复杂成型浇铸件的生产方法和AlCu合金制浇铸件技术

本发明专利技术涉及一种实用、操作可靠地生产AlCu合金制浇铸件的方法，合金组成(重量％)：6‑8％Cu，0.3‑0.55％Mn，0.15‑0.25％Zr，最多0.25％Fe，最多0.125％硅，0.05‑0.2％钛，最多0.04％钒，其余铝和不可避免杂质。根据合金组成熔化的熔液在730‑810℃保持4‑12小时然后至少用力充分搅拌一次。接着熔液按份浇铸成各浇铸件，然后浇铸件在475‑545℃固溶退火1‑16小时。由固溶退火温度出发，浇铸件淬火至最高300℃，经过淬火过程的500‑300℃温度范围的冷却率为0.75‑15K/s。之后浇铸件在150‑300℃温度热时效处理1‑10h。最后浇铸件冷却至室温。

Method for producing complex molding casting parts and AlCu alloy casting parts

The invention relates to a method for practical operation, reliable production of AlCu alloy casting castings, alloy composition (wt%):6 8%Cu 0.3, 0.55%Mn, 0.15 0.25%Zr, up to 0.25%Fe, up to 0.125% silicon, 0.05 titanium 0.2%, up to 0.04% of vanadium, aluminum and other unavoidable impurities. According to the composition of molten alloy melting in 730 810 C 4 12 hours and at least a stirring force. Then according to the continuous casting into the molten casting, and casting in 475 545 C 1 solution annealing for 16 hours. Starting from the solution annealing temperature, casting quenching to a maximum of 300 DEG C, after quenching process of 500 300 DEG C temperature range of the cooling rate of 0.75 15K/s. After casting 1 10h in 150 300 degrees temperature thermal aging. Finally, the casting is cooled to room temperature.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复杂成型浇铸件的生产方法和AlCu合金制浇铸件
本专利技术涉及一种用于生产复杂成型的AlCu合金制浇铸件的方法。
技术介绍
本专利技术中给出合金元素的含量时，若没有明确的其他说明，指的是相关合金各个合金元素的重量。由此处讨论的AlCu合金种类组成的浇铸件特别是在高于250℃的较高的使用温度下具有尤其高的强度。但这面临着较差的浇铸特性，这种浇铸特性使得具有复杂成型特点的构件的浇铸技术生产变得困难。这种浇铸件的典型例子是设计用于内燃发动机的汽缸盖，该汽缸盖一方面在实际应用中承受高温，另一方面具有紧凑的构建形式，细条状的成型元件如冷却液道和油道，凹槽，连接片，引导件以及类似元件构建于其中。在基本不含Si的AlCu合金的加工过程中一个重要问题产生于其非常容易受到热裂纹侵蚀以及冒口补缩行为比传统AlSi合金差很多。从WO2008/072972A1中已知一种用于由AlCu合金生产复杂构型浇铸件的方法，该AlCu合金组成为(重量％)：2-8％的Cu，0.2-0.6％的Mn，0.07-0.3％的Zr，最多0.25％的Fe，最多0.3％的Si，0.05-0.2％的Ti，最多0.04％的V，其余为铝和不可避免的杂质，其中杂质的含量之和不超过0.1％。Zr的存在在这里对于粒度最大为100μm的精细结构的生产具有特殊意义。为了改善浇铸件结构的精细度可以在实施已知方法时在浇铸之前在具有相应组成的熔液中额外添加晶粒细化剂，比如TiC，剂量通常为每吨熔液2kg。经过浇铸和凝固后得到的浇铸件进行热处理，在热处理过程中首先在530-545℃温度下进行固溶退火。借助于水或者在空气流中将浇铸件从固溶退火温度加速降温，其中用水的淬火在所追求的高强度方面尤其是有利的，然而这种情况下推荐空气流冷却，即浇铸件由于其复杂的构型在快速冷却时会倾向于形成裂纹。淬火后将浇铸件在160-240℃的温度下保持3-14个小时，以增加结构的硬度。已知方法的实践转化的试验展示了已知的合金虽然在材料特性方面具有优势，这些优势尤其对于用浇铸技术生产内燃发动机汽缸盖有利。然而在大规模生产中，利用已知方法用该合金生产在实际使用过程中满足要求的浇铸件缺乏必要的可靠性。由此展示了，根据模型相应得到的各个浇铸件的晶粒大小事实上波动极大。这样可能比如对于一个凝固极慢的极大的样品件测得约100μm的平均晶粒度。然而若从该样品件上取下较小的一块，将其重新熔化并重新迅速凝固，即使凝固速度非常快，还是会相悖于预期地出现500-900μm的晶粒度。具有这种粗糙结构的浇铸件完全不能满足现在讨论的方法目标所在的应用。
技术实现思路
在此现有技术的背景下的目的是给出一种方法，该方法以一种实用的，可靠的方式使得由已知类型的AlCu合金生产浇铸件成为可能。涉及到该方法，本专利技术由此实现该目的，即，在由AlCu合金生产浇铸件的过程中进行在权利要求1中给出的工作步骤。本专利技术有利的设计方案在从属权利要求中给出并和总体的专利技术思想一道接着详细解释。根据本专利技术的用于浇铸细条状浇铸件的方法包括以下工作步骤：a)熔化AlCu合金，该合金组成为(重量％)：Cu：6-8％，Mn：0.3-0.55％，Zr：0.15-0.25％，Fe：最大0.25％，Si：最大0.125％，Ti：0.05-0.2％，V：最大0.04％，其余为铝和不可避免的杂质；b)在730-810℃的保持温度下将该熔液保持4-12小时；c)将该熔液彻底搅匀；d)从该熔液中取出一熔液份；e)将该从熔液中取出的熔液份浇铸成为浇铸件；f)该浇铸件在475-545℃的固溶退火温度下进行1-16个小时的固溶退火；g)将该浇铸件从固溶退火温度淬火至最高300℃的淬火停止温度，其中该浇铸件至少在500-300℃温度范围内以0.75-15K/s的冷却率进行淬火；h)对该浇铸件进行热时效处理，其中在热时效处理过程中将该浇铸件在150-300℃的热时效处理温度下保持1-10小时；i)将该浇铸件冷却至室温。该根据本专利技术的方法由在已经提到的WO2008/072972A1中已知的AlCu合金出发，并且提供浇铸件，该浇铸件在实际应用中满足对其使用性能提出的高要求。在根据本专利技术处理过的合金中有6-8重量％的铜，以达到待生产的浇铸件所要求的热拉强度。当该根据本专利技术处理过的合金中Cu含量为6.5-7.5重量％时，能够达到该方面的最佳特性。含量为0.3-0.55重量％的锰有利于Cu在根据本专利技术生产的组件结构的Al基中扩塞并由此使根据本专利技术的合金强度即使在高的运行温度下也变得稳定。当Mn含量为0.4-0.55重量％时，尤其确保实现这种效果。锆对于根据本专利技术生产的浇铸件的热拉强度有着特殊意义。0.15-0.25重量％的Zr含量有利于均质析出的产生，均质析出在由根据本专利技术的浇铸合金浇铸而成的浇铸件中保证了该根据本专利技术的合金具有精细的结构以及由此决定的，机械特性在该浇铸件的整个体积上最优化均匀的分布以及裂缝形成最小的趋势。当根据本专利技术处理的合金的Zr含量为0.18-0.25重量％，尤其0.2-0.25重量％时，这些优点能够尤其可靠地达到。铁在根据本专利技术的合金中不希望出现，因为铁趋向于形成脆性相。因此Fe含量限制在最大0.25重量％，优选0.12重量％。根据本专利技术，对于Si含量规定的界限最高为0.125重量％，因为Si含量较高时形成热裂纹的风险增大。Si对于根据本专利技术的合金特性的负面影响能够通过将Si含量限制在最高0.06重量％来可靠排除。含量为0.05-0.2重量％，尤其为0.08-0.12重量％的Ti如Zr一样也有助于晶体细化。也能够通过添加最多0.04重量％的V来促进晶体细化。当在根据本专利技术处理过的合金中有0.01-0.03重量％的V存在时，这尤其适用。由于熔化和生产导致的不可避免的杂质含量总和应当如现有技术中一样保持得较低，尤其不超过0.1重量％。本专利技术基于下列认识，即对于以AlCu合金为原料，可靠的，无缺陷的复杂成型浇铸件(如汽油或柴油驱动的内燃发动机汽缸盖)的生产来说必要的是通过已知措施进一步对生产工艺的参数进行调整。只有这样才能生产工艺可靠的、根据本专利技术组成的浇铸件，该浇铸件在其整个体积上具有小于100μm，理想情况下小于80μm的晶粒度。作为迈向该方向的第一步，熔液必须在合适的温度范围内保温一段足够长的时间。通过大量的研究可以得出，为此需要保温时间为4-12小时且保持温度为730-810℃，尤其是750-810℃，其中当保持时间为6-10小时，保持温度为770-790℃时，能够尤其可靠地达到想要的结果。与根据本专利技术规定的在前述时间和温度范围内的保持(根据本专利技术的方法的工作步骤b))相关联的作用机理目前尚不清楚。然而这里Zr，Ti和选择性的V以根据本专利技术规定的量的存在显示出有着决定性的影响。这些元素与作为合金主要组分的铝一起在高温下构成了预析出，该预析出通过长的保持时间激活然后作为晶粒细化剂起效。同样地也说明了，对于多次浇铸取得相同的好的浇铸结果来说必要的是在各次浇铸生产开始前至少彻底搅匀熔液一次。然后以工作步骤b)开始真正的浇铸操作。根据本专利技术的方法的工作步骤d)-i)以这样的频度重复，直到生产出为各次浇铸生产规定的浇铸件的数量。这里，必要情况下能够在两次取熔液份之间重复彻底搅匀。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于生产复杂成型的浇铸件的方法，所述方法包括以下工作步骤：a)熔化AlCu合金，该合金按重量％由下述组成：Cu：6‑8％，Mn：0.3‑0.55％，Zr：0.15‑0.25％，Fe：最大0.25％，Si：最大0.125％，Ti：0.05‑0.2％，V：最大0.04％，其余为铝和不可避免的杂质；b)在730‑810℃的保持温度下将该熔液保持4‑12小时；c)将该熔液彻底搅匀；d)从该熔液中取出一熔液份；e)从熔液中取出的该熔液份浇铸成为浇铸件；f)浇铸件在475‑545℃的固溶退火温度下进行1‑16个小时的固溶退火；g)将该浇铸件从固溶退火温度淬火至最高300℃的淬火停止温度，其中该浇铸件至少在500‑300℃温度范围内以0.75‑15K/s的冷却率进行淬火；h)对该浇铸件进行热时效处理，其中在热时效处理过程中将该浇铸件在150‑300℃的热时效处理温度下保持1‑10小时；i)将该浇铸件冷却至室温。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.21 EP 15151960.01.用于生产复杂成型的浇铸件的方法，所述方法包括以下工作步骤：a)熔化AlCu合金，该合金按重量％由下述组成：Cu：6-8％，Mn：0.3-0.55％，Zr：0.15-0.25％，Fe：最大0.25％，Si：最大0.125％，Ti：0.05-0.2％，V：最大0.04％，其余为铝和不可避免的杂质；b)在730-810℃的保持温度下将该熔液保持4-12小时；c)将该熔液彻底搅匀；d)从该熔液中取出一熔液份；e)从熔液中取出的该熔液份浇铸成为浇铸件；f)浇铸件在475-545℃的固溶退火温度下进行1-16个小时的固溶退火；g)将该浇铸件从固溶退火温度淬火至最高300℃的淬火停止温度，其中该浇铸件至少在500-300℃温度范围内以0.75-15K/s的冷却率进行淬火；h)对该浇铸件进行热时效处理，其中在热时效处理过程中将该浇铸件在150-300℃的热时效处理温度下保持1-10小时；i)将该浇铸件冷却至室温。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，从所述熔液取出的所述熔液份在浇铸成浇铸件之前进行晶粒细化处理。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，为了晶粒细化以每吨熔液1-10kg的剂量...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·拉费特策德，
申请(专利权)人：尼玛克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：墨西哥,MX