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1、10申请公布号CN104284991A43申请公布日20150114CN104284991A21申请号201380025412422申请日201305151200382920120515EPC22C21/08200601C22C21/02200601C22F1/043200601C22F1/05200601F16D65/0020060171申请人肯联铝业机床杰钦有限公司地址捷克杰钦72发明人R沙哈尼L多莱加I科拉里克74专利代理机构北京北翔知识产权代理有限公司11285代理人钟守期王媛54发明名称改进的快削锻造铝合金产品及其制造方法57摘要一种锻造铝合金产品，其具有以下化学组成，以WT表示13。
2、SI12，135FE18，其中总FESI含量高于34，优选地36；015CU6；06MG3；任选地，以下元素中的一种或多种MN1；CR025；NI3；ZN1；TI01；BI07；IN07；SN07；其他元素各自005且总量015；以及余量的铝。优选地，此产品由在525至580范围内的温度下均质化至少一小时的坯料挤出。此产品具有优异的切削性和硬质阳极化处理后的非常低的粗糙度，可被用于制得改进的制动活塞体。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014111486PCT国际申请的申请数据PCT/EP2013/0014242013051587PCT国际申请的公布数据WO2013/170953。
3、EN2013112151INTCL权利要求书2页说明书8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8页10申请公布号CN104284991ACN104284991A1/2页21一种锻造铝合金产品，其具有以下化学组成，以重量WT表示13SI12，135FE18其中总FESI含量高于34，优选地36；015CU6；06MG3；任选地，以下元素中的一种或多种MN1；CR025；NI3；ZN1；TI01；BI07；IN07；SN07；其他元素各自005且总量015；以及余量的铝。2权利要求1的锻造铝合金产品，其特征在于，总FESICU含量高于4WT。3权利要求1或2的锻造铝。
4、合金产品，其特征在于，FE含量等于或高于155WT。4权利要求1至3中任一项的锻造铝合金产品，其特征在于，SI含量等于或高于155WT。5权利要求1至4中任一项的锻造铝合金产品，其中，SI含量低于5WT。6权利要求1至5中任一项的锻造铝合金产品，其中，以WT表示的FE含量为17FE18。7权利要求1至6中任一项的锻造铝合金产品，其中，以WT表示的CU含量高于065。8权利要求1至7中任一项的锻造铝合金产品，其中，BI含量在005WT和04WT之间。9权利要求1至8中任一项的锻造铝合金产品，其中，SN含量在005WT和04WT之间。10权利要求1至9中任一项的锻造铝合金产品，其中，FEMN含量低。
5、于19WT。11权利要求1至10中任一项的锻造铝合金产品，其中，FEMNCR含量低于21WT，优选地低于20WT。12一种制造快削锻造铝合金产品的方法，其包含以下步骤I铸造由具有权利要求1至11中任一项的化学组成的合金制成的坯料；II在525至580范围内，优选地535和555之间的温度下均质化所述铸造坯料至少一小时；III挤出所述均质化的坯料；IV在高于500的温度下对所述挤出产品进行溶液热处理，随后进行淬火，优选水权利要求书CN104284991A2/2页3淬火，且溶液热处理可借由挤出过程产生的热完成或通过使用单独的热处理炉进行控制；V对所述挤出并淬火的产品的合金进行老化。13权利要求12。
6、的制造方法，其特征在于，所述经老化的挤出产品包含平均晶粒尺寸小于2M，通常地在1M和2M之间且面积比在5和15之间的二次相颗粒。14权利要求12或13的制造方法，其特征在于，所述铝合金的CU含量低于14WT，并且所述经老化的挤出产品的最终强度高于400MPA。15权利要求1至11中任一项的锻造铝合金产品或通过权利要求12至14中任一项的方法制成的锻造铝合金产品的用途，其中，所述锻造铝合金产品被切削并随后被硬质阳极化以得到制动活塞体。权利要求书CN104284991A1/8页4改进的快削锻造铝合金产品及其制造方法0001本发明涉及用于切削应用的、尤其是用于高速切削应用的锻造铝合金产品。本发明还涉。
7、及从简单的挤出产品得到的精密切削的零件的领域，主要是涉及条型或棒型零件，其由AA6XXX铝制成，所述AA6XXX铝具有随对于挤出和精密切削的适宜性而被优化的化学组成，并且所述AA6XXX铝特别地不含具有低熔点并对环境和健康有害的元素如铅或能引起合金的金相结构的脆化的元素。0002除非特别指出，与合金的化学组成有关的所有的值以WT表示。另外，除非特别指出，使用定期出版的注册记录序列REGISTRATIONRECORDSERIES中的由铝业协会定义的名称命名所涉及的所有铝合金。0003精密切削涉及通过从由金属制成的条或棒上去除材料以大规模制造一般为转动零件螺钉、螺栓、轮轴等的零件的领域。所述由金属。
8、制成的条或棒通常通过由坯料BILLET挤出而得到，尤其是在铝合金的情况下。因此，所述零件是在人工或数控切削机床上以高生产速度生产。这些零件被用于各种领域，从钟表制造到医疗器械，到运输航空、铁路、汽车及工业电力、电子、水力领域。0004最终零件的生产率、表面粗糙度和尺寸精度是与这种加工类型相关的主要目标。切削性可定义为从工件上去除金属以得到成品的相对容易性。对于铝合金，与切削性有关的最重要的性能之一是所形成的切削屑的断裂。如果切削屑不断裂，可形成长的切削屑，所述长的切削屑可引起很多问题，从得到不符合规格的产品到很难从切削后的工件上清除切削屑。0005直至前不久，加入了如铅、锡、铟和铋的元素，这是。
9、因为它们形成的相能够有效地使切削屑断裂。一种用于快削应用的常规合金是AA6262，其含有高含量的铅和铋。如铅和铋的元素，由于它们在铝中的低固溶度和它们的低熔点，它们由于切削操作引起的加热而熔化并因此在铝基体中形成软区。由于硬基体中的软区，小尺寸的切削屑在切削或精密切削操作过程中容易断裂，因此允许材料的快速去除和因此的高切削生产率，由于断裂的切削屑疏散了大量的热，因此也防止了零件的最终表面粗糙度的可能的恶化。0006然而，由于与铅的存在有关的毒性问题，欧洲法越来越限制合金中如铝合金，尤其是意在用于精密切削的合金中的容许量。近期调整的限制将铝合金的铅浓度限制至04。数年来，精密切削的合金类型被建议。
10、为具有低铅含量，甚至为无铅。他们的组成是基于存在也具有低熔点的替代元素，如锡、铋或铟。然而，这些合金在精密切削过程中未展现与含铅的合金完全相同的性能。而且，由于由替代元素形成的低熔点的相引起晶界的完全润湿，这些合金有时出现脆化的问题。该脆化发生于未实施充分冷却的切削过程中。0007国际专利申请WO2005/100623公开了用于切削或高速切削应用的快削锻造的ALMGSI合金产品，优选地为挤出的形式，其含有以重量计SI0620、FE0210、MG0520、CU最高10、MN最高15、ZN最高10、CR最高035、TI最高035、ZR00403、每种杂质最高005、杂质总量最高015、AL余量。0。
11、008日本专利申请JP9249931公开了一种铝合金，其具有由以质量计的15120SI、0560MG、00101TI和余量的AL以及不可避免的杂质组成的组成，并且，如果说明书CN104284991A2/8页5需要，其含有以质量计的0520MN和0110CU之一或两者，或者0510FE、0105CR和0105ZR中的一种或多种。0009美国专利US6059902公开了铝合金挤出产品，其含有SI1512、MG056和，任选地，MN052、CU0153和CR004035中的至少一种，并且，另外含有TI00101、不可避免的杂质和余量的铝，其中，SI系化合物的二次相硬颗粒的平均晶粒尺寸为2至20M，并。
12、且其面积比为2至12。熔化所述合金以得到DAS枝晶臂间距为10至50M的铸造坯料，然后在450至520浸泡处理所述坯料，然后进行挤压处理。0010国际专利申请WO2010/112698公开了由铝合金制成的快削的挤出产品，所述铝合金具有以下化学组成，以WT表示08SI15；10FE18；CU01；MN1；MG0612；NI30；CR025；TI01；其他元素各自005，总量015，余量为铝。0011然而，这些最近开发的合金在精密切削应用中没有显示出如之前的含铅合金一样好的结果，特别是在切削屑断裂方面。0012因此，仍然希望得到无PB的快削的锻造合金产品，其具有与含铅的合金AA6262或AA201。
13、1制成的那些产品相似的性能，即防止在快削过程中形成长的切削屑，具有合适的机械性能和抗腐蚀性，并适合进行阳极化处理。0013本发明的第一个目的是由具有以下化学组成的锻造铝合金制成的挤出产品，以WT表示001413SI12，0015135FE18，0016其中FESI的总量高于34，优选地36；0017015CU6；001806MG3；0019任选地，以下元素中的一种或多种0020MN1；0021CR025；0022NI3；0023ZN1；0024TI01；0025BI07；0026IN07；0027SN07；0028其他元素各自005且总量015；0029以及余量的铝。0030根据本发明，所述锻。
14、造合金产品具有高于13WT的SI含量，以提高合金产品的强度和硬度并增加含SI的金属间颗粒的量，两者共同提高切削性，这是因为切削屑更易折断并断裂。优选地，SI含量显著高于13WT。有利地，SI含量高于155。然而，硅含量过高将导致粗菱形立方F晶格相颗粒的沉淀，所述沉淀导致较差的挤出性并提高均质化过程中的二次相颗粒的初始熔化的风险。有利地，SI含量低于12接近低共熔含量说明书CN104284991A3/8页6并优选地低于5WT。0031所述锻造合金产品具有高于135WT的FE含量，其形成含铝的发挥使切削屑断裂作用的硬金属间相。FE含量控制促进短的切削屑的形成的二次相颗粒的量。FE含量优选地高于15。
15、5但低于18，以防止坯料的铸造过程中的降低挤出性的初级含铁相的形成。更优选地，FE含量在17WT和18WT之间。0032即使已知如硅和铁的成分可提高铝合金的切削性，但两者的结合并非是提倡的在高SI含量的情况下，FE含量不应高于1JP9249931；在高FE含量的情况下，SI含量不应高于15WO2010/112698。在本发明的设计中，申请人发现将高SI含量和高FE含量结合以使FESI34，优选地36可得到一种仍然容易挤出的铝合金，并且得到具有好的切削性，即防止快削过程中形成长的切削屑、具有高机械性能和抗腐蚀性的挤出产品，条件是此含量不是太高，最大含量取决于其他成分的量，这有助于金属间相的形成。。
16、考虑到这些其他成分的可能的含量范围，有利地，SIFE含量低于8WT，且更优选地低于7WT。0033所述锻造合金产品具有高于06的MG含量MG的存在提高了合金的强度并增加了含MG的金属间颗粒的量，这进一步提高了切削性，这是因为切削屑更易折断并断裂。MG含量可为063WT。MG含量的限定优选地与SI含量相关硅含量越高，镁含量必须越高，以降低均质化过程中二次相颗粒的初始熔化的风险。然而，太高的镁含量对挤出性和工具磨损不利。因此，优选062WT的镁含量，同时SI含量低于5WT。0034铜也显著提高合金产品的强度。本发明的锻造产品的合金含有最低为015WT含量的铜。CU、SI和MG的同时存在致使合金具有。
17、提高的强度和降低的韧性，这改善了切削屑的可断裂性和形状。优选地，铜含量高于065但由于铜对挤出性的不利影响而低于6，优选地低于1。0035锰为可选的成分。其与其他元素形成硬的金属间相，所述硬的金属间相发挥使切削屑断裂的作用。MN还形成提高合金的强度的精细的分散体。然而，太高的MN含量赋予挤出产品在阳极化后的不理想的和不稳定的方面。因此，本发明的合金含有最高1WT的MN。与铁结合，锰形成粗大的初始相颗粒，其尺寸一般为50100M，这导致合金的延展性的显著损失。因此，FEMN含量优选地低于19WT。0036镍也是一种可选的成分。如锰一样，镍参与促进精密切削或线切削过程中切削屑的断裂的二次相颗粒的形。
18、成。镍含量被限定至3，以防止具有脆化效应的初始相的形成。有利地，镍含量低于1WT。0037所述锻造合金产品任选地具有最高1WT的ZN含量。尤其是与MG和/或CU结合，ZN提高合金产品的强度。0038锻造合金产品还可含有铋、锡或铟。如铅一样，这些元素可形成具有低熔化温度的软相。在切削屑的形成过程中，这些软相形成材料中的缺陷WEAKNESSSPOT致使切削屑更易断裂。在本发明中，BI、SN或IN的含量低于07。然而，它们优选地以足够低的含量存在于合金中，从而这些元素与其他元素结合以形成发挥使切削屑断裂的作用的金属间相，这防止具有低熔化温度的软相的形成。在一个优选实施方式中，这些元素中的至少一个的含。
19、量略高于005WT且低于04WT。0039铬也可与其他具有有限的使切削屑断裂的作用的元素形成硬的金属间相。铬也形说明书CN104284991A4/8页7成精细的分散体，其提高合金的强度。铬是一种抗再结晶元素，其可形成类似锰二次相的影响合金的晶粒结构的二次相。由于其对挤出性的不利影响，其含量保持在低于025WT。优选的CR含量在01WT和02WT之间。铬与铁和/或锰结合也可形成粗大的初始相颗粒，所述粗大的初始相颗粒导致合金的延展性的显著损失。因此，FEMNCR含量优选地低于21WT，更优选地低于20WT。0040钛促进初始铝的晶粒细化并影响上述二次相的分布。其作为具有铸造状态微结构的晶粒细化剂被。
20、添加，其含量最高可达01WT。在晶粒细化的铝锻造合金领域所熟知的，TI可连同或作为TIB2和/或TIC被添加。由于钛对挤出性的不利影响，其含量被限制至01。0041本发明的另一个目的是一种制造快削的锻造铝合金产品的方法，所述方法包含以下步骤0042I铸造由具有上述化学组成的合金制成的坯料；0043II在525至580范围的温度下，优选地在535与555之间均质化所述铸造坯料至少一小时；0044III挤出所述均质化的坯料；0045IV在高于500的温度下对所述挤出产品进行溶液热处理，随后进行淬火，优选水淬火，且溶液热处理可借由挤出过程产生的热完成或通过使用单独的热处理炉进行控制；0046V对所述。
21、挤出并淬火的产品的合金进行老化。0047借由所述方法，其中均质化在提高的温度下、通常地于545下进行5或6小时，所述挤出产品具有与具有相同的几何形状和相同的回火的AA6262挤出棒材的机械性能相似的机械性能。通过直接挤压或通过间接挤压在约500下，优选地于480和520之间预加热坯料并采用20左右，优选地10和50之间的挤出率和10M/MIN左右，优选地5和30M/MIN之间的挤出速度挤出所述坯料而获得所述挤出产品。0048通过上述方法得到的挤出产品包含二次相硬颗粒，所述二次相硬颗粒具有低于2M的平均晶粒尺寸，通常地在1M和2M之间，以及5和15之间的面积比。所述二次相硬颗粒有助于合金的高机械。
22、性能并有助于切削屑断裂，这可能是由于存在大量的通过阻止位错的滑移而发挥固定点ANCHORINGSPOT作用的金属间颗粒，导致了促进切削屑断裂的空腔的形成。已得到挤出产品的最优结果，即使CU含量低于14WT，所述挤出产品在适当的老化处理后也具有高于400MPA的最终抗拉强度。0049本发明的另一个目的是本发明的锻造铝合金产品的用途，其中通过采用任意加工金属切削操作来切削所述锻造铝合金产品，并随后对其进行硬质阳极化以使其通常地具有低粗糙度的约30M的阳极化层，其阳极化表面的粗糙度RMAX优选地低于4M、更优选地低于3M，以特别地得到改进的制动活塞体。0050的确，申请人注意到，本发明的锻造铝合金产。
23、品在阳极化后具有极好的表面粗糙度，显著优于由重质的不含金属的快削合金制成的已知产品阳极化后的表面粗糙度。由于本发明的锻造铝合金产品的极好的机械性能、切削性和在阳极化后具有低表面粗糙度的优异倾向，其特别推荐用于制动活塞体的生产。0051由阳极化引起的表面粗糙度取决于多个参数，其中有阳极化前的表面粗糙度、阳说明书CN104284991A5/8页8极化方法和待阳极化的合金，尤其是存在于其微结构中的相的分布、尺寸和化学特性。应用之一是制动活塞体的制造，对其而言阳极化的表面粗糙度非常重要。制动活塞体是通常地由锻造铝条通过切削成需要的形状，通常地为圆柱形状而制得的零件。随后，高性能制动活塞体被硬质阳极化以。
24、得到约30M的厚度的阳极化层。0052申请人发现，由本发明的合金挤出、然后被切削并被硬质阳极化的制动活塞体具有的粗糙度类似于、甚至略优于先前的含重质金属的快削合金的粗糙度，并且优于已知的无重质金属的快削合金的粗糙度。0053以下实施例有助于更好地理解本发明，然而这些实施例对本发明没有任何限制作用。实施例0054实施例10055采用直冷DC铸造法铸造了6种合金以形成具有120MM的直径的2532M的棒材。这些合金的组成列于表中。0056SIFECUMNMGCRNIA对比213146001044082000090B对比194145007041076000220C发明2121460350390810。
25、10092D发明212145083039079011092E对比150146001099081000001F对比143138001094077000092G对比2101350351410800090910057表0058所有这些合金都具有004005WT的钛含量。0059合金C和D具有本发明的化学组成，而合金A和B具有较低的CU含量，合金E和F具有根据WO2010/112698的化学组成，合金G具有的MN含量高于本发明的合金。0060所述棒材在545的温度下均质化5小时30分钟。然后将其切割以得到220MM长的坯料。所述坯料被加热至500，然后在间接式63MN挤压机上挤压形成具有30MM外径和。
26、15MM内径，并因此具有75MM厚度的壁的管。所述挤出的管以6M/MIN的挤出速度从挤压机挤出并在钢模出口附近水淬火。然后，所述管在170下人工老化10H，以得到最大的机械强度。0061对于每种合金，依据EN7551将一个管切削为样品拉伸测试试样。每种合金的机械性能列于表2中，其中RP为当应力释放后观测到02永久伸长时测得的屈服强度，RM是说明书CN104284991A6/8页9抗拉强度，A5是断裂后的试样长度的永久伸长，表示为原始的试样长度L0的百分数，其中采用的L0等于565S0，S0为测试试样的初始轧断面INITIALSECTION。0062合金RMMPARPMPAA5A36732710。
27、4B38233093C401352109D420362116E358318124F366329105G400346700063表0064在相似的伸长度下，合金C和D的机械性能高于E和F的机械性能。并且高于合金A和B的机械性能。这些值也可与由T6回火的AA6262合金制成的具有30MM直径的挤出棒的机械性能对比，其中RM通常地接近400MPA，RP通常地接近350MPA。可能由于MN和/或MNFE和/或MNFECR的含量太高，合金G的伸长度降至7。0065通过观测合金切削屑的可断裂性来评估其切削性。通过收集由预定的切削操作产生的全部切削屑并计算特定质量此处为100G的质量所收集的切削屑中的切削屑。
28、的数量切削屑的数量N/100G来测定合金的切削性。使用CNC车床SP12CNC和80菱形基本形状的以注册商标SANDVIKCOROMANT107出售、附带说明书CCGX09T304AL的设计用于铝合金的切削的刀头来完成切削操作。应用以下切削参数转速3150RPM/MIN，进料03MM/REV，切削深度35MM。100G中的切削屑数量的平均值具有约等于500的95的置信区间列于表。对应于合金C、D和G的试样得到了最好的结果，其显示出极好的切削屑断裂，而试样A低CU含量和B高NI含量得到了中等的切削屑断裂结果，试样E和F得到了不足的切削屑断裂的结果。0066表中列出的二次相颗粒的平均颗粒尺寸和面积。
29、比也称为“表面分数”是在各试样上基于通过采用图片分析软件于500放大率下拍摄的光学显微图片而测定。颗粒尺寸被定义为具有颗粒的面积的圆的直径。通过计算全部的可检测到的颗粒的颗粒尺寸的算数平均值得到了平均颗粒尺寸。0067合金G具有有利于优异的切削屑断裂的组成，但是其结构包含粗大的初始颗粒，这造成合金的延展性的显著损失。0068说明书CN104284991A7/8页100069表0070因此，这些结果与美国专利US6059902中所描述的结果不完全一致。尤其是，平均二次相颗粒尺寸有利地低于2M。至少对于具有本发明的化学组成的合金来说，US6059902中给出的基于滑移线累积的解释是不完全正确的，或。
30、者2M的尺寸限制不阻止滑移线的累积。我们还注意到，具有最大强度高于400MPA的合金得到了最好的切削屑断裂结果。0071实施例20072试样取自具有30MM的外径和75MM的厚度的由合金C、D、F和G挤出的多个管，所述试样的化学组成列于表。0073试样的制造方法以下00741以70MM的长度切割所述挤出的管并沿所述管的径向表面进行铣削；00752对径向的平整表面进行抛光；00763脱脂DEGREASING；00774清洗；00785硬质阳极化采用H2SO4电解以得到30M厚的氧化物层。0079在所述径向的平整阳极化表面沿试样的轴向进行粗糙度测定。测定了三个粗糙度参数0080RMAX粗糙度曲线的最大粗糙度深度0081RA粗糙度曲线的算数平均偏差0082RZ粗糙度曲线的平均最大高度0083列于表中的粗糙度值示出由合金C和D制成的试样具有的粗糙度小于由合金F和G制成的试样的粗糙度。0084平均RAM平均RZM平均RMAXMC发明029180210D发明035225294说明书CN104284991A108/8页11F对比055360418G对比0714035180085表说明书CN104284991A11。