[发明专利]铸造用铝铜合金

说明书

本发明涉及铸造用的铝铜合金。铝铜合金比其他铸造铝合金体系如铝硅合金具有潜在的更高强度。但是，由于铝铜合金与铝硅合金相比可铸性较弱，铝铜合金的高性能应用受到限制。

英国专利申请2334966A公开了一种铝铜合金，其中在合金铸造时，基本不溶性颗粒(优选为二硼化钛，或可能为其他材料例如碳化硅、氧化铝、二硼化锆、碳化硼或氮化硼)占据了合金的枝晶间区(interdendritic region)。可以预料的是，这些通常硬且脆的颗粒将导致铸造合金的延性不可接受地降低，但实际上，研究表明良好的延性得以维持，这是因为这些颗粒改变了合金的固化特性，消除了宏观尺度上的组成不均匀性，并且减少了松心。在合金固化过程中，随着铝枝晶成核并开始生长时，TiB₂颗粒充满了枝晶间空间，TiB₂颗粒的存在限制了剩余液态金属通过枝晶间通道的移动。这促进了运动朝质量补缩(mass feeding)的方向进行，从而减少了内部和表面相关的松心的发生。但是，尽管TiB₂是一种已知的晶粒细化剂，其晶粒大小仍然非常大(例如，约1mm)。这种未细化的晶粒结构可导致热裂问题，尤其是在砂铸铸件中，而且还可导致大型缓慢冷却铸件(如经由熔模铸造或砂铸生产的那些)中松心的形成。

JP 11199960公开了一种适用于制造发动机气缸盖铸件的铝合金，其中可含有钛。但是，这种合金是一种铝硅合金：这种铝硅合金与包含少量或不包含硅的合金相比从根本上具备强得多的流动性和可铸性，且与后者合金相比不会遭受相同程度的热裂或松心。

根据本发明的第一方面，包括占据合金的枝晶间区的基本不溶性颗粒的铝铜合金提供有游离钛，其程度为与不溶性颗粒结合使得铸造合金中的晶粒结构更加细化，并由此促进铸造合金的可铸性和物理性能的双重改进。

合金可以包括至少0.01％的钛

合金可以包括最高达1％的钛

合金可以包括最高达0.50％的钛

合金可以包括最高达0.15％的钛(亚包晶(hypoperitectic))

合金可以包括高于0.15％的钛(过包晶(hyperperitectic))

合金可以包括：

不溶性颗粒可以具有的颗粒大小为0.5μm或更大。其可最大达25μm。优选地，颗粒大小可以最大达15μm，或最大达5μm。不溶性颗粒可以存在至少0.5％，可能最高达20％。

合金可以包括：

合金可以包括：

不溶性颗粒可以存在的范围是0.5％至10％、或1.5％至9％、或3％至9％、或4％至9％。

合金可以包括：

合金可以包括：

合金可以包括：

合金可以包括：

不溶性颗粒可以具有的大小为至少约小于固态合金的枝晶臂间距/晶粒大小的数量级，且所述不溶性颗粒占据合金的枝晶间区/晶粒间区。

颗粒可以包括二硼化钛颗粒。

合金可以包括0.5％-20％的二硼化钛颗粒。

合金可以包括0.5％-10％的二硼化钛颗粒。

合金可以包括3％-7％的二硼化钛颗粒。

合金可以包括4％的二硼化钛颗粒。

合金可以包括7％的二硼化钛颗粒

认为是导致铝铜基合金机械性能和结构完整性变化的因素的两个主要方面是：合金元素的偏析和枝晶间缩松(interdendritic porosity)(特别是表面相关的枝晶间缩松)的形成。

铸造铝铜合金的研究工作已经表明，会造成这类合金的材料性能的变化的一个重要的因素是富溶质材料经由固化过程中所形成的枝晶臂之间间隙的流动。

为了避免或减少这些现象的发生，根据本发明加入细分散的基本不溶性颗粒。通常预料的是，加入这些通常硬且脆的颗粒会使合金的延性不可接受地降低。但是从下文展示的实施例将会看出，进行的研究工作已经表明良好的延性得以维持。

分散的枝晶间缩松由于经由枝晶间隙而补缩固化收缩的问题，也是这些合金的一个特性。这类缩松也导致材料的机械性能降低，例如，拉伸强度和伸长率以及疲劳寿命。