[发明专利]无铅的6XXX铝合金

说明书

本发明涉及铝合金领域，尤其是涉及可机械加工的铝合金，本发明还涉及用这类合金制成的产品，这包括但不限于：制螺钉的坯料；冷加工的线材，棒材和型材；挤压、铸造、拉拔或热和冷轧的棒材和型材，及挤压、铸造、拉拔或热和冷轧的锻造坯料。

在最普通的已上市的铝合金中有一些以2011和6262铝(铝学会(Aluminum Association)代号)被公知的可机械加工的铝合金。一般说来，任何的这种合金的可机加工性都是难以测量的。一种沿用了一段时间的分级系统根据以下的尺度考虑下列特性以“A”、“B”、“C”、“D”和“E”级对可机械加工性进行分类，其中“A”级是机械加工性最好的级别：

(1)切屑尺寸。最希望的是较小的切屑尺寸，因为这样的切屑比较大的切屑更易简化机械加工操作，并有利于更有效地从工具-工件界面处散热。切屑不得过小，或在整个机械加工操作期间，如钻孔或切削时不妨碍润滑剂的循环。而与之相比，长而薄的切屑则倾向于自行卷曲而不是断裂。这种切屑，有时被叫做切屑卷，会需要人工从加工区去除，而且在散热方面，效果不如较小的切屑，因为较大的切屑容易阻塞冷却的润滑剂。

(2)工具磨损。较低的工具磨损速率对于通过增加刀具在指定的工件的预定的限度被超过之前可使用的时间量来节约金钱是符合要求的。较低的工具磨损速率还因缩短了更换工具的停工时间而进一步提高了生产率。

(3)表面光洁度。合金在机械加工的条件下显示非常光滑的外表面光洁度对于消除和减少后续的表面精加工工序，如研磨和去毛刺的需求是符合要求的。

(4)机械加工的力。较低的机加工力是较为符合要求的，因为：减少了能量需求和在工件、工具和工具头部产生的磨擦热的量；或提高了可以同样的能量需求所完成的切削量或金属去除量；以及

(5)机械性能和腐蚀性能。机械性能，如强度，或其它性能，如耐腐蚀性，就可机械加工性而言是可“选择的”。按照被加工的工件是预期的最终用途，这些性能是相当重要的。虽然这种“A”-“E”的分级系统是以上述五个参数为基础的，但每个参数的相对的重要性是随任何指定合金的预期最终用途的功能而变的。

目前，2011始终属于“A”级最常用的铝加工合金。其组成中含有约5～6％(重量)的Cu、最高约为0.3％(重量)的Zn、最多为约0.7(重量)的Fe、最高约为0.4％(重量)的Si，约0.2-0.6％(重量)的Bi和约0.2-0.6％(重量)的Pb。6262铝是最常见的“B”级铝，但与其2011-T3的对应物相比，它总有较高的强度水平和在T8和T9状态下的较好的综合的耐腐蚀性。在6262铝的组成中含有约0.8-1.2％(重量)的Mg，约0.4-0.8％(重量)的Si、约0.15-0.4％(重量)的Cu、约0.4-0.7％(重量)的Pb、约0.4-0.7％(重量)的Bi、约0.04-0.14％(重量)的Cr、最多为约0.7％(重量)的Fe、最多约为0.25％(重量)的Zn，最多约为0.15％(重量)的Mn和最多约为0.15％(重量)的Ti。

在最近的将来，可期望减少很多产品中的含铅量。法规会要求降低含铅量，或甚至从某些产品中去除铅。因此希望有2011和/或6262铝的无铅的替代物。

提供6262铝的基本无铅的替代物是有意义的。另外的目的在于提供无铅的，具有优越的机械加工性能的铝合金，借以通过较快的加工时间来降低制造费用。再一目的在于提供一种在大多数机加工应用中，尤其是在最终产物的强度性能与可机械加工性能相比相对说来不很严格应用中替代2011和/或6262铝的合金。

和改进的制螺钉坯料和线材、棒材或型材产品一起提供以各种步骤组合方式的铸造、预热、挤压、固溶热处理、冷加工和热处理来生产这种产品的改进的方法也是有意义的。

根据本发明，有一个实施方案关系到适于机械加工的铝合金。这种合金基本上是由：约0.15-1.0％(重量，以下同)的铜、约0.4-1.5％的锡、约0.65-1.35％的镁，约0.4-1.1％的硅、约0.002-0.35％的锰，最多约0.5％的铁，最多约0.15％的铬和最多约0.15％的钛，余量基本上是铅及偶然带入的元素和杂质构成的。在优选的基础上，这种合金包含约0.45-0.7％(重量，以下同)的铜、约0.9-1.3％的锡、约0.7-0.9％的镁、约0.45-0.75％的硅和0.01-0.05％的锰。按后文的定义，它基本上无铅、无铋、无镍、无锆和无镉。通常将这种合金作成制螺钉的坯料或一种或多种选自线材、棒材和型材的产品，而最好是通过铸成锭然后热变形而制成的。