用于壓鑄車輛部件的合金及其制造方法
【專利摘要】本發明提供了用于壓鑄車輛部件的合金及其制造方法。合金包括作為主要成分的鋁；基于合金組合物的總重量的約8.0wt％至10.5wt％的量的鎂；基于合金組合物的總重量的約1.9wt％至3.4wt％的量的硅；基于合金組合物的總重量的約0.4wt％至2.0wt％的量的銅；基于合金組合物的總重量的約0.3wt％至1.0wt％的量的錳；以最大約50ppm的鈹(Be)；以及其他必要的雜質。進一步地，在制造工藝過程中，將熔融金屬加熱至約670℃至730℃的溫度并且以約3.0m/s或更高的速度注射到模具中。
【專利說明】
用于壓鑄車輛部件的合金及其制造方法
技術領域
[0001] 本發明涉及用于壓鑄車輛部件（模鑄車輛部件，die-cast vehicle parts)的合 金及用于制造合金的方法。因此，可以制造高耐腐蝕性的輕質鋁合金并且將該輕質鋁合金 用于壓鑄車輛部件。
【背景技術】
[0002] 通常，用于壓鑄車輛部件的ADC10/12合金成本較低并且具有優異的可鑄性，因 此，該ADC10/12合金已經被廣泛地使用。隨著車輛的駕駛環境變得更加嚴峻，ADC10/12合 金已經逐漸顯示出局限性。例如，由于缺乏耐久性可以引起損壞，由于海水的鹽度或除雪 材料可以出現白銹等，直到最近尚未在車輛部件中得到解決。因此，已經出現了用于補充 ADC10/12合金的新合金的需要。
[0003] 此外，近來已經強化了環境法規以努力抑制環境污染，因此，環境法規已經變得更 嚴格。因此，已經不斷地對車輛工業進行研究以減少車輛部件的重量從而提高燃料效率，但 是在確定可以替代目前使用的商業合金的具有必要性能和價格競爭力的可替代合金方面 仍具有困難。
[0004] 僅僅提供作為相關技術描述的內容用于幫助理解本發明的背景，而不應被認為與 本領域技術人員已知的相關技術相對應。

【發明內容】

[0005] 因此，在優選的方面，本發明提供了用于壓鑄車輛部件的合金及用于制造車輛部 件的方法，與由傳統合金制造的那些車輛部件相比，所述車輛部件能夠將耐久性增加大于 約40%。此外，可以防止在各種錯部件中出現白銹（white rust)。當將具有改善的強度和 耐腐蝕性的新的鋁合金用于壓鑄車輛部件時，通過減小合金的密度，對于相同的形狀，可以 將其重量減小約7%。因此，可以減小鋁壓鑄車輛部件的重量和成本并且可以改善鋁壓鑄車 輛部件的耐久性。
[0006] 根據本發明的示例性實施方式，提供了用于壓鑄車輛部件的合金。合金可以包括： 作為主要成分的錯（A1);基于合金組合物（合金組成，合金組分，alloy composition)的 總重量的約8. Owt%至10. 5wt%的量的鎂（Mg);基于合金組合物的總重量的約1. 9wt%至 3. 4wt%的量的娃（Si);基于合金組合物的總重量的約0. 4wt%至2. Owt%的量的銅（Cu); 基于合金組合物的總重量的約〇. 3wt%至1. Owt%的量的猛（Μη);以最大約50ppm的鈹 (Be);以及其他必要的雜質（essential impurities)。特別地，Mg與Si的重量比（Mg/Si) 范圍從約3. 1至約4. 3。
[0007] Al-Mg-Cu基金屬間化合物（Al-Mg-Cu類金屬間化合物，Al-Mg-Cu-based intermetallic compound)的產生量可以等于或大于約7.0%。拉伸強度可以等于或大于 約300MPa并且屈服強度可以等于或大于約170MPa。作為主要強化相的Al-Mg-Cu基金屬間 化合物可以連同Mg 2Si顆粒一起分散地分布在錯基體（基質，matrix)中。Mg2Si顆粒的尺 寸可以在從約10 μ m至約30 μ m的范圍內。
[0008] 還提供的是，本發明的合金可以在其組合物中由上述成分組成，或基本上由上述 成分組成。例如，如在本文中描述的用于壓鑄車輛部件的合金可以由下述組成或基本上 由下述組成：作為主要成分的鋁（A1);基于合金組合物的總重量的約8. Owt%至10. 5wt% 的量的鎂（Mg);基于合金組合物的總重量的約1.9wt%至3. 4wt%的量的硅（Si);基于合 金組合物的總重量的約0. 4wt%至2. Owt%的量的銅（Cu);基于合金組合物的總重量的約 0· 3wt %至1. Owt %的量的猛（Μη);以最大約50ppm的鈹（Be)。
[0009] 根據本發明的另一個示例性實施方式，提供了制造用于壓鑄車輛部件的合金的 方法。特別地，合金可以包括：作為主要成分的鋁（A1);基于合金組合物的總重量的約 8. Owt%至10. 5wt%的量的鎂（Mg);基于合金組合物的總重量的約1. 9wt%至3. 4wt%的量 的娃（Si);基于合金組合物的總重量的約0. 4wt%至2. Owt%的量的銅（Cu);基于合金組 合物的總重量的約0. 3wt%至1. Owt%的量的錳（Μη);以最大約50ppm的鈹（Be);以及其 他必要的雜質。進一步地，可以將其中Mg與Si的重量比（Mg/Si)范圍可以從約3. 1至約 4. 3的熔融金屬加熱至約670°C至730°C的溫度。可以以約3. 0m/s或更高的速度將熔融金 屬注射到模具（die)中。
[0010] 進一步地，提供了可以包括具有如在本文中描述的組合物的合金的壓鑄車輛部 件。
[0011] 在【具體實施方式】和附圖中包括了本發明的其他詳細內容。
【附圖說明】
[0012] 結合附圖，根據以下【具體實施方式】將更清楚地理解本發明的以上和其他目標、特 征以及優點，在附圖中：
[0013] 圖1示出了包括來自相關技術的示例性微觀結構的照片；
[0014] 圖2示出了包括來自本發明的示例性實施方式的示例性微觀結構的照片；
[0015] 圖3示出了其中由于高注射速度而出現熱裂紋的示例性部件；以及
[0016] 圖4示出了取決于熔融溫度的示例性流動性評價結果。
【具體實施方式】
[0017] 應理解的是，如在本文中使用的術語"車輛"或"車輛的"或其他類似術語包括廣 義的機動車輛，如包括運動型多用途車輛（SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛的載客車 輛（passenger automobile);包括各種艇和船的水運工具；航空器等，并且包括混合動力 車輛（hybrid vehicle)、電動車輛、插入式混合動力電動車輛（plug-in hybrid electric vehicle)、氫動力車輛和其他可替代燃料車輛（例如，源自除了石油之外的資源的燃料）。 如在本文中提及的，混合動力車輛是具有兩種或更多種動力源的車輛，例如，汽油動力和電 動力車輛。
[0018] 本文中使用的術語僅是為了描述特定的示例性實施方式的目的，而不是旨在限制 本發明。如在本文中使用的，除非上下文另外清楚地指明，否則單數形式"一個"、"一種"和 "該"旨在也包括復數形式。將進一步理解，當用于本說明書中時，術語"包括"和/或"包 含"說明所述特征、整數（整體）、步驟、操作、元素（要素）和/或組分（組件）的存在，但 不排除一個或多個其他特征、整數（整體）、步驟、操作、元素（要素）、組分（組件）和/或 其組的存在或添加。如在本文中使用的，術語"和/或"包括所關聯的列出項目中的一個或 多個的任何和所有組合。
[0019] 除非具體陳述或根據上下文顯而易見，否則，如在本文中使用的，將術語"約"理解 為在本領域中正常公差的范圍內，例如，在平均值的2個標準偏差內。可以將"約"理解為在 所述值的 1〇%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 5%、0· 1%、0· 05%或 0· 01% 內。除非從上下文另外清楚，否則本文中提供的所有數值由術語"約"修飾。
[0020] 在下文中，將參照附圖描述根據本發明的各種示例性實施方式的用于壓鑄車輛部 件的合金及其制造方法。
[0021] 根據本發明的示例性實施方式的用于壓鑄車輛部件的合金可以包括鋁（A1)作為 主要成分以實現與現有的用于壓鑄車輛部件的合金相比減輕的重量、改善的強度、以及改 善的耐腐蝕性能。用于壓鑄車輛部件的合金可以進一步包括：基于合金組合物的總重量的 約8. Owt%至10. 5wt%的量的鎂（Mg);基于合金組合物的總重量的約1. 9wt%至3. 4wt% 的量的硅（Si);基于合金組合物的總重量的約0. 4wt%至2. Owt%的量的銅（Cu);基于合 金組合物的總重量的約0. 3wt%至1. Owt%的量的錳（Μη);以最大約50ppm的鈹（Be);以及 其他必要的雜質。特別地，為了產生和適當分布Al-Mg-Cu基金屬間化合物，Mg與Si的重 量比（Mg/Si)可以在從約3. 1至約4. 3的范圍內，從而改善強度和耐腐蝕性。
[0022] 進一步地，在各種研究和實驗期間可以通過添加 Mg、Si和Cu抑制金屬間化合物 的產生。例如，可以將Mg/Si比設置為約1.98至2. 5以獲得微觀結構，然后，可以進行超聲 波處理等，從而獲得具有Al_Mg2Si的偽二元系工藝結構（pseudo-binary system process structure)的合金。然而，隨著合金含量的增加，可以獲得合金的目標偽二元系工藝結構的 工藝條件可能受限，因此，可能具有使得可能增大質量偏差的問題。
[0023] 因此，根據本發明的示例性實施方式，可以增大Mg/Si比以實現其中產生大量的 Al-Mg-Cu基金屬間化合物和初晶（primary crystal)Mg2Si的復合的微觀結構，從而與一 般鑄造工藝過程中的傳統合金相比，提供了改善的強度、減小的密度、改善的耐腐蝕性的合 金。
[0024] 圖1示出了根據相關技術的示例性偽二元系工藝結構的照片。圖2示出了包括根 據本發明示例性實施方式制備的示例性合金的示例性微觀結構的照片。如在圖1和圖2中 不出的，與具有其中共晶Mg 2Si顆粒精細地分布在典型的錯基體（A1基體）中的偽二兀系 工藝結構的微觀結構相比，根據本發明的示例性實施方式的合金可以包括Al-Mg-Cu基（白 色）金屬間化合物。特別地，Al-Mg-Cu基（白色）金屬間化合物可以是均勻地分布在其中 的主要強化相。進一步地，示例性合金可以包括分布在其中的具有從約1〇μπι至約30μπι 的范圍內的尺寸的初晶Mg2Si顆粒（黑色）。
[0025] 當Mg2Si顆粒的尺寸大于約30 μ m時，可能不會制備本發明的合金從而具有如用 于壓鑄車輛部件的約300MPa的足夠的拉伸強度和約170MPa或更高的足夠的屈服強度。當 Mg2Si顆粒的尺寸小于約10 μ m時，合金可能具有與如在圖1中示出的相關技術中的偽二元 系工藝結構類似的結構。特別地，通過減小除了 Mg之外的其他合金元素的比率并且增加主 要基于初晶鋁樹脂的微觀結構，從而最大化伸長率，可以將本發明的合金與傳統的合金區 別開。
[0026] 在下文中，將描述限制根據本發明示例性實施方式的用于壓鑄車輛部件的合金的 組合物的數值的理由。
[0027] 如在本文中使用的，鎂（Mg)可以是實現改善的強度、改善的耐腐蝕性、以及減小 的密度性能的最重要的元素之一。Mg的量可以是約8. Owt%至10. 5wt%。當添加小于約 8. Owt%的Mg時，可能不足以產生一定量的Al-Mg-Cu基金屬間化合物，因此，可能不能獲 得當添加 Si時期望量的Al-Mg-Cu基金屬間化合物。因此，可能降低實現改善的強度、改 善的耐腐蝕性能的金屬間化合物的量，因此，可能不能獲得期望的物理性能。當以大于約 10. 5wt%的量添加 Mg時，可能發生Al-Mg-Cu基金屬間化合物的熱裂紋的粗化和生長，因 此，可能劣化可鑄性和機械物理性能。
[0028] 如在本文中使用的，硅（Si)可以是改善合金的可鑄性的成分，并且Si的量可以是 約1. 9wt%至3. 4wt%。當以小于約1. 9wt%的量添加 Si時，可能不能充分地改善可鑄性， 而當以大于約3. 4wt %的量添加 Si時，可能產生大量的Mg2Si顆粒代替作為主要強化顆粒 的Al-Mg-Cu基金屬間化合物，因此，可能降低耐腐蝕性和強度。
[0029] 而且，為了獲得顯著改善的強度和耐腐蝕性能，可以將Mg與Si的重量比（Mg/Si) 調整在約3.1至4. 3的范圍內。當Mg/Si的比率小于約3.1時，可能粗化Si的尺寸。當 Mg/Si的比率大于約4. 3時，可能不能產生Mg2Si顆粒。
[0030] 如在本文中使用的，銅（Cu)可以與Mg -起形成作為強化相的Al-Mg-Cu基金屬間 化合物。當以小于約0. 4wt %的量添加 Cu時，強化效果可能不充分，而當以大于約2. Owt % 的量添加 Cu時，可能產生從A1基體引起電化腐蝕的金屬間化合物，因此，可能降低耐腐蝕 性。
[0031] 如在本文中使用的，可以添加錳（Μη)以減少可能在壓鑄過程中發生的模具焊接 (die soldering)的問題。當以小于約0.3wt%的量添加 Μη時，焊接降低效果可能不充分， 而當以大于約lwt %的量添加 Μη時，可能產生具有粗大的棒狀的金屬間化合物，因此，可能 降低強度。
[0032] 如在本文中使用的，鈹（Be)可以是當熔融包括大量的Mg的合金時通過抑制表面 氧化而防止在產品中產生氧化物夾雜的有限元素 （finite element)。根據壓鑄工藝條件， 可以以最大約50ppm添加 Be。
[0033] 根據本發明的示例性實施方式，還提供了制造用于壓鑄車輛部件的合金的方法。 用于壓鑄車輛部件的合金可以具有以上描述的組合物（組成）。因此，可以防止由于當制備 用于典型的壓鑄產品的合金（ADC10/12)時可能發生的可鑄性降低引起的填充缺陷問題和 由于熱裂紋和縮孔的出現引起的鑄造缺陷問題。特別地，根據本發明示例性實施方式的制 造用于壓鑄車輛部件的合金的方法可以采用諸如熔融金屬溫度、注射速度、冷卻時間等的 鑄造工藝條件，并且可以將這種工藝條件與傳統的壓鑄工藝條件區分開以防止熱裂、未填 充、收縮缺陷等，從而提供批量生產。因此，可以防止在傳統的壓鑄部件過程中引起的這種 問題（例如，耐久性缺乏和白銹），并且可以獲得減重效果。
[0034] 在制造用于壓鑄車輛部件的合金的示例性方法中，與ADC10/12合金相比，由于流 動性降低，所以可以將熔融金屬溫度升高到至少約670°C或更高的溫度。而且，由于與其他 元素的含量相比，Mg的含量相對較高，所以可以將熔融金屬溫度限制到最高約730°C的溫 度從而防止熔融金屬氧化的問題。
[0035] 而且，由于與ADC10/12合金的糊狀區（mushy zone)相比，根據本發明示例性實 施方式的合金可以具有較大的糊狀區，所以可以減少填充時間。因此，高注射速度可以是 至少約3. Om/s或更高，并且可以將開關位置限制到最大為套筒長度（sleeve length)的 8/10點。如在表1中示出的，當每個實施例中的Mg的含量變化時，示出了每個實施例中 Al-Mg-Cu基金屬間化合物的產生量。此外，比較了 Al-Mg-Cu基金屬間化合物的產生量對于 改善Al-Mg-Si基合金中的強度和耐腐蝕性能的影響。
[0036] [表 1]
[0037]
[0038] 如在表1中示出的，當以約8. Owt%或更大的量添加 Mg時，產生足夠量的金屬間化 合物。金屬間化合物的量與Mg的含量成比例地增加，但當以大于約10. 5wt%添加 Mg時，出 現熱裂紋，因此，很可能增加鑄造工藝過程中的次品率。
[0039] 當改變Al-10Mg_3Si基合金中的Cu含量時測試合金的機械特性以確認 Al-Mg-Si-Cu基合金的強度性能的改善。在以下表2中示出了結果。
[0040] [表 2]
[0041 ]
[0042] 如在表2中示出的，當Cu的含量增大時，改善了 Al-Mg-Si基合金的機械性能。
[0043] 為了獲得300MPa或更高的目標改善強度，可以理解的是，可以以大于約0.4wt% 的量添加 Cu。類似于Mg，Cu具有與Cu含量的增加成比例的改善的機械特性，但是當以大 于約2. Owt%的量添加 Cu時，由于電化腐蝕所以耐腐蝕性降低，因此，需要限制Cu的量。
[0044] 圖3示出了其中由于熔融金屬高注射速度的變化可能出現熱裂紋的示例性壓鑄 車輛部件。如在圖3中示出的，作為實驗的結果，當使用滿足根據本發明示例性實施方式 的合金的組合物（組成）的相同熔融金屬但高注射速度不同時，例如，當高注射速度是約 2. 4m/s、約2. 6m/s、以及約2. 8m/s時，出現熱裂紋。同時，當高注射速度是約3. Om/s時熱裂 紋消失，因此，可以獲得改善的產品質量。
[0045] 圖4示出了熔融熔化物的流動性評價試驗的結果。作為使用滿足根據本發明示例 性實施方式的合金的組合物的相同熔融金屬的實驗結果，熔融金屬可以確保在約670°C或 更高的溫度下足夠的流動性。
[0046] 如以上描述的，按照根據本發明的用于壓鑄車輛部件的合金及其制造方法，與傳 統的合金相比，可以增加耐久性大于40%，并且通過開發將高強度、高耐腐蝕性的新型鋁合 金應用于其的壓鑄車輛部件，可以防止在各種鋁部件中出現的白銹。而且，通過減小密度以 減少重量，相同形狀的部件的重量可以減少約7%，并且可以降低鋁壓鑄車輛部件的成本， 同時可以改善鋁壓鑄車輛部件的耐久性。
[0047] 本領域技術人員將理解的是，在沒有改變技術構思或必要特征的情況下，可以以 其他具體形式實踐本發明。因此，應當理解的是，上述實施方式并非限制性的，但在所有方 面是示例性的。應當說明的是，由所附權利要求而非上述詳細說明限定本發明的范圍，并且 從權利要求的含義、范圍及等同物推導的所有修改或改變均包括在本發明的范圍內。
【主權項】
1. 一種用于壓鑄車輛部件的合金，包括： 作為主要成分的鋁A1 ; 基于合金組合物的總重量的8. Owt %至10. 5wt %的量的鎂Mg ; 基于合金組合物的總重量的1. 9wt%至3. 4wt%的量的硅Si ; 基于合金組合物的總重量的〇. 4wt%至2. Owt%的量的銅Cu ; 基于合金組合物的總重量的〇. 3wt%至1. Owt%的量的猛Μη ; 最大50ppm的鈹Be ;以及 其他必要的雜質， 其中，Mg與Si的重量比Mg/Si范圍從3. 1至4. 3。2. 根據權利要求1所述的合金，其中，Al-Mg-Cu基金屬間化合物的產生量等于或大于 7. 0%〇3. 根據權利要求1所述的合金，其中，拉伸強度等于或大于300MPa并且屈服強度等于 或大于170MPa。4. 根據權利要求1所述的合金，其中，將作為主要強化相的Al-Mg-Cu基金屬間化合物 連同Mg2Si顆粒一起分散地分布在鋁基體中。5. 根據權利要求4所述的合金，其中，所述Mg 2Si顆粒的尺寸為10 μ m至30 μ m。6. 根據權利要求1所述的合金，基本上由以下組成： 作為主要成分的鋁A1 ; 基于合金組合物的總重量的8. Owt %至10. 5wt %的量的鎂Mg ; 基于合金組合物的總重量的1. 9wt%至3. 4wt%的量的硅Si ; 基于合金組合物的總重量的〇. 4wt%至2. Owt%的量的銅Cu ; 基于合金組合物的總重量的〇. 3wt%至1. Owt%的量的猛Μη ;以及 最大50ppm的鈹Be。7. -種制造用于壓鑄車輛部件的合金的方法，其中，所述合金包括：作為主要成分的 錯A1 ;基于合金組合物的總重量的8. Owt%至10. 5wt%的量的鎂Mg ;基于合金組合物的總 重量的1. 9wt%至3. 4wt%的量的娃Si ;基于合金組合物的總重量的0. 4wt%至2. Owt%的 量的銅Cu ;基于合金組合物的總重量的0. 3wt%至1. Owt%的量的猛Μη ;以最大50ppm的鈹 Be ;和其他必要的雜質，以及將Mg/Si范圍從3. 1至4. 3的熔融金屬加熱至670°C至730°C 的溫度并且以3. 0m/s或更高的速度注射到模具中。8. -種包括根據權利要求1所述的合金的壓鑄車輛部件。
【文檔編號】C22C21/08GK105986154SQ201510094678
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年3月3日
【發明人】姜熙三
【申請人】現代自動車株式會社