简化半固态铸造工艺的铝合金组合物和半固态铸造方法技术

本发明专利技术公开了一种简化半固态铸造工艺的铝合金组合物和半固态铸造方法，铝合金具有约0.03重量％至约0.50重量％的铌(Nb)、约0.03重量％至约0.50重量％的钒(V)、约0.03重量％至约0.50重量％的钛(Ti)、大于0重量％至约0.50重量％的硼(B)，并且余量为铝(Al)和杂质。该合金包括约1至约5(优选地约2至约3)的(Nb+V)/Ti的重量百分比比例。合金可以包括约1至约15(优选地约5至越10)的重量百分比比例的(Nb+V+Ti)/B。铝合金可以通过将按重量计的1份中间合金(晶粒细化剂)掺入到约27至80份常规铝合金来形成，该中间合金具有约1.5重量％至约4.0重量％的铌(Nb)、约0.5重量％至约2.0重量％的钛(Ti)、和约0.2重量％至约0.8重量％的硼(B)。

【技术实现步骤摘要】
简化半固态铸造工艺的铝合金组合物和半固态铸造方法
本公开内容涉及铝合金，更具体地涉及用于半固态铸造的铝合金。
技术介绍
将金属铸造成有用的形状包括：将金属加热到高于其熔点的温度，将熔融金属放入模具中，并将金属冷却到低于其熔点的温度。金属固化并形成模具的形状，并且此后将其从模具中取出。半固态铸造是一种已知的使用处于部分固态和部分液态的浆料(也称为半固态浆料)形式的金属浇注物的金属铸造工艺。通过半固态铸造(特别是在高压压铸工艺中的半固态铸造)制造的铝部件在飞机、电信和汽车工业中是理想的，因为与液态铝铸造部件相比，半固态铸造部件具有孔隙率相对较低、重量较低且强度较高的特性。半固态铸铝部件传统上是通过触变铸造来生产的，即一种利用具有球状微结构的预铸坯料的工艺。感应加热通常用于将预铸坯料加热到半固态温度范围，并且压铸机用于将半固态浆料注入硬化钢模具。触变铸造的缺点是，由于生产预铸坯料和将预铸坯料加热到半固态温度范围的附加步骤，这是一项昂贵且耗时的工艺。触变铸造的可替代方案是流变铸造，其是一种将液态铝冷却到半固态温度范围内，同时剧烈搅拌液态铝以生成球状微结构(初生α-铝晶粒)用于半固态成形的工艺。流变铸造直接从液体中生成半固态浆料，从而省去了生产和感应加热预铸坯料的步骤。然而，在流变铸造工艺的冷却和搅拌步骤中，半固态浆料中可能会形成氧化物和夹杂物，并截留在成品铸件中。另外，流变铸造需要生产半固态浆料，并将其输送到铸造模具。因此，虽然当前的半固态铝铸造工艺和用于这种工艺的铝铸造合金实现了其预期目的，但是仍然需要更有效的半固态铸造工艺和实现这种工艺的铝合金。
技术实现思路
根据几个方面，一种适用于半固态铸造的铝合金组合物。该铝合金包括约0.03重量％至约0.50重量％的铌(Nb)、约0.03重量％至约0.50重量％的钒(V)、约0.03重量％至约0.50重量％的钛(Ti)、和由铝(Al)和杂质组成的剩余部分或余量。在本公开内容的另一方面，铝合金进一步包括约1至约5(优选地约2至约3)的(Nb+V)/Ti的重量百分比比例。在本公开内容的另一方面，铝合金进一步包括大于0重量％至约0.50重量％的硼(B)。在本公开内容的另一方面，铝合金进一步包括约1至约15(优选地约5至10)的(Nb+V+Ti)/B的重量百分比比例。在本公开内容的另一方面，铝合金进一步包括约4.00重量％至约10.00重量％的硅(Si)、约0.01重量％至约3.00重量％的铜(Cu)、约0.10重量％至约1.00重量％的镁(Mg)，和约0.01重量％至约0.03重量％的锶(Sr)。根据几个方面，公开了一种半固态铸造的方法。该方法包括：加热铝合金直到铝合金转变成液态铝合金；冷却液态铝合金，直至液态铝合金转变为半固态铝合金；将半固态铝合金浇注到铸造模具当中；冷却半固态铝合金直到半固态铝合金在铸造模具内转变成固态铝合金。实现该方法的铝合金包括约0.03重量％至约0.50重量％的铌(Nb)、约0.03重量％至约0.50重量％的钒(V)、约0.03重量％至约0.50重量％的钛(Ti)、和包括铝(Al)和杂质的剩余部分。在本公开内容的另一方面，铝合金进一步包括约1至约5(优选地约2至约3)的(Nb+V)/Ti的重量百分比比例。在本公开内容的另一方面，铝合金进一步包括大于0重量％至约0.50重量％的硼(B)。在本公开内容的另一方面，铝合金进一步包括约1至约15(优选地约5至越10)的(Nb+V+Ti)/B的重量百分比比例。在本
技术实现思路
的另一方面，铝合金进一步包括约4.00重量％至约10.00重量％的硅(Si)、约0.01重量％至约3.00重量％的铜(Cu)、约1.00重量％的镁(Mg)、约0.03重量％的锶(Sr)、大于0.0重量％但小于或等于约0.50重量％的锰(Mn)、以及大于0.0重量％但小于或等于约0.50重量％的铬(Cr)。在本公开内容的另一方面，加热固态铝合金直到铝合金转变成液态铝合金的步骤包括将固态铝合金加热到约30℃至约80℃之间的液相线范围。在本
技术实现思路
的另一方面，冷却液态铝合金直到铝合金转变成半固态铝合金的步骤包括以大于每秒5℃的速率冷却液态铝合金。根据几个方面，公开了一种中间合金。该中间合金可以以按重量计的1份中间合金与27至80份常规合金的比例掺入常规铝合金中，以制备适于半固态铸造的铝合金。中间合金包括约1.5重量％至4.0重量％的铌(Nb)、约0.5重量％至2.0重量％的钛(Ti)、约0.2重量％至约0.8重量％的硼(B)、和包括铝(Al)和杂质的剩余部分。根据本文提供的描述，进一步的应用领域将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅仅旨在用于说明，而非旨在限制本公开的范围。附图说明本文描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。图1是示出根据示例性实施例的适用于半固态铸造的铝合金组合物的表格；图2是示出根据示例性实施例的晶粒细化剂组合物的表格；图3是没有晶粒细化剂元素的铝合金的实验室样品的表面光洁度的放大图；图4是根据示例性实施例的具有晶粒细化剂元素的铝合金实验室样品的表面光洁度的放大视图；以及图5是描绘半固态铝铸造方法的步骤的流程图。具体实施方式以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开内容、应用或用途。参考附图公开了示出的实施例，其中在整个附图中，相同的数字表示相应的部分。附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被放大或缩小以显示特定特征的细节。所公开的特定结构和功能细节不旨在被解释为限制性的，而是作为用于教导本领域技术人员关于如何实践所公开的构思的代表性基础。参考图1，示出了实现简化半固态铸造工艺的铝合金的组合物的表。铝合金按重量百分比(重量％)计包括：约4.00重量％至约10.00重量％的硅(Si)、约0.10重量％至约0.50重量％的铁(Fe)、约0.01重量％至约3.00重量％的铜(Cu)、约0.10重量％至约1.00重量％的镁(Mg)、约0.03重量％至约0.50重量％的铌(Nb)、约0.03重量％至约0.50重量％的钒(V)、约0.03重量％至约0.50％的钛(Ti)、从大于0重量％至约0.50重量％的硼(B)、约0.01重量％至约0.03重量％的锶(Sr)、大于0.0重量％但小于或等于约0.50重量％的锰(Mn)、大于0.0重量％但小于或等于约0.50重量％的铬(Cr)，并且余量是铝(Al)和杂质。优选的是，Mg在约0.3重量％至约0.5重量％之间以使得能够形成硅化镁(Mg2Si)沉淀物。优选的是，Cu在约0.3重量％至约1.0重量％之间以使得能够形成Q-相沉淀物。优选的是，在半固态铸造工艺中，对于宽固相线-液相线范围，硅在约5.0重量％至约8.0重量％之间。铁的优选范围根据所生产的铸件的延展性要求来确定。铝合金中包含Nb、V、Ti和B，以通过形成球状微结构来细化晶粒。已发现，Nb、V、T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金，包括：/n约0.03重量％至约0.50重量％的铌(Nb)；/n约0.03重量％至约0.50重量％的钒(V)；/n约0.03重量％至约0.50重量％的钛(Ti)；和/n包括铝(Al)和杂质的剩余部分。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝合金，包括：
约0.03重量％至约0.50重量％的铌(Nb)；
约0.03重量％至约0.50重量％的钒(V)；
约0.03重量％至约0.50重量％的钛(Ti)；和
包括铝(Al)和杂质的剩余部分。


2.如权利要求1所述的铝合金，进一步包括约1至约5的(Nb+V)/Ti的重量百分比比例。


3.如权利要求2所述的铝合金，其中所述(Nb+V)/Ti的重量百分比比例为约2至约3。


4.如权利要求1所述的铝合金，进一步包含大于0重量％至约0.50重量％的硼(B)。


5.如权利要求4所述的铝合金，进一步包...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌，王攀，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US