алюминиевый сплав и его применение в способах литья под давлением

Формула изобретения

1. Алюминиевый сплав, отличающийся тем, что он содержит: от 4,5 до 6,5% по весу магний, от 1,0 до 3,0% по весу кремний, от 0,3 до 1,0% по весу марганец, от 0,02 до 0,3% по весу хром, от 0,02 до 0,2% по весу титан, от 0,02 до 0,2% по весу цирконий, от 0,0050 до 1,6% по весу один или более редкоземельных металлов, макс. 0,2% железо и остальное алюминий.

2. Алюминиевый сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит: от 5,5 до 6,5% по весу магний, от 2,4 до 2,8% по весу кремний, от 0,4 до 0,6% по весу марганец, от 0,05 до 0,15% по весу хром.

3. Алюминиевый сплав по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит цирконий в количестве от 0,05 до 0,2% по весу.

4. Алюминиевый сплав по п.1 или 2, отличающийся тем, что редкоземельный металл представлен самарием, церием или лантаном.

5. Алюминиевый сплав по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве редкоземельного металла содержит церий и самарий.

6. Алюминиевый сплав по п.1 или 2, отличающийся, тем, что в качестве редкоземельного металла содержит лантан и самарий.

7. Алюминиевый сплав по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит: от 0,0050 до 0,8% по весу самарий и от 0,0050 до 0,8% по весу церий.

8. Применение алюминиевого сплава по одному из пп.1-7 в деталях, отлитых способом литья под давлением, который основан на формовке в частично жидком состоянии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к алюминиевому сплаву, в частности алюминиевому сплаву, который наряду с алюминием содержит в качестве основных составляющих сплава магний и кремний и предусмотрен для применения в литье под давлением и родственных способах.

Алюминиевые детали, отлитые под давлением, приобрели, в частности, в автомобилестроении особое значение. Повышенным механическим требованиям к алюминиевым деталям, отлитым под давлением, в автомобилестроении, заменившим прежде всего из соображений экономии веса стальные детали на такие же из алюминиевых сплавов, отвечает применение специальных AlSiMg- или AlMgSi-сплавов для литья под давлением с последующей после процесса литья термической обработкой.

Из AT 407533 известен, например, алюминиевый сплав с >3,0 до 7,0% по весу магния, от 1,0 до 3,0% по весу кремния, от 0,3 до 0,49% по весу марганца, от 0,1 до 0,3% по весу хрома, от 0 до 0,15% по весу титана, макс. 0,15% по весу железа и соответственно макс. 0,00005% по весу кальция и натрия и макс. 0,0002% по весу фосфора.

В ЕР-В-0792380 описан сплав, который содержит от 3,0 до 6,0, предпочтительно от 4,6 до 5,8% по весу магния, от 1,4 до 3,5, предпочтительно от 2,0 до 2,8% по весу кремния, от 0,5 до 2,0, предпочтительно от 0,6 до 1,5% по весу марганца, макс. 0,2, предпочтительно от 0,1 до 0,2% по весу титана и макс. 0,15, предпочтительно макс. 0,1% по весу железа и уже имеется в реструктурном состоянии.

Эти известные AlMgSi-сплавы предусмотрены для литья под давлением и применения в родственных способах. Они уже в литом состоянии обладают показателями прочности и удлинения, что и AlSiMg-сплавы, например известный сплав типа AlSi7Mg 0,3 в состоянии полного отверждения (который обозначается как "Т6"). Существенным недостатком этих типов AlMgSi-сплавов, однако, является очень низкий, в сравнении с AlSiMg-сплавами, 0,2%-ный предел прочности при растяжении.

0,2%-ный предел прочности при растяжении характеризует переход от упругой к пластической деформации литой детали и, в частности, также имеет значение в связи с важностью значащих при столкновении структурных деталей.

В литературе имеются сведения о возможности краткой, продолжающейся макс. 2 часа термической обработки для повышения 0.2%-ного предела прочности при растяжении.

Термическая обработка деталей, отлитых под давлением, из приведенных выше AlMgSi-сплавов несет с собой, однако, многочисленные недостатки. В первую очередь сводится на нет преимущество в издержках производства. Далее существенными недостатками термической обработки являются типичные дефекты в деталях, отлитых под давлением, например коробление и, прежде всего, раздувы, которые возникают вследствие термического разрушения замкнутых материалов для форм, которые известны под термином "Blister". Коробление сводит на нет преимущество изготовления деталей методом литья под давлением, которое заключается в получении деталей с конечными размерами.

Для деталей, отлитых под давлением, которые не подвергаются термической обработке для повышения, в частности, 0,2%-ного предела прочности при растяжении, ограничивается, вследствие сравнительно низкого 0,2%-ного предела прочности при растяжении, область применения описанных выше алюминиевых сплавов, так как к нагруженным деталям, отлитым под давлением, предъявляются повышенные требования к прочностным свойствам. Применению деталей, отлитых под давлением, из таких сплавов может способствовать в этом случае только увеличение толщины стенки. Однако увеличение толщины стенки снижает преимущество, получаемое за счет снижения веса при применении алюминия, или сводит это преимущество на нет.

В связи с этим целью настоящего изобретения является разработка алюминиевых сплавов типа AlMgSi, которые пригодны для использования в литье под давлением и имеют, однако, более высокие показатели относительно 0,2%-ного предела прочности на растяжение, в сравнении со сравнимыми прочностными свойствами известных из уровня техники сплавов. Другой целью изобретения является разработка подобного рода алюминиевых сплавов, которые желательные прочностные свойства имеют уже на стадии отливки, так что отсутствует необходимость в термической обработке и исключаются недостатки, связанные с ней. Еще одной целью настоящего изобретения является разработка алюминиевых сплавов, которые могут применяться для алюминиевых компонентов в автомобилестроении, которые должны удовлетворять высоким механическим требованиям, что позволило бы расширить область применения алюминиевых компонентов, например, в автомобилестроении.

Эти цели согласно изобретению достигаются с помощью сплава, который имеет следующий состав: от 4,5 до 6,5% по весу магний, от 0,1 до 3,0% по весу кремний, от 0,3 до 1,0% по весу марганец, от 0,02 до 0,3% по весу хром, от 0,02 до 0,2% по весу титан, от 0,02 до 0,2% по весу цирконий, от 0,0050 до 1,6% по весу один или несколько редкоземельных металлов, макс. 0,2% по весу железо и остальное - алюминий.

В другом варианте осуществления предложенный в соответствии с изобретением сплав имеет следующий состав: от 5,5 до 6,5% по весу магний, от 2,4 до 2,8% по весу кремний, от 0,4 до 0,6% по весу марганец, от 0,05 до 0,15% по весу хром.

В другом предпочтительном варианте осуществления предложенного в соответствии с изобретением сплава предусмотрено содержание циркония от 0,05 до 0,2% по весу.

В качестве редкоземельных металлов предпочтительны самарий, церий или лантан. Они могут добавляться в качестве легирующей добавки по одному или в любой комбинации друг с другом. Особо предпочтительна комбинация самария с церием или самария с лантаном. Особо предпочтительный сплав содержит редкоземельный металл самарий и церий в количестве от 0,0050 до 0,8% по весу самария и от 0,0050 до 0,8% по весу церия.

Добавка самария и церия ведет при застывании сплава к образованию выделений типа AlCe и AlSm в различных составах, которые способствуют эффекту упрочнения.

За счет добавки церия, кроме того, предотвращается склонность к прилипанию сплава в формах при литье под давлением, что дополнительно благоприятно сказывается на качестве деталей, отлитых под давлением.

Настоящее изобретение далее более наглядно показывается с помощью механических показателей, определенных для нижеследующих сплавов. Механические показатели определялись для секционных пластин, изготовленных с помощью литья под давлением, в испытаниях на растяжение по DIN EN 10002, причем при испытаниях на растяжение вытягивалась 2,7 мм секция. Эта область толщин стенки предпочтительно применяется для изготовления свариваемых и значащих при обстоятельствах столкновений структурных частей. Механические показатели представляют средние величины из 25 измерений. Результаты проведенных испытаний на растяжение приведены в таблице 1. В приведенных там сплавах в опытах 1-4 это сплавы, предложенные в соответствии с изобретение, в справочном сплаве речь идет о сплаве, состав которого соответствует сплаву, предложенному согласно изобретению, который, однако, не содержит в качестве легирующих добавок редкоземельных металлов.

Таблица 1
Опыт	Вариант	Прочность на растяжение, Rм, МПа	0,2%-ный предел прочности при растяжении, Rp0,2, МПа	Растяжение при разрыве А,%
1	AlMg5Si2MnCr + 0,02% Sm	330	200	10,4
2	AlMg5Si2MnCr + 0,04%Sm + 0,02% Ce	360	220	9,8
3	AlMg5Si2MnCr + 0,05% Sm + 0,03% Ce	330	200	11,5
4	AlMg5Si2MnCr + 0,11% Sm + 0,06% Ce	340	200	9,5
Справоч- ный сплав	AlMg5Si2MnCr	297	179	12,8

Как видно из таблицы, добавка церия и самария ведет по сравнению с немодифицированным базовым сплавом AlMg5Si2MnCr к существенному повышению 0,2%-ного предела прочности при растяжении.

Показатели прочности, которые могут быть достигнуты у алюминиевых сплавов, предложенных в соответствии с изобретением, лежат к тому же на уровне, который достигается у кованых изделий из AlSiMgMn в состоянии Т6, т.е. после термической обработки. В связи с этим и на основе 0,2%-ного предела прочности при растяжении, улучшенного по сравнению с известными алюминиевыми сплавами типа AlMgSi, сплавы, предложенные в соответствии с изобретением, подходят для новых областей применения, в частности для изготовления деталей из алюминия, отлитых под давлением, испытывающих высокие нагрузки, к которым проявляется все больший интерес в автомобильной промышленности.

Подобные результаты, касающиеся механических показателей прочности, могли бы быть у предложенных в соответствии с изобретением сплавов, если бы церий частично или полностью был заменен лантаном.