[发明专利]铝合金高压压铸件的热处理

说明书

发明领域

本发明涉及高压压铸的可时效硬化的铝合金铸件的热处理方法。

发明背景

高压压铸(HPDC)广泛用于大规模生产要求具有精确的尺寸公差和 光滑的表面光洁度的金属元件。但是，一个缺点是通过传统HPDC生产 的部件是相对多孔的。由于凝固期间的收缩的孔隙结构(porosity)， 以及夹带的气体如空气、由压模壁润滑剂分解形成的氢气或蒸气的存 在而引起内部孔隙。

认为由HPDC铝合金制成的铸件经不起热处理。这是因为包含气体 或气体形成化合物的内部孔隙在传统的高温(例如500℃)下固溶处理 期间膨胀从而导致在铸件上形成表面泡疤(blister)。这些泡疤的存在 在外观上是不可接受的。此外，高温固溶处理期间内部孔隙的膨胀可 能对受影响的高压压铸件的尺寸稳定性和机械性能都有不利的影响。

如在The Aluminium Association and The Minerals，Metals and Materials Society出版的Altenpohl“Aluminium：Technology， Applications，and Environment”(第6版)中所讨论(参见第96-98 页)，其中公开了使高压压铸件变为相对无孔并因此可以无起泡 (blisting)地进行热处理的技术。这些技术包括真空压铸、无孔压 铸、压挤铸造和触变铸造(thixocasting)，所有这些技术都涉及成本 缺点。

在这些技术中，为了减少铸件内的孔隙结构而最经常应用真空系 统。在许多情况中，孔隙结构的残留水平仍过高因而不允许热处理。 但是，也存在一些例外。

例如，Lin等人的美国专利6773666中公开了一种能够利用Alcoa 的AVDC压铸技术进行高压压铸从而在所得铸件中产生极低孔隙结构 的改良的Al-Si-Mg-Mn合金。该合金的组成包含小于0.15的Fe、小 于0.3的Ti、小于0.04的Sr并且基本上无铜、无铬且无铍。铸造合 金AA357以及澳大利亚铸造合金命名CA601和CA603(Aluminium Standards and Data-Ingots and Castings，1997)与此相似。AVDC 方法使用非常高的真空压力来制造相对无孔并且据报道是可焊接且可 热处理的元件(参见例如http://www.alcoa.com/locations/germanysoest/en/about/avdc.asp，2005)。在Lin等人的现有技术中，通 过X-射线分析来检查铸件并且发现其在孔隙结构含量方面处于优异 的状态。认为如下处理可获得胜任航空航天应用的性能：高真空铸造 技术，随后是从950-1020°F(510-549℃)固溶处理10-45分钟的热 处理阶段，在70-170°F(环境温度至77℃)的水中淬火并且在 320-360°F(160-182℃)下人工时效1-5h。遵循该现有技术中教导 的热处理程序，据报道在所检查的合金表面上出现较少的起泡，并且 认为这是由夹带的润滑剂引起的。但是，揭示出该合金具有高的结构 完整性并且被认为适合于航空航天应用。

在Miki的美国专利4104089中公开了减少或者去除孔隙结构并因 此便于热处理的技术的另一实例，其中能够在无孔的压铸过程之后对 Al-Si-Mg-Mn合金制造的元件进行常规的热处理。该压铸过程明显是 以Radtke等人的美国专利3382910的早期工作为基础，其中用反应性 气体清洗与熔融金属结合的模腔以便降低所得铸件中的孔隙结构水 平。

传统的铝合金热处理程序通常涉及下面三个阶段：

(1)在低于合金熔点的相对高的温度下固溶处理，通常持续超过 8小时或更长的时间来溶解其合金化(溶质)元素并且均匀化或者调节 显微组织；

(2)快速冷却或淬火，例如在冷水或热水中，以使溶质元素保留 在过饱和的固溶体中；以及

(3)通过将合金保持在适于通过析出来实现硬化或者强化的一个 温度下，有时还保持在第二温度下持续一段时间来时效合金。

由于进入过饱和固溶体中的溶质形成析出物，该析出物细分散在 整个晶粒中并且通过滑动过程增加了合金的抗变形能力，从而发生由 时效引起的强化。当时效处理导致形成至少一种这些细析出物的临界 分散时发生最大程度的硬化或强化。