專(zhuān)利名稱(chēng)：熱處理工藝和壓鑄鋁合金部件的制作方法
熱處理工藝和壓鑄鋁合金部件本發(fā)明要求保護(hù)在2009年4月2日提交的法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)0952133的優(yōu)選權(quán)，所述專(zhuān)利申請(qǐng)的內(nèi)容(文本和權(quán)利要求書(shū))作為參考在此合并。本發(fā)明涉及壓鑄鋁合金部件的熱處理工藝。本發(fā)明此外還涉及經(jīng)壓鑄接著經(jīng)熱處理的鋁合金部件，以及包含經(jīng)處理的此等部件的車(chē)輛。由于部件的質(zhì)量的問(wèn)題，例如在汽車(chē)領(lǐng)域中，鋁合金部件優(yōu)選于鋼或鑄鐵的部件。此外，由于制造成本、整體生產(chǎn)和大小精確性的原因，鋁合金部件通常通過(guò)模壓(moulagesous-pression)來(lái)獲得。然而，這類(lèi)招合金部件不具有與鋼或鑄鐵可相比的機(jī)械特性。這些機(jī)械特性的差異妨礙了用壓鑄鋁合金部件取代所有鋼或鑄鐵的部件。文獻(xiàn)W0-A-2006/066314描述了壓鑄鋁合金部件的熱處理工藝。由于鑄造工藝，這些部件容易具有內(nèi)部缺陷，其中包含氣體。在常規(guī)的淬火熱處理過(guò)程中，這些缺陷可能形成氣孔。在文獻(xiàn)W0-A-2006/066314中所描述的熱工藝包括一個(gè)少于30分鐘時(shí)間的固溶處理 (mise en solution)步驟。然而,這樣的工藝并不能使任何壓鑄招合金部件在機(jī)械特性方面獲益。因此，存在對(duì)于這樣的工藝的需要，其使得能夠獲得具有與鋼或鑄鐵接近的機(jī)械特性的壓鑄鋁合金部件。為此，本發(fā)明提出壓鑄鋁合金部件的熱處理工藝，其包括將所述部件在事先預(yù)熱至所述合金的固液相曲線以下的溫度的爐中進(jìn)行固溶處理的步驟；所述部件的淬火步驟和經(jīng)淬火的部件的回火步驟；其特征在于，在固溶處理步驟中，將所述部件在等溫溫度下保持至少10分鐘時(shí)間。本發(fā)明能夠使所獲得的鋁合金部件的機(jī)械特性接近于其他材料例如鋼或鑄鐵的機(jī)械特性。在一個(gè)實(shí)施方案中，在固溶處理步驟中所使用的爐具有大于300W. nr2, r1，優(yōu)選地在500-1800W. m_2. IT1之間，和更特別地在500-700W. m_2. IT1之間的熱傳遞系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，在固溶處理步驟中所使用的爐是選自流化床爐、鹽浴爐、鉛浴爐和油浴爐的爐。在一個(gè)實(shí)施方案中，固溶處理步驟具有少于45分鐘，優(yōu)選地少于30分鐘的持續(xù)時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施方案中，在固溶處理步驟中所使用的爐具有在合金固液相曲線之下在200C _150°C之間的溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，部件的淬火步驟由合金的固溶處理溫度在0°C -100°C之間的溫度下進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，經(jīng)淬火的部件的回火步驟在130°C -200°C之間的溫度下進(jìn)行數(shù)小時(shí)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述部件是鋁合金的，優(yōu)選為AlSi9Cu3Mg(Fe) (Zn)類(lèi)型的鋁
I=I -Wl o本發(fā)明的目標(biāo)還在于通過(guò)模壓獲得的鋁合金部件，其特征在于，隨后通過(guò)上面說(shuō)明特性的熱處理工藝對(duì)它進(jìn)行熱處理。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述部件具有大于500g，優(yōu)選地在500g_15kg之間的質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述部件選自包括具有鐵嵌件的殼的組中，例如曲軸軸承的
草冗。 最后，本發(fā)明的目的在于提供包含至少一個(gè)這樣的鋁合金部件的車(chē)輛。本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)將隨著閱讀僅作為例子給出的、本發(fā)明實(shí)施方案的如下詳述的描述而出現(xiàn)。本發(fā)明提供壓鑄鋁合金部件的熱處理工藝。該熱處理工藝首先包括將部件在爐中進(jìn)行固溶處理的步驟。將固溶處理爐保持在低于合金的固液相曲線之下的溫度。在這種情況下，將部件保持在等溫溫度下至少10分鐘時(shí)間。然后，接著固溶處理步驟是部件的淬火步驟。并且接著部件的淬火步驟是部件的回火步驟。該熱處理步驟能夠使所獲得的鋁合金部件的機(jī)械特性接近于其他材料例如鋼或鑄鐵的機(jī)械特性。在這種情況下，這些按照本發(fā)明處理的鋁合金部件取代了傳統(tǒng)上鋼或鑄鐵的部件。鋼或鑄鐵部件的取代允許重量方面的獲益，同時(shí)確保同等的機(jī)械特性。當(dāng)將這類(lèi)部件裝上車(chē)輛或這類(lèi)部件構(gòu)成車(chē)輛時(shí)，該質(zhì)量方面的獲益是特別有用的。該工藝此外使得能夠取代在已經(jīng)用鋁合金制造但不足夠堅(jiān)固的部件中鐵嵌件的存在。在這種情況下，用按照該工藝進(jìn)行熱處理的鋁合金部件整個(gè)地取代此類(lèi)部件。用整個(gè)鋁合金的部件取代具有嵌件的部件使得能夠減少這些部件的重量。該工藝為以鋁合金制造的部件而提出。有利地，鋁合金部件取代輕巧物件中的鐵合金部件。此外該工藝為壓鑄部件而提出。對(duì)于具有良好大小精確性的部件的大量和低成本的生產(chǎn)而言，模壓是一種優(yōu)選的工藝。該熱處理工藝包括固溶處理步驟。該固溶處理步驟在低于合金固液相曲線的溫度下在爐中進(jìn)行。低于合金固液相曲線的固溶處理溫度使得能夠避免熱處理過(guò)程中部件的熔化。通過(guò)模壓獲得的部件在其鑄造的未加工狀態(tài)中可以具有缺陷。在常規(guī)的淬火熱處理的背景下，固溶處理步驟此外導(dǎo)致澆鑄部件的合金元素的固體固溶處理(mise en solution solide)。該固體固溶處理使得能夠例如溶解組成招合金的各種添加元素。該部件應(yīng)在固溶處理爐中留放獲得所期望的鋁合金結(jié)構(gòu)和均勻化所必需的時(shí)間。該等溫保持時(shí)間導(dǎo)致部件的均勻熱結(jié)構(gòu)(configuration thermique)。部件的該均勻熱結(jié)構(gòu)使得部件合金的機(jī)械特性的統(tǒng)一改善成為可能。合金的該機(jī)械特性的統(tǒng)一性導(dǎo)致部件機(jī)械特性的全面改善。接著固溶處理步驟是部件的淬火步驟。該淬火是部件的突然冷卻。如此的突然冷卻能夠使在固溶處理過(guò)程中所獲得的特殊結(jié)構(gòu)固定。固溶處理與淬火的組合使得能夠最終賦予鋁合金部件以特殊的結(jié)構(gòu)。如此的組合使得能夠例如將在添加元素方面過(guò)飽和的鋁合金固體溶液保持在環(huán)境溫度下。如此的過(guò)飽和溶液在環(huán)境溫度下通常是亞穩(wěn)定的。所獲得的該特殊結(jié)構(gòu)充當(dāng)另一個(gè)熱處理步驟的基本態(tài)。
該熱處理工藝最后包括成熟步驟或回火步驟。未加工的淬火鋁合金部件具有差的機(jī)械特性?；鼗鸩襟E使得能夠獲得該部件機(jī)械特性的改善?；鼗鸩襟E可以在環(huán)境溫度下進(jìn)行(成熟)?；鼗鸩襟E還可以按照T6類(lèi)型的熱處理來(lái)進(jìn)行，即回火使得能夠獲得最佳的機(jī)械特性。鋁合金部件的模壓導(dǎo)致部件內(nèi)部缺陷的形成。在這些缺陷中有可能包括空氣類(lèi)型的氣體包含體或涂料層的分解殘留物。在應(yīng)用常規(guī)的鋁合金淬火熱處理中，存在于這些包含體中的氣體可以膨脹。在這種情況下，氣體的膨脹可以導(dǎo)致由于氣泡形成所致的部件外壁的變形。例如從400°C的溫度開(kāi)始，某些鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度可以是足夠弱的，不再妨礙氣泡的形成。如前面所描述的所有熱處理工藝步驟，其組合限制了由于壓鑄部件中氣體存在所導(dǎo)致的氣泡形成。這些氣泡對(duì)澆鑄部件的尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械特性具有有害的影響。此類(lèi)氣泡的出現(xiàn)因此妨礙了通常由部件的熱處理所賦予的機(jī)械特性的改善。該熱處理工藝使得能夠最終全面地改善壓鑄鋁合金部件的機(jī)械特性。特別地，該工藝允許機(jī)械特性例如抗斷裂強(qiáng)度、彈性強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)的改善達(dá) 0. 2%。更特別地，該工藝允許100%量級(jí)的彈性強(qiáng)度的改善達(dá)0. 2%。優(yōu)選地，固溶處理步驟在具有比常規(guī)的空氣爐具有更好的熱傳遞系數(shù)的爐中進(jìn)行。因此，優(yōu)選使用其熱傳遞系數(shù)高于300W. m_2. IT1的爐。具有高于300W. m_2. IT1的熱傳遞系數(shù)的爐的使用允許在固溶處理階段中部件的更快的溫度上升，從該階段具有低的氣泡形成危險(xiǎn)。這樣的更快溫度上升導(dǎo)致在固溶處理步驟過(guò)程中裝爐的總時(shí)間減少。在這種情況下，該固溶處理步驟變得更短，而同時(shí)讓部件的等溫保持時(shí)間大于10分鐘。最小等溫保持時(shí)間的保持使得能夠確保機(jī)械特性的改善。進(jìn)一步優(yōu)選的是，使用具有在500-1800W. m_2. IT1之間的熱傳遞系數(shù)的固溶處理爐。如此爐的使用允許在固溶處理過(guò)程中部件的更加快的溫度上升。最后，優(yōu)選使用具有在500-700W. m_2. IT1之間的熱傳遞系數(shù)的爐。如此的特殊爐是例如流化床爐。在固溶處理步驟中使用預(yù)熱至所期望的固溶處理溫度的爐。固溶處理的時(shí)間是部件在固溶處理爐中裝爐的總時(shí)間。優(yōu)選地，固溶處理步驟的時(shí)間少于45分鐘。固溶處理步驟時(shí)間的如此限制使得能夠避免包含在壓鑄部件包含體中的氣體的膨脹。因此，固溶處理步驟的時(shí)間限制防止了氣泡的形成，所述氣泡使壓鑄鋁合金部件的機(jī)械特性降低。固溶處理步驟可以減少至30分鐘。該步驟時(shí)間的如此減少使得能夠?qū)哂胁缓玫膬?nèi)部健全度的壓鑄部件，即具有更大數(shù)目的包含氣體的缺陷的部件，進(jìn)行熱處理。因此，對(duì)于這些在熱處理過(guò)程中具有更大氣泡形成危險(xiǎn)的部件預(yù)備更短的固溶處理時(shí)間，是有用的。固溶處理步驟的實(shí)施溫度優(yōu)選地在合金固液相曲線之下在20°C _150°C之間。在合金固液相曲線之下高于150°C的固溶處理溫度允許部件的機(jī)械特性的改善和良好的均勻度。如此的固溶處理溫度此外使得能夠用相對(duì)短的固溶處理步驟時(shí)間獲得機(jī)械特性的改善和/或所期望的均勻度。在合金固液相曲線之下低于20°C的溫度的固溶處理溫度，使得能夠避免在合金水平上燒傷的形成。這是因?yàn)?，如果固溶處理溫度過(guò)于接近固液相曲線，那么合金可以達(dá)到合金組成成分之一的部分熔化溫度。這些燒傷改變合金以及因此以這樣的合金制造的部件的機(jī)械特性。合金固溶處理溫度的如此限制此外使得能夠避免由于部件中所存在氣體的更大膨脹所導(dǎo)致的氣泡過(guò)快形成。淬火步驟可以借助于淬火液體來(lái)實(shí)現(xiàn)。淬火步驟優(yōu)選地由合金的固溶處理溫度在0°C -100°C之間的溫度下實(shí)施。在0°C -100°C之間的溫度下的淬火允許在固溶處理過(guò)程中所獲得的結(jié)構(gòu)的更好固定。0 °C -100°C之間的淬火溫度的使用此外允許水作為淬火液體的使用。水的使用優(yōu)先于淬火液體例如油或加合水(eau additivee) 這是因?yàn)?水作為淬火液體的使用導(dǎo)致淬火步驟的成本的改善。隨后，水作為淬火液體的使用還允許更好地遵守環(huán)境約束。淬火部件的回火步驟優(yōu)選地在130°C-200°C之間的溫度下進(jìn)行。該回火溫度間隔允許比在環(huán)境溫度下進(jìn)行的成熟更快的合金機(jī)械特性改善。此外，將該溫度間隔限制至200°C，從而使得能夠避免包含在合金中的氣體的過(guò)大膨脹。歸根結(jié)底，該溫度間隔的使用允許充分的機(jī)械特性改善，而沒(méi)有在回火的部件上看見(jiàn)出現(xiàn)氣泡的危險(xiǎn)。 優(yōu)選地，鋁合金是鋁硅家族的合金。鋁硅家族的鋁合金特別地具有在熱處理過(guò)程中起泡的問(wèn)題。這是因?yàn)?，硅的存在在熱處理過(guò)程中誘使特別快速的球化。硅顆粒的該快速球化妨礙了常規(guī)的鋁合金熱處理的使用。前面所描述的熱處理工藝因此特別地適合于鋁硅家族的鋁合金部件。該熱處理工藝的使用此外對(duì)于AlSi9Cu3Mg(Fe) (Zn)類(lèi)型的鋁合金是特別有利的。這是因?yàn)榇祟?lèi)合金是具有良好內(nèi)部機(jī)械特性的合金。該類(lèi)型的合金此外是其制造成本經(jīng)濟(jì)的合金。隨后本發(fā)明提供按照前面所描述的熱處理工藝進(jìn)行熱處理的通過(guò)模壓而獲得的鋁合金部件。這些按照前面所描述的工藝進(jìn)行處理的部件的使用允許取代通常以鐵合金例如以鋼或鑄鐵制造的部件。此外，經(jīng)如此處理的所有壓鑄鋁合金部件享有機(jī)械特性提高的好處。因此，還可以局部地減少部件的厚度，而同時(shí)在結(jié)構(gòu)方面保留相同的強(qiáng)度。此外，在經(jīng)如此處理的鋁合金部件的減輕方面的獲益可以是數(shù)千克量級(jí)的。歸根結(jié)底，這些經(jīng)處理的部件允許接近于鐵材料的機(jī)械特性并有重量上的獲益。優(yōu)選地，所述部件將是大塊部件，即其質(zhì)量高于500g的部件。這是因?yàn)椋考酱?，在此?lèi)部件的設(shè)計(jì)過(guò)程中尋求贏得重量改進(jìn)就越有用。此外，前面所描述的工藝非常好地適合于大塊部件，因?yàn)樗_保至少10分鐘時(shí)間的部件的等溫保持。這些大塊部件具有比更輕的部件更大的最小厚度。這些更大的厚度在固溶處理階段中通常妨礙所有部件的等溫保持的獲得。因而，在將常規(guī)熱處理應(yīng)用于大塊部件時(shí)，難以獲得部件的該等溫保持。被處理的部件優(yōu)選地是具有低于15kg的質(zhì)量的部件，其允許使用已知的爐，而不是迫使這些特殊的爐適應(yīng)過(guò)大質(zhì)量和/或過(guò)大尺寸的部件。特別地，按照前面所描述的工藝進(jìn)行熱處理的部件是在機(jī)械加工中經(jīng)歷嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的部件。因而，按照前面提及的工藝進(jìn)行熱處理的部件具有足以允許經(jīng)濟(jì)加工的機(jī)械特性。更特別地，經(jīng)處理的部件是曲軸軸承罩殼類(lèi)型的部件，其靜力學(xué)尺寸和疲勞尺寸是特別經(jīng)研究的。由于輕便性的原因，這些部件可以主要以鋁合金來(lái)制造。然而，這些部件的某些部分經(jīng)歷應(yīng)力，以至于可以?xún)?yōu)選在這些位置增添鐵嵌件。因而，按照本發(fā)明進(jìn)行處理的鋁合金部件的使用使得能夠擺脫在該類(lèi)型的部件中使用鐵嵌件。因而，在制造時(shí)間和成本方面有利于這些部件的實(shí)施。特別地，曲軸軸承罩殼在運(yùn)轉(zhuǎn)方面具有危險(xiǎn)區(qū)，例如曲軸軸承區(qū)。因而，避免使用嵌入鑄件的燒結(jié)的鑄鐵或鋼的鐵嵌件，從而導(dǎo)致部件的重量和價(jià)格獲益。在曲軸軸承罩殼中取代了鐵嵌件的鋁合金的機(jī)械特性的增加對(duì)部件的其他機(jī)械應(yīng)力區(qū)也是有益的。最后，包含以壓鑄鋁合金制造的部件的車(chē)輛是其制造時(shí)間和成本都減少的車(chē)輛。 此外，這樣的車(chē)輛是更輕的并因此具有更經(jīng)濟(jì)的消耗。
權(quán)利要求
1.壓鑄鋁合金部件的熱處理工藝，所述エ藝包括將所述部件在事先預(yù)熱至合金固液相曲線以下的溫度的爐中進(jìn)行固溶處理的步驟；該部件的淬火步驟；和經(jīng)淬火的部件的回火步驟；其特征在于，在固溶處理步驟中，所述部件在等溫溫度下保持至少10分鐘的時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的熱處理工藝，其特征在于，在固溶處理步驟中使用的爐具有高于300W. nr2, r1，優(yōu)選地在500-1800W. nT2. IT1之間，和更特別地在500-700W. nT2. IT1之間的熱傳遞系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的熱處理工藝，其特征在于，在固溶處理中使用的爐是選自包括流化床爐、鹽浴爐、鉛浴爐和油浴爐的組中的爐。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3之一的熱處理工藝，其特征在于，所述固溶處理步驟具有少于45分鐘，優(yōu)選地少于30分鐘的持續(xù)時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一的熱處理工藝，其特征在于，所述在固溶處理中使用的爐在合金的固液相曲線之下在20°C _150°C之間的溫度下。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一的熱處理工藝，其特征在于，所述部件的淬火步驟由合金的固溶處理溫度在o°c -100°c下實(shí)施。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6之一的熱處理工藝，其特征在于，所述部件是鋁合金部件，優(yōu)選地是AlSi9Cu3Mg(Fe) (Zn)類(lèi)型的部件。
8.通過(guò)模壓獲得的鋁合金部件，其特征在干，隨后通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求I至7之一的熱處理工藝對(duì)其進(jìn)行熱處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的部件，其特征在于，該部件具有高于500g，優(yōu)選地在500g-15kg之間的質(zhì)量。
10.車(chē)輛，其特征在于，它包含至少ー個(gè)根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及壓鑄鋁合金部件的熱處理工藝，所述工藝包括將所述部件在事先預(yù)熱至合金的固液相曲線以下的溫度的爐中進(jìn)行固溶處理的步驟；所述部件的淬火步驟；和經(jīng)淬火的部件的回火步驟；固溶處理步驟，將所述部件在等溫溫度下保持至少10分鐘的時(shí)間，再加由于特殊爐的足夠快速的溫度上升，所述特殊爐具有比常規(guī)的空氣爐更高的熱交換系數(shù)。本發(fā)明可以使所獲得的鋁合金部件的機(jī)械特性接近于其他材料例如鋼或鑄鐵的機(jī)械特性。
文檔編號(hào)C22F1/043GK102803532SQ201080024704
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者S·戴維 申請(qǐng)人:標(biāo)致·雪鐵龍汽車(chē)公司