【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及粉末冶金配方和由其制成的烧结部件。具体地，本公开涉及用于替代锻造6013铝合金的粉末金属组合物。
技术介绍
1、6013铝合金是一种脱溶硬化(precipitation-hardened)铝合金，其含有镁(mg)和硅(si)作为主要的合金元素。它表现出良好的机械性能和可焊性以及优异的耐腐蚀性。由于这些性能的组合，它已成为应用最广泛的铝合金之一。铝6013具有广泛的应用，包括航空航天部件、汽车部件、阀门部件、机械部件、弹药、制动系统、液压应用等。如本文所用，6013铝合金组合物应理解为，按重量百分比计，94.8％至97.8％的铝、0.8％至1.2％的镁、0.60％至1.0％的硅、0.60％到1.1％的铜、0.20％至0.80％的锰、小于或等于0.50％的铁、小于或等于0.25％的锌、小于或等于0.10％的铬和小于或等于0.10％的钛，其余的各自不超过0.050％，总量不超过0.15％。
2、在6013合金中，镁和硅是该体系的热处理的基础，并形成mg2si金属间相，提高了机械性能。铜也有助于改善机械性能。铁的存在作为杂质，形成了不同的金属间相，对腐蚀和机械性能造成影响。
3、形成金属部件的方法有很多，粉末金属或“pm”工艺代表了一类形成金属部件的生产技术。粉末冶金通常包括生产或获得粉末金属材料，在工具和模具组中压实该粉末金属材料，以形成具有近似于所需最终产品的几何形状的生坯或预成型件，然后烧结生坯以使粉末金属颗粒相互扩散并致密化成机械强度高得多的坯体。粉末冶金非常适合大批量生产零件，其优点是报废成本
4、尽管这只是粉末金属生产工艺的一般概述，但从本说明书中可以理解的是，粉末金属工艺的大部分过程通常可以在固态下进行，或者在烧结过程中只形成有限量的液体。然而，这也凸显了使用粉末金属工艺所面临的一些挑战，因为烧结是一个依赖于扩散的过程，所产生的微观结构和孔隙率与粉末配方和工艺条件有关。因此，将锻造或铸造合金转化为粉末金属配方的尝试，在创造相当的(comparable)微观结构和提供相当的机械性能方面可能都会遇到挑战。
技术实现思路
1、目前，还没有与铸造的“锻造”6013铝合金相当的粉末金属。从上文的背景部分可以了解到，许多锻造合金不能仅仅通过将多种元素粉末组合在一起来制造，因为粉末金属工艺是依赖于扩散的，所产生的形态可能无法与例如具有其他类似化学组成的铸造件相媲美。此外，由于粉末金属零件是将各种颗粒烧结在一起，因此在常规烧结工艺之后通常存在一定量的孔隙率，与完全致密的部件相比，孔隙会对材料性能产生不利影响。
2、本文公开了一种与锻造6013铝合金相当的粉末金属组合物，其可被加工以形成粉末金属件，粉末金属件可以被烧结、型锻和热处理(例如，经过t8处理循环)。这种粉末金属6013铝合金为可用于新应用的材料工具箱增添了另一种潜在合金，并可能为利用粉末金属生产以前仅限于锻造合金生产的部件打开了大门。这种合金可以特别有助于制造用于电动车辆的部件。更进一步，6013粉末金属组合物及其制成的部件可以包括添加金属基质复合物(mmc)添加物以提高耐磨性和强度。
3、根据一个方面，提供了一种形成与锻造6013铝合金相当作为其替代物的烧结和型锻的粉末金属部件的方法。将粉末金属组合物压实以形成生坯，其中粉末金属组合物包括铝基粉末金属(其可以是纯铝，或主要是铝，仅具有有限量的预合金化元素，例如不超过合金元素的2.0重量％)、铝硅粉末金属、铝铜粉末金属和元素镁粉末金属。将生坯烧结以形成烧结件。对烧结件进行型锻以形成烧结和型锻的粉末金属部件。
4、在一些形式中，在型锻步骤之后，可以对烧结和型锻的粉末金属部件进行进一步的固溶、水淬和时效步骤。在这样的方式中，固溶步骤可以在540℃至580℃的温度下，进一步限定在550℃至570℃的温度下，或者更进一步限定在560℃的温度下，在空气中进行。固溶步骤可以进行1.5小时至2.5小时，或者进一步限定为2小时。在一些形式中，时效步骤可以在180℃至200℃的温度下，或进一步限定在190℃的温度下进行。时效步骤可以进行1小时至8小时，或者进一步限定为5小时。本领域的技术人员将理解，这些时间和温度的变化可能会产生类似的效果，因此示例性范围当然不应被认为是限制性的。
5、在一些形式中，烧结和型锻的粉末金属部件的硬度可为65-76hrb，或者进一步限定为70-76hrb。这样的硬度值是烧结和型锻部件经过t6或t8处理后获得的(在t8处理后获得70-76hrb值)。
6、在一些形式中，烧结和型锻的粉末金属部件，在烧结和经过t6处理后，具有43gpa至100gpa的杨氏模量，344mpa至375mpa的屈服强度，以及390mpa至419mpa的极限拉伸强度(uts)。
7、在一些形式中，烧结和型锻的粉末金属部件，在烧结和经过t8处理后，具有68gpa至73gpa的杨氏模量，397mpa至416mpa的屈服强度，以及406mpa至433mpa的极限拉伸强度(uts)。烧结和型锻的粉末金属部件可具有2.8％至8％的延展性。
8、应该理解的是，这些机械性能范围只是示例性的，也可以实现在这些范围基础上的改进值。同样，通过对热处理或加工的进一步调整，这些值中的一个值(如uts)有可能保持不变或有所改进，而其他值可能会受到轻微影响，而且这些值中的每一个值都被认为具有各自的益处，即使是在上文中是以组合描述的。无论如何，在本公开的时候，已收集到的这些数据值非常令人鼓舞，并且表明粉末金属组合物，特别是在烧结、型锻和热处理之后，其性能可与锻造的6013铝合金材料相当。
9、在一些形式中，该方法还可以包括在型锻步骤之后，对烧结和型锻的粉末金属部件进行在540℃至580℃的温度下固溶、水淬以及在180℃至200℃的温度下时效的进一步步骤。
10、在一些形式中，烧结和型锻的粉末金属部件的型锻密度可为烧结和型锻的粉末金属部件的理论密度的99％至100％。更具体地，烧结和型锻的粉末金属部件的型锻密度可为烧结和型锻的粉末金属部件的理论密度的99.1％至99.5％(如在样品部件中已经具体观察到的)。
11、在一些形式中，粉末金属组合物中硅的重量百分比可为粉末金属组合物的0.6至1.0重量％(进一步限定为0.7至0.9重量％，或更进一步限定为0.8重量％)，粉末金属组合物中铜的重量百分比可为粉末金属组合物的0.7至1.1重量％(进一步限定为0.8至1.0重量％，或更进一步限定为0.9重量％)，以及粉末金属组合物中镁的重量百分比可为粉末金属组合物的0.8至1.2重量％(进一步限定为0.9至1.1重量％，或更进一步限定为1.0重量％)。可以考虑，在一些形式中，铝基粉末金属可以是与锰预合金化的铝粉末金属，以提供在粉末金属组合物中的锰的重量百分比为粉末金属组合物的0.2至1.2重量％(进一步限定为0.4至0.6重量％，或更进一步限定为0.5重量％)。值得注本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种形成与锻造6013铝合金相当的作为其替代物的烧结和型锻的粉末金属部件的方法，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其还包括在所述型锻步骤之后，对所述烧结和型锻的粉末金属部件进行固溶、水淬和时效的进一步步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述固溶步骤在540℃至580℃的温度下在空气中进行。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述固溶步骤进一步限定为在550℃至570℃的温度下在空气中进行。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述固溶步骤在560℃的温度下在空气中进行。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述固溶步骤进行1.5小时至2.5小时。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述固溶步骤进行2小时。
8.如权利要求2所述的方法，其中所述时效步骤在180℃至200℃的温度下进行。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述时效步骤在190℃的温度下进行。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述时效步骤进行1小时至8小时。
11.如权利要求10所述的方
12.如权利要求2所述的方法，其中所述烧结和型锻的粉末金属部件的硬度为65-76HRB。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述烧结和型锻的粉末金属部件的硬度进一步限定为70-76HRB。
14.如权利要求2所述的方法，其中所述烧结和型锻的粉末金属部件，在烧结和经过T6处理后，具有43Gpa至100Gpa的杨氏模量，344MPa至375Mpa的屈服强度，以及390MPa至419Mpa的极限拉伸强度(UTS)。
15.如权利要求2所述的方法，其中所述烧结和型锻的粉末金属部件，在烧结和经过T8处理后，具有68Gpa至73Gpa的杨氏模量，397MPa至416Mpa的屈服强度，以及406MPa至433Mpa的极限拉伸强度(UTS)。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述烧结和型锻的粉末金属部件具有2.8％至8％的延展性。
17.如权利要求1所述的方法，其还包括在所述型锻步骤之后，对所述烧结和型锻的粉末金属部件进行在540℃至580℃的温度下固溶、水淬和在180℃至200℃的温度下时效的进一步步骤。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述烧结和型锻的粉末金属部件的型锻密度为所述烧结和型锻的粉末金属部件的理论密度的99％至100％。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述烧结和型锻的粉末金属部件的型锻密度为所述烧结和型锻的粉末金属部件的理论密度的99.1％至99.5％。
20.如权利要求1所述的方法，其中，所述粉末金属组合物中硅的重量百分比为粉末金属组合物的0.6至1.0重量％，所述粉末金属组合物中铜的重量百分比为粉末金属组合物的0.7至1.1重量％，以及所述粉末金属组合物中镁的重量百分比为粉末金属组合物的0.8至1.2重量％。
21.如权利要求20所述的方法，其中铝基粉末金属是与锰预合金化的铝粉末金属，以提供在粉末金属组合物中的锰的重量百分比为粉末金属组合物的0.2至1.2重量％。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述粉末金属组合物中锰的重量百分比进一步限定为粉末金属组合物的0.4至0.6重量％。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述粉末金属组合物中锰的重量百分比为粉末合金组合物的0.5重量％。
24.如权利要求20所述的方法，其中，所述铝基粉末金属是纯铝，所述铝基粉末金属中没有预合金化的有效合金元素。
25.如权利要求20所述的方法，其中所述粉末金属组合物进一步包含元素锡粉末金属，并且所述粉末合金组合物中锡的重量百分比小于所述粉末金属组合物的1.0重量％。
26.一种根据权利要求1所述的方法制造的烧结和型锻的粉末金属部件。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种形成与锻造6013铝合金相当的作为其替代物的烧结和型锻的粉末金属部件的方法，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其还包括在所述型锻步骤之后，对所述烧结和型锻的粉末金属部件进行固溶、水淬和时效的进一步步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述固溶步骤在540℃至580℃的温度下在空气中进行。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述固溶步骤进一步限定为在550℃至570℃的温度下在空气中进行。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述固溶步骤在560℃的温度下在空气中进行。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述固溶步骤进行1.5小时至2.5小时。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述固溶步骤进行2小时。
8.如权利要求2所述的方法，其中所述时效步骤在180℃至200℃的温度下进行。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述时效步骤在190℃的温度下进行。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述时效步骤进行1小时至8小时。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述时效步骤进行5小时。
12.如权利要求2所述的方法，其中所述烧结和型锻的粉末金属部件的硬度为65-76hrb。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述烧结和型锻的粉末金属部件的硬度进一步限定为70-76hrb。
14.如权利要求2所述的方法，其中所述烧结和型锻的粉末金属部件，在烧结和经过t6处理后，具有43gpa至100gpa的杨氏模量，344mpa至375mpa的屈服强度，以及390mpa至419mpa的极限拉伸强度(uts)。
15.如权利要求2所述的方法，其中所述烧结和型锻的粉末金属部件，在烧结和经过t8处理后，具有68gpa至73gpa的杨氏模量，397mpa至416mpa的屈服强度，以及406mpa至433mpa的极...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·毕肖普，M·F·威尔森，I·W·唐纳德森，R·L·小赫克斯墨，
申请(专利权)人：GKN烧结金属有限公司，
类型：发明
国别省市：
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