所述压铸合金具有 0.40 至 1.0 重量的锌 (Zn)。 权 利 要 求 书 CN 104350165 A 3 1/5 页 4 具有特别是再生铝的、 基于铝 - 硅的压铸合金 技术领域 0001 本发明涉及一种具有特别是再生铝的、 基于铝 - 硅的压铸合金。 背景技术 0002 物美价廉的压铸合金例如可以由铝废料取得， 然而通常不利地包含。
9、不期望地高的 杂质 ( 以铁、 铜、 锌合金份额的形式 )(EP1111077A1)。这不仅会导致延展性潜力降低， 而且 还会对压铸合金的强度以及淬火敏感性产生负面影响。 对合金元素的相互权重的极为不同 的措施， 以及添加合金的多种建议由现有技术已知， 特别是为了由此抵消杂质的负面影响。 0003 因此， 由文献 JP9-003610 已知一种压铸合金， 其带有 5-13 重量的硅， 最大 0.5 重量的镁， 0.1 至 1.0 重量锰和 0.1 至 2.0 重量的铁。在此， 锰应当抑制 Al-Fe-Si 针 形晶体的形成， 以便避免强度降低。 此外， 为了得到铸造性能， 应当将镁维持在尽可能。
10、小的、 最大 0.5 重量的含量。在 JP9-003610 中， 压铸合金没有考虑铜杂质和锌杂质 ( 如其在再 生铝中以显著的量存在的那样 )。 0004 文献 DE102004013777B4 建议了一种压铸合金， 其带有 5 至 18 重量的硅、 0.15 至 0.45 重量的锰、 0.2 至 0.6 重量的铁、 0.3 至 0.5 重量的镁、 可能有 0.1 至 0.5 重 量的铜， 以及 4 至 5 重量的锌。最大 0.5 重量的镁含量应当避免 Mg-Fe-“pi” 相的 生成， 以便因而获得延展性。铜应当改善合金的热拉强度， 其中， 锌的含量应当限制在 4 至 5 重量， 以便因此调。
11、整合金的强度和淬火敏感性。然而可能不利的是合金元素的这样的、 特别是通过相对高的锌含量的组成， 具有小的耐腐蚀性， 这会导致由此制造的压铸件的安 全技术限制。 0005 另外， 由文献 DE102009012073A1 已知了压铸合金， 其带有 9 至 11 重量的硅、 最 大 0.6 重量的铁、 0.2 至 0.6 重量的锰、 0.05 至 0.4 重量的铜、 0.2 至 0.35 重量的 镁和最高 0.35 重量的锌。尽管文献 DE102009012073A1 涉及再生铝， 通过设置得相对低 的、 允许的铜、 锌含量的下限， 相对限制了能使用的再生铝的范围。 此外， 这样的组成不能实 现相。
12、对高的强度、 延展性和可铸性。类似情况由文献 DE102005061668A1 已知， 根据该文献， 压铸合金中的锌含量维持在 0.05 重量以下。 发明内容 0006 因此， 本发明的目的在于， 由开始所描述的现有技术出发， 提供一种基于铝 - 硅的 压铸合金， 其尽管使用了再生铝， 还是可以实现下述压铸部件 ： 其对强度、 延展性和化学反 应耐受度、 特别是耐腐蚀性有高要求。此外， 压铸合金应当在压铸技术上可以确保复杂变 形， 以及出色的去变形能力， 以及在由该合金所制造的构件中提供出色的可加工能力。 0007 由如下实现了本发明的目的， 即 , 一种压铸合金， 其具有 ： 0008 6 。
13、至 12 重量的硅 (Si)， 0009 至少 0.3 重量的铁 (Fe)， 0010 至少 0.25 重量的锰 (Mn)， 说 明 书 CN 104350165 A 4 2/5 页 5 0011 至少 0.1 重量的铜 (Cu)， 0012 0.24 至 0.8 重量的镁 (Mg)， 0013 0.40 至 1.5 重量的锌 (Zn)， 0014 且， 所述压铸合金具有 ： 0015 50 至 300ppm 锶 (Sr)， 和 / 或 0016 20 至 250ppm 钠 (Na)， 和 / 或 0017 20 至 350ppm 锑 (Sb)， 0018 以及至少一个下述组分 0019 最多。
14、 0.2 重量的钛 (Ti)， 0020 最多 0.3 重量的锆， 0021 最多 0.3 重量的钒 (V)， 0022 以及作为余量的铝以及制造所决定的、 无法避免的杂质， 0023 其中， 压铸合金中的 Fe 和 Mn 的总份额总计最高为 1.5 重量， Fe 和 Mn 的重量百 分比的商数为 0.35 至 1.5， Cu 和 Mg 的重量百分比的商数为 0.2 至 0.8。 0024 通过允许有相对多的重量的杂质 ( 像根据本发明为铁、 铜、 锌所建议的 ) 可以 提供基于铝 - 硅的、 物美价廉的压铸合金， 因为实质上降低了， 甚至完全取消了原生铝的份 额， 因而可以增加地采用再生铝，。
15、 用于生成铸件。然而， 通过使压铸合金的合金组分根据本 发明强迫进入特定的含量界限内， 以便因而接近由原生铝已知的参数 ( 例， 强度值、 延展性 值、 化学反应耐受度、 可加工性和 / 或可铸性 )。 0025 Fe,Mn ： 0026 因此， Fe 和 Mn 的重量百分比的商值 0.35 至 1.5 导致， 尽管有相对高的铁含量， 在 结构中的 相 ( 例如 ： Al5FeSi/Al8.9Fe2Si2)( 该相以针状体析出 ) 的形成可以显著降低。 可以预计， 相会越来越多地出现， 该相由于根据本发明的、 至少 0.25 重量的锰含量作 为Al15(FeMn)3Si2出现。 该相以球形结晶。
16、， 并且可以由于其紧凑的结构对于延展性具有， 相比由针形 相所已知的更为有利的影响。可以如此确保带有相对高的延展性的压铸合 金。 通常还能提及， 通过Fe/Mn的这种比例， 结合高冷却速率(例如通过加速冷却)， 可以把 它的相维持得相对较小， 并且因而将对结构的影响维持得相对较小。如果额外地将压铸合 金的 Fe 和 Mn 的总份额限制在最大 1.5 重量， 即使在压铸方法应用通常执行的高的冷却 速率时， 也可以进一步降低粗 相的形成。对 Fe 和 Mn 的浓度规定因此特别对于压铸合金 的延展性是必要的。 0027 Cu,Mg: 0028 通过引入和调整镁过量， 具体而言， Cu 和 Mg 的重。
17、量百分比的商值为 0.2 至 0.8， 并 且考虑到， 设置 0.1 重量的铜和 0.24 至 0.8 重量的 Mg， 存在的铜可以基本上结合入优 选形成的 Q 相 (Al5Cu2Mg8Si6)。因此， 该浓度规定可以降低结构中易腐蚀相的形成 ( 像例如 Tao 相， Al5Cu4Zn 或 Theta 相， Al2Cu)， 从而， 尽管有相对高的 Cu 的重量百分比 ( 其根据本发 明用于改善压铸合金的人工时效 )， 还可以保持高耐腐蚀性。此外， 可以通过镁过量改善合 金的时效硬化机制， 这是因为， 镁的一部分结合入Q相(Al5Cu2Mg8Si6)， 并且可以在这方面克 服已知的界限， 其通过。
18、 Mg2Si 的过量沉积调整出初相 (Vorphase)。对铜和镁的浓度规定因 此可以在强度和化学反应耐受度方面满足对压铸合金的高要求。另外， 通过所建议的铜和 说 明 书 CN 104350165 A 5 3/5 页 6 镁的浓度比例可以实现 ： 改善的可加工性， 特别是对于由压铸合金制成的零件的可焊接性 和可铆接性方面的可加工性。 0029 Mg,Fe,Mn: 0030 此外可以确定， 相对铜引入和 / 或调整出上述的镁过量还可以用于， 将压铸合金 的提高的铁含量结合入 pi- 相 (Al8FeMg3Si6) 中。由此， 一方面， 降低损害延展性的 相 ( 例如 ： Al5FeSi/Al8。
19、.9Fe2Si2)， 因为为形成该 相提供了较少的铁， 而另一方面， 特别是可 以因此在压铸合金中降低锰含量， 这是因为， 可以采用pi相(例如 ： Al8FeMg3Si6)来容纳铁。 压铸问题(通常由于提高的锰含量为了对铁效应进行补偿而承受该问题)可以因而得到减 轻。 复杂的变形以及卓越的去变形能力可以通过特别的镁、 铁、 锰的含量界限结合它们的浓 度规定得以确保。 0031 Zn: 0032 合金的强度(例如通过初相Mg2Si和Q相Al5Cu2Mg8Si6表现出来)可以通过混晶退 火借助锌嵌入进一步改善。为此， 可以在 0.40 至 1.5 重量的含量界限中调整锌。另外， 这可能是对于压铸。
20、合金的延展性是必要的。对于压铸合金， 因而可以降低相对高的镁含量 对于延展性的、 可能的负面影响。 此外， 根据本发明的锌含量界限对于改善该压铸合金的可 铸性是有利的， 其中， 由于所建议的锰的含量界限， 在压铸合金中在这方面的负面影响可以 尽可能地得到补偿。 0033 基于铝 - 硅的、 在合金组分铁、 锰、 铜、 镁和锌组分上均衡的压铸合金因此可以对 相对高的延展性、 耐腐蚀性、 强度、 可铸性和可加工性相互补偿， 并且因此克服由现有技术 已知的参数界限， 即使压铸合金具有再生铝， 和 / 或被添入再生铝， 和 / 或由此导致的相对 高的杂质含量。 0034 为了持续精制的目的， 压铸合金。
21、可以具有 50 至 300ppm 的锶 (Sr)， 和 / 或 20 至 250ppm 钠 (Na)， 和 / 或 20 至 350ppm 锑 (Sb)。对于压铸合金的颗粒细化可选地， 有利地提 出了最多 0.2 重量的钛 (Ti)， 和 / 或最多 0.3 重量的锆， 和 / 或最多 0.3 重量的钒 (V)。可以总是用铝将压铸合金补充至 100 重量， 其中， 归因于制造， 压铸合金导致无法避 免的杂质。通常提及， 压铸合金可以具有最高 0.1 重量， 且总共最高 1 重量的杂质。 0035 出于完整性提及， 再生铝可以理解为由铝废料获得的铝或铝合金。 另外还提及， 单 位 ppm 理解为。
22、重量 ppm。 0036 当压铸合金具有 0.3 至 1.0 重量的铁 (Fe)， 0.25 至 1.0 重量的锰 (Mn) 和 0.1 至0.6重量的铜(Cu)时， 压铸合金的强度、 延展性、 可加工性和化学反应耐受度可以进一 步得到改善。 0037 如果压铸合金在其组成上满足序理论关系 (Ordnungsrelation) ： 0038 重量 Mg 0.2+0.12( 重量 Fe/ 重量 Mn), 0039 则给出简单的方法规定， 用以提高在压铸合金的结构中的 pi 相 ( 例如 Al8FeMg3Si6) 的份额。提高的铁份额可以由此得到补偿， 由此可以以降低的 Mn 份额维持压 铸合金的。
23、最好的可铸性。此外， 可以通过固溶退火将 pi 相转化为对于所要求的压铸合金性 能无害的 相。 0040 当压铸合金的铁和锰的总份额总计为 1.2 重量， Fe 和 Mn 的重量百分比的商数 为 0.5 至 1.25， 并且 Cu 和 Mg 的重量百分比的商数为 0.2 至 0.5 时， 压铸合金在它的可实现 说 明 书 CN 104350165 A 6 4/5 页 7 的延展性、 强度和腐蚀耐受性方面都可以进一步得到改善。 0041 如果压铸合金具有 9.5 至 11.5 重量的硅 (Si)， 和 / 或 0.35 至 0.6 重量的铁 (Fe)， 和/或0.3至0.75重量的锰(Mn)， 。
24、和/或0.1至0.4重量的铜(Cu)， 和/或0.24 至 0.5 重量的镁 (Mg)， 和 / 或 0.40 至 1.0 重量的锌 (Zn)， 针对在其力学和 / 或化学耐 受度上改善的、 基于铝 - 硅的压铸合金， 得到了更窄的界限范围。通常提及， 可以通过所建 议的硅含量， 改善熔融物的流动性能， 并且避免脆的初级硅相。由此还可以实现 ： 压铸出本 身就相对薄的零件。由此， 特别有利地提出了 9.5 重量至 11.5 重量的硅 (Si)。 具体实施方式 0042 实施本发明的途径 ： 0043 下面， 凭借实施例进一步示例性地阐明本发明 ： 0044 为了证明所达到的效果， 以压铸法制造。
25、由不同的压铸合金制成的、 薄壁铸造零件。 所研究的合金的组成在表 1 中列出。 0045 合金编号组成铁 / 锰铜 / 镁 1AlSi10Mn0.5Fe0.1Mg0.40.20 2AlSi10Mn0.5Fe0.5Mg0.4Cu0.25Zn0.7510.63 0046 表 1 所研究的合金的概览 0047 合金 1 涉及由带有小杂质度的原生铝制成的压铸合金。相反， 合金 2 表现出了铁 和铜合金份额显著的杂质度， 其例如可以通过再生铝所带来。 0048 合金或由它制成的压铸零件或检测体以经1小时在460下的固溶退火进行T7热 处理， 用水进行淬火， 在220下进行2小时的两阶段式的人工时效处理。。
26、 最后， 对成品检测 体在机械性能方面进行研究。 为此， 在拉力实验中确定了抗拉强度Rm、 屈服强度Rp0.2和断裂 延伸率 A5。得到的测量值在表 2 中加以总结。 0049 合金编号 Rp0.2MPaRmMPaA5 115523014.3 216024013.8 0050 表 2 所研究的合金的力学特征值 0051 对 2 号压铸合金的研究表明， 通过所调整出的铁份额和锰含量， 避免了在凝固时 所不期望的 beta 相。通过镁份额， 铜份额也可以完全结合入 Q 相， 由此， 实现了相对高的耐 腐蚀性。基于该元素组合， 尽管有 0.5 重量的铁含量， 还是可以实现提高的强度和断裂延 伸率为 13.8。相对高的锌含量导致了强度提升， 而不会对力学性能造成负面影响。 0052 正如现在在比较根据表 2 的两个压铸合金 1 和 2 所能认识到的， 这两种合金示出 了相似的力学性能， 尽管合金 2 相对合金 1 具有明显更高的铁含量和铜含量。 说 明 书 CN 104350165 A 7 5/5 页 8 0053 因而示出了， 根据本发明所建议的、 用于压铸合金的浓度比例允许了 ： 确保相对高 的延展性、 耐腐蚀性、 强度、 可铸性和可加工性。 说 明 书 CN 104350165 A 8 。