專利名稱：用于鑄件的鋁合金、鋁合金鑄件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有良好實(shí)用耐疲勞性(比如高周疲勞強(qiáng)度和熱機(jī)械耐疲勞性)的鋁合金鑄件，它們的制造方法，和適于制造的用于鑄件的鋁合金。
相關(guān)技術(shù)介紹作為減少重量需要的結(jié)果，越來越多的汽車零件將用鋁合金制造。即使已經(jīng)用鋁制造的零件也需要變得更輕以減少它們的重量。因此，在強(qiáng)度和耐疲勞性方面，鋁合金需要更高的可靠性。特別是，用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件的鋁合金需要具有優(yōu)良的能夠承受熱/冷循環(huán)的耐疲勞性(熱機(jī)械耐疲勞性)，而不僅僅是高溫強(qiáng)度和抗蠕變性，因?yàn)樗鼈兂３Ｔ诟邷丨h(huán)境下使用。典型的零件是，例如往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋。
因?yàn)槠咨w具有復(fù)雜的外形和較大的尺寸，它們通常通過鑄造工藝生產(chǎn)。已經(jīng)研制了各種鋁合金，包括AC2A、AC2B、AC4B和AC4C(JIS)，并已在日本已公開專利號(hào)H10-251790、H11-199960、2001-303163，日本專利公開號(hào)3415346和3164587(JP’587)中公開。上述文獻(xiàn)實(shí)施方式的大部分鋁合金使用了Cu和Mg。使用Cu和Mg是因?yàn)樗鼈兺ㄟ^沉淀硬化加強(qiáng)了基體相從而有助于汽缸蓋的強(qiáng)化。在另一方面，JP’587說明了Cu和Mg被作為雜質(zhì)處理，保持它們的量在0.2質(zhì)量％以下的情況。這是因?yàn)镃u和Mg促進(jìn)了熱不穩(wěn)定沉淀物，且沉淀物在鑄件使用期間變得更粗糙的緣故，從而，作為結(jié)果，惡化了其延展性和韌性且降低了熱機(jī)械耐疲勞性。
發(fā)明概述JP’587的鋁合金由于其基本上缺少Cu和Mg的事實(shí)，往往具有非常低的硬度和強(qiáng)度，且實(shí)用強(qiáng)度和作為基體金屬的合金的其它性能也往往不夠。因此，JP’587說明了使用單獨(dú)高強(qiáng)度鋁合金用于鑄件的方法，并在由于熱應(yīng)力集中(比如，閥橋和輔助燃燒室孔和汽缸蓋閥門孔之間的區(qū)域)需要高熱機(jī)械耐疲勞性的區(qū)域，用其通過焊接將基體金屬覆蓋。換句話說，JP’587中公開的鋁合金僅僅限于在需要高熱機(jī)械耐疲勞性的區(qū)域使用。在不同的區(qū)域使用不同的鋁鑄件，比如這種情況是不希望的，因?yàn)檫@會(huì)大大增加鑄件(比如汽缸蓋)的制造成本。
本發(fā)明的目的是通過提供具有鑄件(比如汽缸蓋)需要的強(qiáng)度和耐疲勞性以及良好熱機(jī)械耐疲勞性的鋁合金來解決這些問題。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這樣的鋁合金鑄件以及它們的制造方法。
本發(fā)明人致力于解決這些問題，并找到了提高基體金屬的強(qiáng)度和耐疲勞性和同時(shí)實(shí)現(xiàn)高熱機(jī)械耐疲勞性，且當(dāng)Mg被加入以強(qiáng)化鑄件整體時(shí)不必降低鑄件的延展性和韌性的方法。
用于鑄件的鋁合金—根據(jù)本發(fā)明的具有良好實(shí)用耐疲勞性的用于鑄件的鋁合金包括以100質(zhì)量％計(jì)，4-12質(zhì)量％硅(Si)、小于0.2質(zhì)量％銅(Cu)、0.1-0.5質(zhì)量％鎂(Mg)、0.2-3.0質(zhì)量％鎳(Ni)、0.1-0.7質(zhì)量％鐵(Fe)、0.15-0.3質(zhì)量％鈦(Ti)以及余量鋁(Al)和不可避免的雜質(zhì)。
使用根據(jù)本發(fā)明鋁合金生產(chǎn)的鋁合金鑄件具有高強(qiáng)度和高疲勞強(qiáng)度(耐疲勞性)和高熱機(jī)械耐疲勞性。將這些鋁合金用于鑄件使得采用單一合金鑄造鑄件成為可能，從而大大降低了制造成本，即使當(dāng)鑄件不僅需要在整個(gè)鑄件上的高強(qiáng)度，而且需要高局部熱機(jī)械疲勞強(qiáng)度時(shí)也是如此，比如在汽缸蓋的情況下。例如，根據(jù)本發(fā)明的用于鑄件的鋁合金最適于需要高強(qiáng)度和高耐疲勞性的高性能汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋鑄件。
鋁合金鑄件—本發(fā)明不僅包括用于鑄件的鋁合金而且包括具有良好實(shí)用耐疲勞性的鋁合金鑄件。本發(fā)明提供具有良好實(shí)用耐疲勞性的鋁合金鑄件，包括以100質(zhì)量％計(jì)，4-12質(zhì)量％硅(Si)、小于0.2質(zhì)量％銅(Cu)、0.1-0.5質(zhì)量％鎂(Mg)、0.2-3.0質(zhì)量％鎳(Ni)、0.1-0.7質(zhì)量％鐵(Fe)、0.15-0.3質(zhì)量％鈦(Ti)以及余量鋁(Al)和不可避免的雜質(zhì)。
鋁合金鑄件的制造方法—本發(fā)明還包括生產(chǎn)用于鑄件鋁合金的適當(dāng)方法。本發(fā)明包括通過向鑄模中澆注主要是鋁的熔融鋁合金獲得鋁鑄件的鑄造工藝；和實(shí)施于所述鋁合金鑄件的熔體熱處理和老化熱處理的加熱工藝；其中所述加熱工藝后的所述鋁合金鑄件包括，以100質(zhì)量％計(jì)，4-12質(zhì)量％硅(Si)、小于0.2質(zhì)量％銅(Cu)、0.1-0.5質(zhì)量％鎂(Mg)、0.2-3.0質(zhì)量％鎳(Ni)、0.1-0.7質(zhì)量％鐵(Fe)、0.15-0.3質(zhì)量％鈦(Ti)以及余量鋁(Al)和不可避免的雜質(zhì)，且所述鑄件具有良好的實(shí)用耐疲勞性，因?yàn)樗鼈兊慕鹣嘟Y(jié)構(gòu)是主要為α-Al的基體相和以網(wǎng)狀結(jié)晶于所述基體相周圍的骨架相，其中所述基體相通過含有Mg的沉淀物強(qiáng)化。
根據(jù)本發(fā)明的鋁合金可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度或高疲勞強(qiáng)度和高熱機(jī)械耐疲勞性，這在迄今為止是難以實(shí)現(xiàn)的。雖然還不清楚是如何實(shí)現(xiàn)的，建立理論如下。(用于鑄件的鋁合金和鋁合金鑄件，后者為鑄件產(chǎn)品，無論在哪里使用，為了方便可以合稱為“鋁合金”)。
增加鋁合金(鑄件)耐疲勞強(qiáng)度的傳統(tǒng)思路是試圖增加其靜態(tài)抗拉強(qiáng)度。傳統(tǒng)的方法包括沉淀強(qiáng)化元素，比如Cu和Mg。
然而，單獨(dú)使用此種方法可能能夠?qū)崿F(xiàn)鋁合金強(qiáng)度的增加，但是它也引起了延展性和韌性的降低。因此，它不僅不能增加受應(yīng)力集中和平均應(yīng)力影響的疲勞強(qiáng)度，而且它引起了由于其延展性和韌性的降低導(dǎo)致的熱機(jī)械耐疲勞性的降低。因此，迄今為止，在鋁合金中同時(shí)實(shí)現(xiàn)高水平的強(qiáng)度、耐疲勞性和熱機(jī)械耐疲勞性是非常困難的。例如，上述提到的文獻(xiàn)還不能以高水平同時(shí)滿足所有這些性能，它們僅僅實(shí)現(xiàn)了一部分這些性能。
在另一方面，根據(jù)本發(fā)明的鋁合金通過優(yōu)化Mg以及Ni、Fe和Ti的含量，基本不含銅，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高水平的強(qiáng)度。耐疲勞性和熱機(jī)械耐疲勞性。每種組分的作用將在下面討論。
首先，由于根據(jù)本發(fā)明的鋁合金基本不含有銅，因此基體相的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且可以阻止基體相變脆，這有助于熱機(jī)械耐疲勞性的改善。順便提及，基體相變脆是由于在基體相中Cu化合物沉淀時(shí)，在熱機(jī)械疲勞環(huán)境下Cu長(zhǎng)大形成粗大沉淀物的緣故。
然而，由于根據(jù)本發(fā)明的鋁合金基本不含Cu，不能期望通過Cu沉淀物來進(jìn)行材料強(qiáng)化。因此，本發(fā)明人通過添加Mg來強(qiáng)化鋁合金。選擇Mg而不是Cu的另一個(gè)原因是對(duì)它們各自耐腐蝕性的考慮。
預(yù)期鋁合金中Mg的夾雜達(dá)到與現(xiàn)有技術(shù)相同的水平會(huì)引起由于鋁合金延展性和韌性降低而導(dǎo)致的疲勞強(qiáng)度和熱機(jī)械耐疲勞性的惡化，即使能夠?qū)崿F(xiàn)基體金屬的更高強(qiáng)度。然而，本發(fā)明人，在廣泛研究后，發(fā)現(xiàn)了增加鋁合金硬度、強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等，且通過控制Mg含量在本發(fā)明的限度內(nèi)幾乎對(duì)熱機(jī)械耐疲勞性沒有影響的方法。當(dāng)然，認(rèn)為鋁合金延展性和韌性的降低會(huì)影響疲勞強(qiáng)度和熱機(jī)械耐疲勞性，甚至盡管非常輕微，原因是在Mg含量增加時(shí)鋁合金延展性和韌性的惡化。然而，認(rèn)為這種惡化可以通過Ni、Fe等的化合物強(qiáng)化骨架相來得到充分補(bǔ)償。特別是，Ni含量的適當(dāng)調(diào)整使得實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)鋁合金實(shí)現(xiàn)的水平相同甚至更高的高熱機(jī)械耐疲勞性成為可能。這將在下面進(jìn)行進(jìn)一步描述。
骨架相象網(wǎng)一樣在基體相周圍展開。施加于合金上的應(yīng)力和應(yīng)變由于骨架相在整個(gè)合金中趨向均勻分布而不集中。由于骨架相中Ni化合物和Fe化合物結(jié)晶量的增加，應(yīng)力集中往往更易在這些區(qū)域發(fā)生，也增加了引起鋁合金疲勞性惡化的可能性。然而，由于根據(jù)本發(fā)明的鋁合金中基本不含有Cu，基體保持相對(duì)柔軟，且Mg含量受到限制，因此在Ni化合物和Fe化合物發(fā)生結(jié)晶區(qū)域的應(yīng)力集中不會(huì)引起任何嚴(yán)重的問題。
本發(fā)明的鋁合金也含有Ti。這使得鋁合金的晶粒尺寸極其細(xì)。因而，鋁合金骨架相的分布趨向各向同性，這使得施加的應(yīng)力和應(yīng)變分布更加均勻，因此有助于疲勞強(qiáng)度和熱機(jī)械耐疲勞性的改善。而且，Ti固溶于基體中，通過固溶強(qiáng)化基體，這也有效地改善了鋁合金的強(qiáng)度。因此，可以相信本發(fā)明的鋁合金可以實(shí)現(xiàn)高水平的強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和熱機(jī)械耐疲勞性，這在迄今為止僅僅通過優(yōu)化各種合金元素的含量和它們的協(xié)同作用是不可能實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的鋁合金鑄件在它們使用的最早期在結(jié)構(gòu)上可以會(huì)經(jīng)歷一些改變。例如，在汽缸蓋的情況下，取決于位置的不同，它們的熱環(huán)境是不同的，在汽缸蓋燃燒室附近的一些部分的溫度可能相對(duì)較高，引起Mg化合物從基體相中沉淀并在使用的最早期變得更粗糙。然而，在本發(fā)明中，粗大沉淀物的長(zhǎng)大在早期停止，且進(jìn)一步的加熱恢復(fù)了延展性和韌性。而且即使延展性和韌性在使用的最早期惡化，也很少影響熱機(jī)械耐疲勞性，因?yàn)橥ㄟ^Ni化合物和其它強(qiáng)化的骨架相支撐基體。在另一方面，在不暴露于高溫的汽缸蓋基體區(qū)域通過Mg化合物的沉淀物強(qiáng)化，因此基體仍保持充足強(qiáng)度和硬度作為基體金屬。同樣地，即使取決于組件位置的不同而需要不同的性能，根據(jù)本發(fā)明的鋁合金也能同時(shí)滿足所有這些需要。
此處所用的術(shù)語“強(qiáng)度”是指鋁合金在使用的早期的斷裂強(qiáng)度。這個(gè)強(qiáng)度大約保持在室溫至150℃的溫度范圍。強(qiáng)度可以用抗拉強(qiáng)度表示，但是也可以用合金的整體硬度表示。另外，當(dāng)疲勞強(qiáng)度(將在下面描述)高時(shí)，抗拉強(qiáng)度一般較高。
此處使用的術(shù)語“疲勞”一般是指抗高循環(huán)疲勞的強(qiáng)度，而術(shù)語“疲勞強(qiáng)度”是指對(duì)所述疲勞的抵抗力。當(dāng)在特定溫度下對(duì)鋁合金施加重復(fù)應(yīng)力時(shí)，“疲勞強(qiáng)度”是斷裂強(qiáng)度。它用平均應(yīng)力、應(yīng)力幅度和重復(fù)循環(huán)(直到斷裂發(fā)生時(shí)的壽命)來表示。
此處所用的術(shù)語“熱機(jī)械疲勞”是指一種低循環(huán)疲勞，它在溫度和應(yīng)力周期性變化時(shí)發(fā)生，而術(shù)語“熱機(jī)械耐疲勞性”是指對(duì)所述疲勞的抵抗力。更特別地，熱機(jī)械疲勞是指由于熱膨脹和熱收縮約束導(dǎo)致的，作為加熱期間引起的在拉伸方向或壓縮方向的應(yīng)力以及冷卻期間在拉伸方向或壓縮方向的應(yīng)力的結(jié)果而發(fā)生的疲勞。熱機(jī)械疲勞依賴于溫度和應(yīng)力的相不同，可以在相外也可以在相內(nèi)。這個(gè)熱機(jī)械疲勞用熱機(jī)械疲勞壽命表示。對(duì)這些的試驗(yàn)方法將在以后討論。由于鋁合金的熱膨脹系數(shù)一般較高，由熱膨脹約束引起的由于加熱期間的壓縮應(yīng)力和冷卻期間的拉伸應(yīng)力導(dǎo)致的相外熱疲勞可能會(huì)發(fā)生。疲勞強(qiáng)度和熱機(jī)械耐疲勞性此處合稱為“實(shí)用耐疲勞性”。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的鋁合金鑄件金相結(jié)構(gòu)的示意圖；和圖2(a)-2(c)是表示進(jìn)行鹽水噴灑試驗(yàn)后具有不同Cu含量的鋁合金鑄件腐蝕的照片，其中Cu含量是2(a)0質(zhì)量％，(b)0.5質(zhì)量％，和2(c)5質(zhì)量％，基于100質(zhì)量％的合金。
優(yōu)選實(shí)施方式本發(fā)明將采用優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。在這個(gè)說明書中描述的本發(fā)明，包括實(shí)施方式，能夠相等地應(yīng)用于所有用于鋁合金的鑄件，鋁合金鑄件和根據(jù)本發(fā)明的它們制造。哪種實(shí)施方式最合適取決于要鑄造的物體和它所需的性能等。
(1)組成根據(jù)本發(fā)明鋁合金的Si含量應(yīng)該優(yōu)選4-12質(zhì)量％。如果Si含量小于4質(zhì)量％，差的可鑄性和鑄造缺陷就往往會(huì)發(fā)生。而且，較低的Si含量會(huì)導(dǎo)致較高的熱膨脹系數(shù)。在另一方面，如果Si含量超過12質(zhì)量％，當(dāng)熔融合金固化時(shí)就會(huì)導(dǎo)致較強(qiáng)的取向性，引起金屬結(jié)構(gòu)不均勻。它也可能會(huì)引起最終發(fā)生固化的區(qū)域產(chǎn)生大量鑄造缺陷。而且，脆的Si沉淀物可能增加，這會(huì)降低鑄件的延展性和韌性。
5-9質(zhì)量％的Si含量是最優(yōu)選的。如果Si含量在此范圍，可鑄性變得最穩(wěn)定。組成骨架相的共晶Si也變得最適宜提供具有良好強(qiáng)度和延展性的鋁合金鑄件。而且，Si含量的最佳范圍是7-8質(zhì)量％。這個(gè)范圍的Si含量提供了鑄件的更穩(wěn)定性和延展性和強(qiáng)度的最好平衡。
最合適的Cu含量是小于0.2質(zhì)量％。如果Cu含量超過0.2質(zhì)量％，就會(huì)于使用汽缸蓋的高溫范圍在合金中產(chǎn)生熱不穩(wěn)定沉淀物。這些沉淀物在鋁合金鑄件使用期間逐漸變得粗大，使得延展性和韌性惡化，而且可能引起鋁合金鑄件熱機(jī)械耐疲勞性的嚴(yán)重降低。而且，如果Cu含量超過0.2質(zhì)量％，由于沉淀物的強(qiáng)化作用基體相會(huì)變得非常硬。特別是，當(dāng)結(jié)晶量與本發(fā)明鋁合金的情況下相同時(shí)，就有疲勞強(qiáng)度由于應(yīng)力集中可能發(fā)生惡化的問題。因此，Cu含量越少越好，它的上限應(yīng)該優(yōu)選0.1質(zhì)量％，或最優(yōu)選0.05質(zhì)量％。因此，最好的實(shí)施是選擇0質(zhì)量％的Cu含量，使Cu僅以不可避免的雜質(zhì)存在。
如上所述的由于延展性和韌性惡化導(dǎo)致的熱機(jī)械耐疲勞性的降低趨勢(shì)不僅與Cu也與Mg在一定程度一起發(fā)生。然而，如果是少量的Mg，它在早期只引起有限量沉淀物的粗化，由于隨后的加熱導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化就會(huì)保持到最小，快速地恢復(fù)延展性和韌性。Cu具有引起鋁合金腐蝕的強(qiáng)烈趨勢(shì)。因此，從阻止腐蝕的觀點(diǎn)看，Cu含量也應(yīng)該被保持在上述的范圍。然而，考慮到材料的再循環(huán)、制造成本等，Cu有可能作為雜質(zhì)存在于鋁合金中。因此，對(duì)于實(shí)用反應(yīng)，Cu含量的上限被設(shè)定在0.2質(zhì)量％而不是0質(zhì)量％。這就允許我們降低鋁合金鑄件的制造成本和改善它們的再循環(huán)性。
Mg含量應(yīng)該是0.1質(zhì)量％，優(yōu)選0.15質(zhì)量％，或者最優(yōu)選0.2質(zhì)量％作為最低限，0.5質(zhì)量％或者優(yōu)選0.4質(zhì)量％作為上限。例如，Mg含量應(yīng)該是0.1-0.5質(zhì)量％或者優(yōu)選0.2-0.4質(zhì)量％。
根據(jù)本發(fā)明的鋁合金基本不含沉淀強(qiáng)化元素Cu。因此，為了確保作為汽缸蓋等的基體金屬使用的鋁合金的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，含有適量的Mg是非常重要的。如果Mg含量太小，基體相變得太柔軟，效果就不充分，如果Mg含量太多，鋁合金的延展性和韌性就降低，熱機(jī)械耐疲勞性也會(huì)降低。
Ni的優(yōu)選量是0.2-3.0質(zhì)量％。Ni引起Ni化合物結(jié)晶以強(qiáng)化網(wǎng)狀骨架相。如果Ni含量小于0.2質(zhì)量％，Ni化合物產(chǎn)生的量太少，由結(jié)晶物質(zhì)組成的網(wǎng)狀型骨架相的形成就變得不足。當(dāng)Ni含量超過3.0質(zhì)量％，就往往引起Ni化合物更加粗大，可能會(huì)嚴(yán)重降低延展性和韌性。特別是，當(dāng)Ni含量超過2質(zhì)量％時(shí)，Ni化合物開始變得粗大，且開始惡化結(jié)構(gòu)的均勻性。因此，Ni含量應(yīng)該優(yōu)選為0.5至2.0質(zhì)量％，因?yàn)檫@可以確保Ni化合物的結(jié)晶量和尺寸合適，并提供均勻的固化結(jié)構(gòu)?！癗i化合物”是所有含Ni化合物的通稱。典型的Ni化合物包括Al-Ni化合物、Al-Ni-Cu化合物和Al-Fe-Ni化合物。而且，Ni含量的最佳范圍是0.7-1.5質(zhì)量％。這個(gè)范圍的Ni含量提供了Ni化合物的最佳尺寸和量，這會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定的，高熱機(jī)械耐疲勞性。
優(yōu)選的Fe含量是0.1-0.7質(zhì)量％。如果Fe含量小于0.1質(zhì)量％，產(chǎn)生Fe化合物的量太少，由結(jié)晶物質(zhì)組成的網(wǎng)狀型骨架相的形成變得不足。當(dāng)Fe含量超過0.7質(zhì)量％時(shí)，往往引起Fe化合物變得粗大，可能嚴(yán)重降低延展性和韌性。如果Fe含量是0.2-0.6質(zhì)量％，則是優(yōu)選的。Fe含量的最佳范圍是0.3-0.5質(zhì)量％。這個(gè)范圍的Fe含量最大化了上述影響?！癋e化合物”是所有含F(xiàn)e化合物的通稱。典型的Fe化合物包括Al-Si-Fe-Mn化合物、Al-Si-Fe化合物和Al-Fe-Ni化合物。
優(yōu)選的Ti含量是0.15-0.3質(zhì)量％。Ti使得結(jié)晶晶粒更細(xì)小，且通過它的固溶強(qiáng)化了基體相。當(dāng)結(jié)晶晶粒變得足足夠細(xì)小時(shí)，由結(jié)晶物質(zhì)組成的網(wǎng)狀骨架相就變得各向同性。Ti在基體相中的固溶使得基體相更加堅(jiān)硬，抑制了基體相中的應(yīng)力集中，使得應(yīng)力分布更加均勻。因此施加在鑄件上的應(yīng)力和應(yīng)變變得更加均勻，改善了它的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)Ti含量小于0.15質(zhì)量％時(shí)，結(jié)晶晶粒不能變得足夠細(xì)小，對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)獨(dú)特的枝晶結(jié)構(gòu)就容易生長(zhǎng)，從而阻止各向同性的網(wǎng)狀型骨架相的發(fā)展。當(dāng)Ti含量超過0.3質(zhì)量％時(shí)，使得固溶增加的Ti量引起基體變得太硬，可能會(huì)引起鑄件的剪切斷裂。它也可能在基體中引起粗大Ti化合物的形成，并可能嚴(yán)重降低鑄件的延展性和韌性。
Ti可以在熔化原料組分的最后期通過添加Al-Ti合金、Al-Ti-B合金、Al-Ti-C等加入到合金。用這個(gè)方法向基體金屬(鋁合金)中添加Ti使得抑制Ti化合物的凝結(jié)成為可能，且容易使晶體晶粒變得細(xì)小，容易使金屬結(jié)構(gòu)更加各向同性和均勻。當(dāng)Al-Ti-B用作添加Ti的原材料時(shí)，合金中存在硼(B)。如果硼含量增加，鋁合金的耐熱性惡化，因此優(yōu)選限制B含量小于0.01質(zhì)量％。
順便提及，本發(fā)明鋁合金結(jié)晶晶粒尺寸“d”和二次晶枝距離DAS的比，即d/DAS大約為5-20。這個(gè)結(jié)晶晶粒直徑“d”可以通過，例如根據(jù)JIS-H-0510“軋制銅產(chǎn)品晶粒尺寸試驗(yàn)方法”的測(cè)量方法獲得。
本發(fā)明的鋁合金優(yōu)選含有0.1-0.7質(zhì)量％的錳(Mn)。Mn結(jié)晶以產(chǎn)生Mn化合物，并強(qiáng)化骨架相。如果Mn含量小于0.1質(zhì)量％，作用太小。如果Mn含量超過0.7質(zhì)量％，Mn化合物往往更加粗大，可能會(huì)嚴(yán)重降低延展性和韌性。Mn也阻止Fe化合物變得太粗大和成為針狀，從而阻止延展性和韌性降低。Mn含量應(yīng)該優(yōu)選0.2-0.5質(zhì)量％。更優(yōu)選的范圍是0.3-0.5質(zhì)量％。這個(gè)范圍的Fe含量最大化了上述作用。“Mn化合物”是所有含Mn化合物的通稱。典型的Mn化合物包括Al-Si-Fe-Mn化合物，Al-Si-Mn化合物和Al-Mn化合物。
本發(fā)明的鋁化合物應(yīng)該優(yōu)選包括0.03-0.5質(zhì)量％鋯(Zr)或者0.02-0.5質(zhì)量％釩(V)之一或者兩者。這兩種元素都使晶體尺寸細(xì)小，阻止列式枝晶，從而使得結(jié)晶物質(zhì)的網(wǎng)狀型骨架相更加各向同性。這兩種元素都通過它們的固溶強(qiáng)化基體，并充分改善高溫強(qiáng)度。它們也阻止對(duì)基體相的應(yīng)力集中。如果它們的含量太低，它們的作用就會(huì)被限制。如果它們的含量過多，粗大，基本固化的化合物就會(huì)產(chǎn)生，嚴(yán)重降低鑄件的延展性和韌性。而且，如果兩者的含量都過量，均勻溶解就變得困難除非增加熔化金屬的溫度。如果兩種元素的含量都超過0.5質(zhì)量％，粗大的Ti化合物就會(huì)發(fā)展，可能會(huì)降低鑄件的延展性和韌性以及對(duì)前述精練晶體晶粒有效的Ti量，因此，引起晶體晶粒變得太粗大。這能損壞鑄件金屬結(jié)構(gòu)的各向同性和均勻性。優(yōu)選的Zr量是0.03-0.15質(zhì)量％，優(yōu)選的V量是0.02-0.15質(zhì)量％。如果包括兩種元素是最優(yōu)選的。
本發(fā)明的鋁化合物應(yīng)該優(yōu)選包括0.0005-0.003質(zhì)量％鈣(Ca)。除了添加Ti、Zr或V在上述范圍外，如果添加少量的Ca，晶體晶粒的精練會(huì)更加穩(wěn)定。如果Ca含量小于0.0005質(zhì)量％，足夠的作用就不能實(shí)現(xiàn)。如果Ca含量超過0.003質(zhì)量％，往往會(huì)形成枝晶結(jié)構(gòu)，這會(huì)惡化結(jié)晶物質(zhì)網(wǎng)狀骨架相的各向同性，使得鑄件結(jié)構(gòu)不均勻。當(dāng)Ca含量增加時(shí)，也趨向增加孔隙度，這是另一種鑄件缺陷。因此，Ca含量應(yīng)該控制在小于0.002質(zhì)量％。
(2)結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明的鋁合金鑄件或通過使用根據(jù)本發(fā)明的用于鑄件的鋁合金生產(chǎn)的鑄件(合稱為“鋁合金鑄件”或“鑄件”)包括基體相和骨架相?；w相主要是α-Al，骨架相是以網(wǎng)狀在基體相周圍結(jié)晶的結(jié)晶物質(zhì)(圖1)。當(dāng)通過根據(jù)在基體相周圍的包晶反應(yīng)結(jié)晶而產(chǎn)生骨架相時(shí)，可以獲得這些金屬結(jié)構(gòu)，例如在基體相基本固化后。這些金相結(jié)構(gòu)變成了大體上是通過在鑄模中熔融鋁合金的漿狀固化獲得的亞共晶結(jié)構(gòu)。
基體相不僅含有α-Al，而且含有各種合金元素的固溶體和沉淀化合物(例如，Mg化合物的沉淀顆粒)的顆粒等。骨架相也不僅含有Al-Si共晶體，而且也含有和共晶體一起結(jié)晶的化合物以及各種合金元素的固溶體等。通過在骨架相中結(jié)晶或沉淀強(qiáng)化骨架相的化合物顆粒被稱為骨架的“強(qiáng)化顆?！?參見圖1)。這些強(qiáng)化顆粒包括，例如Al-Ni化合物、Al-Si-Ni化合物、Al-Fe化合物、Al-Si-Fe化合物、Al-Si-Fe-Mn化合物和共晶Si。在這當(dāng)中，Ni化合物和Fe化合物作為強(qiáng)化顆粒具有最強(qiáng)的作用。除了這些，SiC、Al2O3和TiB2也可以是強(qiáng)化顆粒。
骨架相包括具有高彈性和高屈服應(yīng)力的結(jié)晶物質(zhì)和硬強(qiáng)化顆粒。這些元素以網(wǎng)狀連接以包圍基體相，它們的結(jié)構(gòu)細(xì)小而且均勻，因此施加于鑄件的應(yīng)力通過骨架被均勻地?cái)U(kuò)散，且可能是疲勞斷裂源的基體應(yīng)力負(fù)擔(dān)趨向降低。認(rèn)為這是鋁合金鑄件耐疲勞性，比如高周疲勞強(qiáng)度和熱耐疲勞性改善的原因。
根據(jù)本發(fā)明的鋁合金鑄件應(yīng)該優(yōu)選沒有原生Si的亞共晶結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)具有空腔(比如汽缸蓋)的復(fù)雜外形大型鑄件時(shí)，難以通過控制固化的取向?qū)⒖讖蔫T件移到位于鑄件外部的蓋上。因此，為了避免由于在應(yīng)力集中區(qū)域孔隙集中導(dǎo)致的耐疲勞性的惡化，如果能夠?qū)崿F(xiàn)亞共晶結(jié)構(gòu)的鑄件就可能減輕局部孔隙集中。即使少量結(jié)晶物質(zhì)通過以網(wǎng)狀分散形成結(jié)晶來有效生成骨架相，亞共晶結(jié)構(gòu)的生成也是有幫助的。
原生Si可能是疲勞斷裂的起始點(diǎn)。在大型鑄件的情況下，比如，特別是汽缸蓋，固化一般發(fā)生的較慢，因此在固化期間生成的原生Si可能會(huì)上浮于熔融金屬上面形成偏析，這可能是疲勞斷裂的起始點(diǎn)。因此，優(yōu)選基本沒有原生Si存在。由于Si量小于Al-Si兩種元素合金的共晶點(diǎn)，因此相對(duì)難以產(chǎn)生原生Si。然而，依賴于合金元素而不是Si和它們的含量，共晶點(diǎn)可能會(huì)移向低Si一側(cè)而引起原生Si的產(chǎn)生。在此情況下，最好控制Si含量在不惡化可鑄性等的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的鋁合金鑄件可以通過添加能使共晶Si變細(xì)的元素，比如鍶(Sr)、鈉(Na)、銻(Sb)來生產(chǎn)。這改善了鑄件的延展性和韌性。優(yōu)選的Sr含量是0.003-0.03質(zhì)量％。如果Sr含量超過0.03質(zhì)量％，共晶Si顆粒的精煉作用就變得飽和，而且它的氣體吸收性也增強(qiáng)了。而且，如果Sr含量小于0.003質(zhì)量％，共晶Si的精煉作用就變得不足。
優(yōu)選的Sb含量是0.02-0.3質(zhì)量％。如果Sb含量超過0.3質(zhì)量％，熔融金屬的流動(dòng)性降低，且由于不足的金屬流動(dòng)導(dǎo)致的缺陷就會(huì)發(fā)生。如果Sb含量小于0.02質(zhì)量％，共晶Si顆粒的精煉作用就變得不足。
優(yōu)選的鈉含量是0.003-0.03質(zhì)量％。如果鈉含量超過0.03質(zhì)量％，韌性的降低就可能發(fā)生。如果鈉含量小于0.003質(zhì)量％，共晶Si顆粒的精煉作用就變得不足。
如果根據(jù)本發(fā)明的鋁合金鑄件含有適量的Mg，不僅上述骨架相，而且基體相都被沉淀物強(qiáng)化了，不僅確保了熱機(jī)械耐疲勞性而且確保了基體金屬的硬度、強(qiáng)度和耐疲勞性。在使用早期，基體硬度優(yōu)選Hv64或更高(根據(jù)維氏硬度)，或者更優(yōu)選67Hv。這個(gè)硬度的上限隨Mg含量和熱處理?xiàng)l件的不同而變化，但一般地為100Hv或其附近。順便提及，術(shù)語“使用早期的硬度”是指鋁合金鑄件在其進(jìn)行任何熱處理(完全退磁態(tài)的硬度)前的硬度。術(shù)語“使用早期的硬度”是指在發(fā)動(dòng)機(jī)第一次超作(即點(diǎn)火前)前的硬度。
如果鋁鑄件的使用環(huán)境相對(duì)較低(例如，低于150℃)，或者鑄件的特殊部件的溫度低，則有望能夠保持那兒的基體硬度等于上述硬度。同樣的趨勢(shì)適用于整個(gè)合金的硬度，且硬度優(yōu)選Hv97或更高，或更優(yōu)選105Hv。
在用Mg的沉淀物和其它強(qiáng)化基體中，可以有效地使用熱處理。用于鋁合金鑄件的熱處理工藝可以是固溶熱處理和老化(經(jīng)久硬化)熱處理。在固溶熱處理中，在將其在較高溫度保溫后，用水對(duì)鑄件淬火，以形成超飽和固溶體。在老化熱處理中，為了得到強(qiáng)度、延展性和韌性高度平衡，且具有平均分布的細(xì)沉淀物的鑄件，鑄件在相對(duì)低的溫度保溫以引起在超飽和條件下固溶的它的元素沉淀。結(jié)晶物體的角是圓的以便減少應(yīng)力集中，并有望在實(shí)用耐疲勞性上得到改善。在本發(fā)明的情況下，這些熱處理使得在基體相中的Mg含量作為化合物(主要是Al-Mg-Si化合物)沉淀，從而使基體相的硬度適當(dāng)增進(jìn)。
這些熱處理?xiàng)l件依賴于鑄件的結(jié)構(gòu)和所需的性能隨意選擇。依賴于所需的處理溫度和工藝時(shí)間，可以在T6、T4、T5、T7工藝和其它中選擇。例如，溶流熱處理可以通過在450-550℃加熱鑄件1-10小時(shí)并淬火來進(jìn)行。老化熱處理可以通過將鑄件在140-300℃保持1-20小時(shí)來實(shí)現(xiàn)。
而且，根據(jù)本發(fā)明鋁合金鑄件的孔隙度優(yōu)選小于0.3體積％。如果孔隙度大于0.3％，就不能實(shí)現(xiàn)良好的熱機(jī)械耐疲勞性。更優(yōu)選的孔隙度范圍是小于0.1體積％，最優(yōu)選的孔隙度范圍是小于0.05％。這歸因于較低孔隙度可以有效地提供天生具有較高熱機(jī)械耐疲勞性合金的事實(shí)。這個(gè)孔隙度需要僅僅在那些需要合金熱機(jī)械耐疲勞性的重要區(qū)域是必要的，例如，汽缸蓋的閥橋部分就是這樣的區(qū)域。
(3)應(yīng)用本發(fā)明用于鑄件的鋁合金可以自然地作為鋁合金鑄件的原材料使用。用于鑄件的鋁合金形式可以是任意的，但一般是鑄錠態(tài)。
本發(fā)明的鋁合金鑄件可以具有任何尺寸和形狀，并用于任意環(huán)境，但最適合用于同時(shí)需要高強(qiáng)度、耐疲勞性和熱機(jī)械耐疲勞性的構(gòu)件。例如，它們可以是用于發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和熱輻射器的零件。例如，汽缸蓋和渦輪轉(zhuǎn)子是發(fā)動(dòng)機(jī)零件的實(shí)例。由于它們的高耐腐蝕性、根據(jù)本發(fā)明的鋁合金鑄件也適用于排氣系統(tǒng)零件(比如排氣管和排氣控制閥)。而且，由于良好的疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性，根據(jù)本發(fā)明的鋁合金鑄件也適用于需要這些性能的零件，比如車身底座零件和底盤構(gòu)件，在這些零件上使用它們有助于降低它們的重量和提高性能。更特別地，鑄件可適用的車身底座零件是圓盤輪、上臂、下臂、懸臂、軸運(yùn)輸器和軸梁。鑄件可適用的底盤構(gòu)件是側(cè)梁和橫向構(gòu)件。鑄件可以用作不同的發(fā)動(dòng)機(jī)零件和用于安裝外圍構(gòu)架的托架和齒輪箱。鑄件不僅可以用于汽車零件，也可以用于其它任何需要耐腐蝕性和疲勞強(qiáng)度的應(yīng)用，而且有助于重量減輕和性能改善。
本發(fā)明的鋁合金鑄件特別適用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋，它需要基體金屬的硬度和強(qiáng)度以及熱機(jī)械疲勞強(qiáng)度。汽缸蓋要遭受惡劣的熱環(huán)境和重復(fù)的熱應(yīng)力。用于燃燒室閥橋區(qū)域的材料特別需要具有非常高的熱機(jī)械耐疲勞性。在另一方面，在其它部件的基體金屬也需要高強(qiáng)度和高耐疲勞性。在水冷套區(qū)域，為了抑制熱傳導(dǎo)的降低，也需要高耐腐蝕性，換句話說，冷卻效率的降低是由于長(zhǎng)時(shí)間腐蝕薄膜的發(fā)展導(dǎo)致的。用根據(jù)本發(fā)明用于鑄件的鋁合金制得的汽缸蓋在很高程度滿足了所有這些需要。而且，雖然汽缸蓋一般在尺寸上大，外形上復(fù)雜，根據(jù)本發(fā)明的用于鑄件的鋁合金具有良好的可鑄性，因此，它們最適合作為它們的原材料合金。而且，雖然汽缸蓋要進(jìn)行不同的加工，包括切削和研磨以形成裝配表面和偏心輪軸支撐表面，根據(jù)本發(fā)明的用于鑄件的鋁合金不會(huì)妨礙這些加工工藝。
根據(jù)本發(fā)明的用于鑄件的鋁合金不需要特別的鑄造方法，砂模鑄造、加壓鑄造、重力鑄造、低壓鑄造或高壓鑄造都可以使用?？紤]到批量生產(chǎn)，加壓鑄造或低壓鑄造是最合適的。
本發(fā)明將參考下列實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
實(shí)施例1(1)試片的生產(chǎn)通過熔融如表1所示不同成分的不同鋁合金制備熔融金屬后，將其澆入鑄模中以制備JIS No.4試片，進(jìn)行自然冷卻和固化(鑄造工藝)。然后，將得到的鑄件在530℃加熱5.5小時(shí)，并在50℃溫水中水淬作為固溶熱處理。處理后，通過在160℃加熱5小時(shí)將鑄件進(jìn)一步老化。從熱處理鑄件，分別生產(chǎn)具有如表1的4mm直徑×6mm長(zhǎng)平行區(qū)域的機(jī)械耐疲勞性試片No.1-1至1-8。
(2)熱機(jī)械耐疲勞性評(píng)估每個(gè)試樣的熱機(jī)械耐疲勞性評(píng)估如下。
上述的每個(gè)試驗(yàn)被安裝于由低熱膨脹合金制成的約束架上，進(jìn)行加熱和冷卻的重復(fù)循環(huán)。試驗(yàn)溫度范圍為50℃-250℃，重復(fù)速度是5分鐘/周期，由2分鐘加熱和3分鐘冷卻組成。熱機(jī)械疲勞試驗(yàn)方法的細(xì)節(jié)可以在，比如見未審查專利公開H7-20031；“Zairyo(材料)”Vol.45(1996)，pp.125-130和“Keikinzoku(輕金屬)”vol.45(1995)，pp.671-676。
每個(gè)試樣的熱機(jī)械疲勞壽命通過上述如表1所示的熱機(jī)械疲勞試驗(yàn)獲得。通過在由JIS-AC2B鋁合金制得的試樣上綁縛一個(gè)高溫應(yīng)變測(cè)量器測(cè)定的試驗(yàn)初期的總應(yīng)變范圍約為0.6％。
比較如表1所示的試樣結(jié)果，當(dāng)Cu保持在小于0.2質(zhì)量％和含有適量Ni、Fe、Mn和Ti時(shí)，發(fā)現(xiàn)了熱機(jī)械疲勞壽命大大增加。而且，通過比較試樣No.1-1至No.1-6與No.1-8的結(jié)果，當(dāng)Cu含量小于0.2質(zhì)量％時(shí)，通過含有0.2-3.0質(zhì)量％Ni，熱機(jī)械疲勞壽命可以大大延長(zhǎng)。
比較試樣No.1-1和No.1-5與試樣No.1-2和No.1-6，含有適量Mn、Zr和V的試樣具有比其它試樣長(zhǎng)很多的壽命。
實(shí)施例2用與實(shí)施方式No.1相似的方法，采用不同成分的用于鑄件的鋁合金制備如表2所示的試樣No.2-1至No.2-6。這些試樣具有不同量的Mg。
測(cè)定試樣的硬度，硬度的測(cè)定采用維氏(Vickers)硬度測(cè)定器或者微觀維氏(Vickers)硬度測(cè)定器進(jìn)行。如表2所示的“總的平均硬度”通過用10kgf載荷和30秒的載荷時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)大凹痕測(cè)定，它代表整個(gè)試樣的平均硬度?！盎w相的最初硬度”通過在加熱前用100g的載荷和30秒的載荷時(shí)間在試樣基體相的中心產(chǎn)生一個(gè)小凹痕來測(cè)定。“加熱后的基體相硬度”是在250℃加熱100小時(shí)后基體的硬度，用與上述“基體相的最初硬度”相似的方法測(cè)定。
從表2可以看出，在含有的Mg含量高于0.1質(zhì)量％的試樣中，整體硬度和基體相硬度尤其高?！翱偟钠骄捕取辈惶蕾囉贛g的含量，且在Mg含量超過0.2質(zhì)量％的試樣No.2-1至No.2-3中高于100Hv。
與此相反，“總的平均硬度”不依賴于Mg含量，且在Mg的含量少于0.1質(zhì)量％的試樣No.2-4和No.2-5中非常低。“基體相的初期硬度”也有類似的趨勢(shì)。
因此，認(rèn)為Mg含量超過0.2質(zhì)量％的鑄件適于作為發(fā)動(dòng)機(jī)高強(qiáng)度的基體材料，比如汽缸蓋和排氣系統(tǒng)零件，因?yàn)樗鼈冊(cè)谖唇?jīng)高溫處理的區(qū)域中保持高硬度和高強(qiáng)度。
所有試樣，與在加熱前的“基體相的初期硬度”相比，“加熱后的基體相硬度”都較低。在具有Mg含量超過0.2質(zhì)量％的試樣中，下降尤其大。然而，不管Mg量的多少，“加熱后基體相的硬度”都是穩(wěn)定的。因此，可以預(yù)測(cè)具有適量Mg的鑄件也具有充分軟化的基體和改善的延展性，與基本無Mg的合金一樣。換句話說，可以預(yù)測(cè)不超過0.5質(zhì)量％(它會(huì)增加硬度、強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和基體金屬其它性能)的一定量Mg的夾雜物不是實(shí)質(zhì)上影響暴露于高達(dá)250℃高溫區(qū)域的熱機(jī)械耐疲勞性的因素。例如，含有0.2質(zhì)量％至0.5質(zhì)量％Mg的汽缸蓋有望在暴露于高溫環(huán)境的區(qū)域提供良好熱機(jī)械耐疲勞性，并在暴露于相對(duì)較低溫度的周邊區(qū)域保持高最初強(qiáng)度和其它需要的性能。
正如從表1和表2可以看出，根據(jù)本發(fā)明的鋁合金提供良好的特性是因?yàn)檫m量Mg和Ni的協(xié)同作用。
實(shí)施例3采用如實(shí)施例1中用于鑄件的鋁合金的不同成分如表3所示制備試樣No.3-1至3-3。這些試樣具有不同的Cu含量。
對(duì)這些試樣進(jìn)行鹽水噴灑試驗(yàn)，并評(píng)估這些試樣的耐腐蝕性能。鹽水噴灑試驗(yàn)根據(jù)JIS Z2371-1994進(jìn)行100小時(shí)，保持鹽水濃度為5％，且噴灑鹽水的溫度為35℃，試樣的表面在試驗(yàn)前用#600耐水**研磨砂紙進(jìn)行拋光。
圖2(a)-2(c)表示鹽水噴灑試驗(yàn)后清洗的試樣No.3-1至No.3-3的表面照片。可以看出，具有較高Cu含量的試樣腐蝕嚴(yán)重，但是在具有低Cu含量的試樣上幾乎沒有腐蝕存在。含有少于0.2質(zhì)量％Cu的試樣No.3-1看起來幾乎沒有腐蝕，表明它具有非常強(qiáng)的耐腐蝕性。
因此，例如，由根據(jù)本發(fā)明鋁合金制得的汽缸蓋除了具有前述的強(qiáng)度和高機(jī)械耐疲勞性外，還應(yīng)該具有高耐腐蝕性，并提供非常高的可靠性。
實(shí)施例4用如實(shí)施例1中用于鑄件的鋁合金的不同組分如表4所示制備試樣No.4-1至4-3。這些試樣具有不同的B含量。這些試樣在150℃加熱100小時(shí)，然后測(cè)定維氏硬度。結(jié)果示于表4。硬度試驗(yàn)在室溫進(jìn)行。
從表4所示的結(jié)果，可以看出B含量越小加熱較長(zhǎng)時(shí)間后的硬度越高。因此，優(yōu)選控制作為雜質(zhì)的B含量上限小于0.01質(zhì)量％。
實(shí)施例5用如實(shí)施例1中用于鑄件的鋁合金的不同組分如表5所示制備試樣No.5-1至5-4。試樣具有不同的Ca含量。
用光學(xué)顯微鏡觀察每個(gè)試樣的固化結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的均勻性用符號(hào)○、△和×表示。符號(hào)○表示形成了具有結(jié)晶物質(zhì)的各向同性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的情況，符號(hào)×表示產(chǎn)生了枝晶結(jié)構(gòu)的情況，符號(hào)△表示在一些區(qū)域存在列式枝晶結(jié)構(gòu)的情況。
具有0.0005-0.003質(zhì)量％Ca含量的試樣No.5-1和5-2是均勻結(jié)構(gòu)，其中在整個(gè)試樣中都形成了各向同性的網(wǎng)狀型骨架相。在另一方面，Ca含量小于0.0005質(zhì)量％的試樣No.5-3看起來是結(jié)構(gòu)中一些部分存在列式枝晶結(jié)構(gòu)的輕微非均質(zhì)結(jié)構(gòu)。Ca含量超過0.003質(zhì)量％的試樣No.5-4是列式枝晶結(jié)構(gòu)分布于整個(gè)區(qū)域的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)。因此，可以說，優(yōu)選控制Ca含量為0.0005-0.003質(zhì)量％。
表1
表2
表3
表4
表權(quán)利要求
1.一種用于鑄件的鋁合金包括，基于100質(zhì)量％，4-12質(zhì)量％硅(Si)、小于0.2質(zhì)量％銅(Cu)、0.1-0.5質(zhì)量％鎂(Mg)、0.2-3.0質(zhì)量％鎳(Ni)、0.1-0.7質(zhì)量％鐵(Fe)、0.15-0.3質(zhì)量％鈦(Ti)以及余量鋁(Al)和雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求1的鋁合金，還包括0.1-0.7質(zhì)量％錳(Mn)。
3.一種如權(quán)利要求1的鋁合金，還包括0.03-0.5質(zhì)量％鋯(Zr)和/或0.02-0.5質(zhì)量％釩(V)。
4.一種如權(quán)利要求1的鋁合金，還包括小于0.01質(zhì)量％硼(B)。
5.一種如權(quán)利要求1的鋁合金，還包括0.0005-0.003質(zhì)量鈣(Ca)。
6.一種如權(quán)利要求3的鋁合金，還包括0.0005-0.003質(zhì)量鈣(Ca)。
7.一種用于鑄件的鋁合金包括，基于100質(zhì)量％，4-12質(zhì)量％硅(Si)、小于0.2質(zhì)量％銅(Cu)、0.1-0.5質(zhì)量％鎂(Mg)、0.2-3.0質(zhì)量％鎳(Ni)、0.1-0.7質(zhì)量％鐵(Fe)、0.15-0.3質(zhì)量％鈦(Ti)以及余量鋁(Al)和雜質(zhì)，所述的合金具有，金相結(jié)構(gòu)包括含有α-Al的基體相，和當(dāng)所述基體相通過包括Mg的沉淀物強(qiáng)化時(shí)以網(wǎng)狀結(jié)晶于所述基體相周圍的骨架相。
8.如權(quán)利要求7的鋁合金，其中所述骨架相通過包括Ni化合物和Fe化合物的強(qiáng)化粒子進(jìn)行強(qiáng)化。
9.如權(quán)利要求7的鋁合金，當(dāng)使用時(shí)，所述基體相的最初硬度，以維氏硬度計(jì)，高于64Hv。
10.如權(quán)利要求7的鋁合金，其中所述金相結(jié)構(gòu)不含原生Si。
11.一種包括如權(quán)利要求7鋁合金的鑄件。
12.一種包括如權(quán)利要求11鑄件的發(fā)動(dòng)機(jī)零件。
13.一種包括如權(quán)利要求11鑄件的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋。
14.一種制造鋁合金鑄件的方法，所述方法包括如下步驟制備如權(quán)利要求8的鋁合金；向鑄模中澆注所述合金以形成鑄件；和通過選自固溶退火和老化的方法熱處理所述鑄件。
全文摘要
提供了具有良好實(shí)用耐疲勞性的鋁合金和鑄件。該合金包括，基于100質(zhì)量％，4－12質(zhì)量％Si、小于0.2質(zhì)量％Cu、0.1－0.5質(zhì)量％Mg、0.2－3.0質(zhì)量％Ni、0.1－0.7質(zhì)量％Fe、0.15－0.3質(zhì)量％Ti以及余量鋁(Al)和雜質(zhì)。合金具有的金相結(jié)構(gòu)包括主要是α－Al的基體相和以網(wǎng)狀結(jié)晶于基體相周圍的骨架相?；w相通過含Mg的沉淀物強(qiáng)化。由于強(qiáng)化的基體相和在其周圍的骨架相，鑄件具有高強(qiáng)度、高疲勞強(qiáng)度和高熱機(jī)械耐疲勞性。
文檔編號(hào)C22F1/043GK1609248SQ20041008811
公開日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者生野元, 北條浩, 杉本義彥, 上田勇, 巖堀弘昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田中央研究所