含镍过共晶铝硅砂型铸造合金的利记博彩app
【专利说明】含镍过共晶铝硅砂型铸造合金
[0001]交叉参考相关串请
[0002]不适用。
[0003]关于联邦资助的研究或开发
[0004]不适用。
_5]光盘提交的引用合并资料
[0006]不适用。
【背景技术】
[0007]铝硅合金的共晶结构早已进行了研究以确定合金的机械性能，参见美国专利号1，387，900和1，410，461。经过80多年对这种共晶结构的研究，本领域技术人员现在理解，仅以10ppm的浓度将钠或锶添加至共晶熔体中就改变了共晶硅相的尺寸和形态，致使合金的延展性显著增加。
[0008]而且，过共晶铝硅合金没有在很大程度上用于砂型铸造工艺，因为它们难以加工且因为初级生硅颗粒的尺寸在砂型铸造冷却速率下比在使用金属模具的铸造工艺的冷却速率下更大。其结果是，需要控制铸造的微观结构，以达到可接受的机械加工性。在过共晶合金中达到满意的机械加工性通常是通过将磷添加到合金熔体来细化初生硅颗粒的尺寸而实现的。然而，磷倾向于与普通熔体添加剂，如锶和钠，形成磷化物，而不是与铝反应形成磷化铝。这是有问题的，因为磷化铝是过共晶铝硅合金的共晶结构中形成初生硅的晶核。因此，含磷过共晶铝硅合金的共晶结构几乎总是不变的。
[0009]因此，磷细化的、固溶热处理的、淬火并老化的过共晶铝硅结构提供了用于机械加工的基线，但这个基线通常需要金刚石刀具进行适当的加工。相比之下，共晶铝硅合金和亚共晶铝硅合金，其中共晶硅结构用添加锶或钠改性，增加了延展性并更易于加工。然而，当亚共晶合金结构中的改性共晶与未改性结构比较时，锶或钠改性的共晶结构表现出与未改性结构几乎相同的热处理状态下的机械加工性。人们认为，这种加工性的相同是由于共晶硅相作为连续相在共晶中存在，无论共晶改性或未改性。另外，由于相比于铸造状态，加工延展性较差的T6或T7热处理状态始终是更容易的，基础金属的性质对机械加工性存在相当显著的影响。因此，不存在可以改善过共晶铝硅合金的机械加工性的可预测处理。
[0010]过共晶铝合金B391(AA B391)包括18?20 %的按重量计的硅以求耐磨损性，0.4?0.7%按重量计的镁用于老化以增加强度并具有最大值为0.2%的按重量计的铁和铜以求良好的砂型铸造特性，并且是由铝业协会注册用于砂型铸造的唯一过共晶铝硅合金。按重量计最大0.2%的铜成分可以确保(对于任何给定的硅含量)固化范围，S卩，液相和固相线之间的温度差，处于最小值。相比较而言，AA 390具有与AA B391相同的元素的范围，只是AA 390具有4.5%按重量计的铜成分。因此，AA B391的窄固化范围的发生主要是因为，相比于AA 390，显著较低的铜成分提高了近100华氏度的固相线熔点。
[0011]AA B391的窄固化范围是很重要的，因为初生硅比熔融合金密度小，比较不太可能在窄固化范围的合金中漂浮及沉淀而分离。AA B391的低铁和锰含量是可取的，并且对于固化缓慢的砂型铸造过共晶铝硅合金特别有吸引力。当在缓慢冷却期间铁相变大时，AA B391的机械性能显著降低，因为铁相的针样形态导致了机械特性的下降。
[0012]从历史上看，镍是在第一次世界大战期间开发的Y合金中(按重量计铜4%，按重量计镍2%，按重量计镁1.5%，余量的招)的必要元素。现今只存在于3个在招协会注册的合金中，镍的浓度为2%?3%的镍。因此，已知镍作为微量成分使用在一些铝铜合金中，例如AA 242、AA 336和AA 393，其中该元素在高温下赋予了高强度。AA 242具有的配方是
3.7?4.5%按重量计的铜，1.2?1.7%按重量计的镁，1.8?2.3%按重量计的镍和余量为铝。AA 336具有11?13%按重量计的硅，最大1.2%按重量计的铁，0.5?1.5%按重量计的铜，0.7?1.3%按重量计的镁，2.0?3.0 %按重量计的镍和余量为铝。同样地，AA393具有的过共晶配方是21?23%按重量计的硅，按重量计最多1.3%的铁，0.7?1.1%按重量计的铜，0.7到1.3%按重量计的镁，2.0?2.5%按重量计的镍和余量为招。
[0013]此外，四十多年前，人们对于单向固化的、作为纤维增强材料的Al-N1-Al3共晶有相当大的兴趣，特别是用于高温应用。如参考B.K.Agrawal，Met A 6，152605所确定的，在L.F.Mondolfo的《铝合金:结构和属性》这本书中339页[巴特沃斯出版有限公司，1976]，通过定向固化，共晶可被使得与在生长方向上对齐的附六13纤维结晶，且纤维之间的间距取决于固化率。该参考资料指出将钡、铈、铯添加至单向固化的Al-NiAl3共晶将固化模式从集落改变至枝晶。还已知，从高温淬火后老化不产生有实用价值的二元Al-Ni合金的硬化。
[0014]然而，浓度接近6%的镍加入铝娃镁铸造合金、铝铜娃铸造合金、铝铜娃镁合金或铝铜合金铸件还没有被研究。这是因为，已知的2%或更少的按重量计的镍的添加具有在一些铸件中降低热脆性的效果，也具有降低热膨胀系数的效果。
[0015]此外，美国专利号6，168，675描述了具有2.5?4.5%按重量计的镍的过共晶铝硅合金，但有最大1.2%按重量计的非常高的锰含量和最大1.2%按重量计的非常高的铁含量。这种合金适用于压铸工艺或永久型铸造工艺，以制造车辆用盘式制动器组件。因为高的锰和铁的含量，这种合金具有非常高的较重金属含量，其需要高的保持温度以防止较重金属脱出。此外，高锰含量是必要的，以将针形的β铁铝相改性成α铁铝相并提高屈服强度、抗拉强度和伸长率，既在环境温度下又在高温下。尽管高水平的锰和铁赋予了合金以特性，美国专利6，168，675的合金将不适合于缓慢冷却工艺如砂型、消失模或熔模铸造，因为即使有高水平的锰也会形成大针状铁相颗粒，，从而阻碍了固化期间的给料，其导致增加的孔隙率水平和降低的延展性水平。
[0016]砂型铸造工艺越来越多地被用于铸造复合金属制品。砂型铸造工艺包括消失模铸造、带压消失模铸造、绿色砂型铸造、砂型铸造、精密砂型铸造和熔模铸造。也许这些类型铸造中最有利和经济的是带压消失模铸造。这样的方法在美国专利6，763，876中描述，题为“使用外部压力的消失模铸造金属制品的方法和设备”，其主题通过引用并入本文。
【发明内容】
[0017]本发明涉及一种具有改进的机械加工性的过共晶铝硅合金，其添加了镍，本质上包含了按重量计18?20%的硅，按重量计0.3?1.2%的镁，按重量计3.0?6.0%的镍，按重量计最大0.4%的铜，按重量计最大0.8%的锰，按重量计最大0.5%的锌和余量的铝。本发明的合金的镍含量可被改性成按重量计4.5%?6%，并且实质上不含铁和锰的。本发明的合金具有额外的好处，特别是当与含有过共晶铝硅合金的铜相比。这些好处包括:十个大气压的等静气体压力下通过Al-NiAl3共晶结构的改进的缩松给料和改善的微米水平上的电偶兼容性(通过铝镍电偶)用于含盐水的湿垫片连接的微结构中的成分。
[0018]本发明公开了一种过共晶合金组合物，在固化时，经历Al-NiAl3*晶反应，并在缓慢冷却时(相对于压铸工艺的快速冷却)涉及到形成Al-NiAlJg，其酷似“中文字”的形态。此微观形态嵌入在围绕初生硅的共晶中，勾勒和分割初生硅颗粒，同时提供半连续断裂路径，通过共晶将良好机械加工性的赋予到通常难加工的过共晶铝硅合金。此外，很重要的是，本发明的合金实质上不含铁和锰，因为如果铁相和锰相在微结构中，它们会堵塞枝间通路并阻碍给料，降低可加工性，即使在施加了 10个大气压的等静压力。
[0019]因此，NiAl3中文字形态存在于整个本发明合金的微结构中，以提高机械加工性和促进改善的升温性能。这一发现非常令人惊奇是因为通常提高机械加工性的微观结构特征，如在钢中的硫化物，也会降低机械性能。
[0020]本发明的过共晶铝硅合金还预期地使用在用于发动机部件的消失模铸造工艺中，如发动机座、发动机头、活塞，尤其在盐水中使用的发动机部件，因此无论是在环境温度或升高的温度下都需要高耐腐蚀性和高机械特性(通过低孔隙率水平)。
[0021]因此，本发明的过共晶铝硅砂型铸造合金实质上包含按重量计18?20%的硅，按重量计0.3?1.2%的镁，按重量计3.0?6.0%的镍，按重量计最大0.8%的铁，按重量计最大0.4%的铜，按重量计最大0.6%的锰，按重量计最大0.5%的锌，和余量的铝。或者，铜含量可以为按重量计最大0.2%的铜，铁的含量可为按重量计最大0.6 %的铁，锌含量可以是按重量计最大0.1%的锌。或者，本发明的铝硅砂型铸造合金可实质上包含按重量计18?20%的硅，按重量计0.3?0.7%的镁，按重量计3.0?6.0%的镍，按重量计最大0.2%的铁，按重量计最大0.2%的铜