專利名稱：船用的鑄造鋁材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄造鋁材，其用于通常要求具有抗海水腐蝕和機(jī)械強(qiáng)度的船用設(shè)備上，特別是用于船的推進(jìn)器的內(nèi)外邊緣和噴水式渦輪機(jī)以及船底部的其它構(gòu)件。
該技術(shù)最近的趨勢是降低船上設(shè)備的重量，因而將使用大量的鑄造鋁材料。有些鑄造鋁材料在JIS H-5302(1990)中定義為“鑄造鋁合金”，其中包括ADC1(Cu最高1．0％重量)、ADC3(Cu最高0．6％重量)、ADC5(Cu最高0．2％重量)、ADC6(Cu最高0．1％重量)、ADC10，10Z(Cu2～4％重量)、ADC12，12Z(Cu1．5～3．5％重量)和ADC14(Cu4～5％重量)。
在這樣的鑄造鋁材料中Cu組分是產(chǎn)生銹蝕的主要原因。因此，船用鑄造鋁材料的Cu含量必須最高在0．6％重量，以便于使其抗海水腐蝕。ADC3(Cu最高0．6％重量)、ADC5(Cu最高0．2％重量)和ADC6(Cu最高0．1％重量)都能滿足這一要求。
在另一方面，這樣的鑄造材料熔融的流動性是順利鑄造的另一重要因素。其熔融的流動性基本上是由其Si的組分所決定。在這一方面，將討論這三種材料ADC3(Si9～10％重量)、ADC5(Si最高0．3％重量)、ADC6(Si最高1．0％重量)。它們的流動性依次為ADC5＜ADC6＜ADC3。即ADC5和ADC6的熔融的流動性并不高。
ADC3具有好的流動性和好的抗腐蝕性，但其機(jī)械強(qiáng)度比ADC12的要低。
本發(fā)明考慮了上述因素并已完成，本發(fā)明的目的是提供一種新型鑄造鋁材料以滿足對流動性、抗腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度的要求。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種船用的鑄造鋁材料，基本由下列成分組成0．15％或更低重量的Cu(銅)、10．0～11．5％重量的Si(硅)、1．0～2．5％重量的Mg(鎂)、0．15％或更低重量的Zn(鋅)、0．7～0．9％重量的Fe(鐵)、0．4～0．6％重量的Mn(錳)、0．1％或更低重量的Ni(鎳)和0．1％或更低重量的Sn(錫)以及剩余量為Al(鋁)。
Cu含量大于0．6％重量的含Cu鋁合金能被海水嚴(yán)重腐蝕。因此，考慮其抗海水腐蝕，本發(fā)明的鑄造鋁材料的含銅量必須限制在最高0．6％重量。在銅含量不大于0．15％重量的情況下，材料能提供更好的抗腐蝕性。因此材料的含銅量優(yōu)選為最高0．15％重量。
在鑄造中為了獲得更好的流動性，優(yōu)選更高含量的Si。為了提供與據(jù)說具有好的流動性的ADC3(Si9～10％重量)一樣的或更好的流動性，本發(fā)明材料的Si含量限制在至少為10％重量。但是，假如含量高于11．5％重量，太多含量的Si將使材料出現(xiàn)初晶硅從而使材料變脆和使強(qiáng)度下降。因此材料中Si的含量希望在10．0～11．5％重量之間。
ADC3的抗拉強(qiáng)度為245N／mm2。本發(fā)明材料的抗拉強(qiáng)度希望不低于ADC3的抗拉強(qiáng)度。含有至少1．0％重量的Mg的材料當(dāng)其在水中淬火后，其抗拉強(qiáng)度至少為245N／mm2，并且這是好的。但是假如Mg的含量超過2．5％重量，由于太多數(shù)量的Mg將增加熔融鋁(熔化鋁)的粘度，從而使熔融鋁的流動性降低，這是所不希望的。據(jù)此，本發(fā)明的材料的Mg含量希望落在1．0～2．5％重量之間。
優(yōu)選在材料中不含有Zn，因為它降低Al的抗腐蝕性。但是，在材料中即使有少量的Zn可以改善材料的加工性能，并且因此也將降低材料的生產(chǎn)成本。據(jù)此，材料中可以含有最高0．15％重量的Zn。
含量少于0．7％重量的Fe的熔融鋁在鑄造中會粘附在鑄模的表面，并且由于其對鑄模具有負(fù)面影響從而使鑄造不能順利而連續(xù)地進(jìn)行。含鐵量大于0．9％重量的鋁合金是脆性的，并且其機(jī)械強(qiáng)度也較差。據(jù)此，本發(fā)明的材料的Fe含量希望落在0．7～0．9％重量之間。
在材料中加入Mn能有效地防止Fe對材料的負(fù)面影響，由于Mn在材料中形成片狀的金屬間化合物(Al-Mn(Fe)-Si)。金屬間化合物阻止了Fe對材料的負(fù)面影響，從而防止了材料的韌性和沖擊抗力的下降。假如Mn的含量低于0．4％重量，會沒有作用；但是假如Mn的含量高于0．6％重量，太多數(shù)量的Mn將晶體化而降低材料的機(jī)械性能。據(jù)此，本發(fā)明的材料的Mn含量希望落在0．4～0．6％重量之間。
優(yōu)選在材料中不含有Ni，因為它顯著降低Al的抗腐蝕性。但是，在材料中Ni含量降低太多而使材料的生產(chǎn)成本增加是不可取的。在平衡考慮材料的抗腐蝕性和生產(chǎn)成本后，材料的Ni含量希望為最高0．1％重量。
優(yōu)選在材料中也不含有Sn，因為它嚴(yán)重降低Al的抗腐蝕性。但是，在材料中Sn含量降低太多而使材料的生產(chǎn)成本增加也是不可取的。在平衡考慮材料的抗腐蝕性和生產(chǎn)成本后，材料的Sn含量希望為最高0．1％重量。
下面參考附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的某些優(yōu)選的實施方案(僅是舉例性的)，附圖包括

圖1是不同含Cu量的鋁合金的海水腐蝕變化曲線；圖2是本發(fā)明的船用鑄造鋁材料的抗拉強(qiáng)度與Mg含量的關(guān)系曲線；圖3是應(yīng)用了本發(fā)明材料的船用外部推進(jìn)器的透視圖。
下面敘述的實際上僅僅是示例性的，并不對本發(fā)明以及它的應(yīng)用或用途有任何的限制。
在圖1的曲線中，水平軸表示鋁合金的Cu含量(重量％)，而垂直軸表示合金腐蝕的寬度(mm)。在Cu含量大于0．6％重量的情況下，腐蝕寬度劇增。因此，鋁合金的Cu含量必須最高為0．6％重量。在Cu含量不大于0．15％重量的情況下，腐蝕寬度能大幅度降低。為了獲得好的抗海水腐蝕性，鋁合金的Cu含量必須最高為0．6％重量。為了更好的抗海水腐蝕性，優(yōu)選較高的Cu含量。因此在本發(fā)明中，材料的Cu含量限制在最高0．15％重量。
但是材料中含有這樣少的Cu不能很好地增加其強(qiáng)度。因此為了補(bǔ)償其強(qiáng)度，將一定數(shù)量的Mg加入到材料中。
圖2所示是本發(fā)明的船用鑄造鋁材料的抗拉強(qiáng)度和其所含Mg數(shù)量之間的關(guān)系曲線。在這里，水平軸表示材料的Mg含量(％重量)；垂直軸表示材料的抗拉強(qiáng)度(N／mm2)。從這里可以看出，材料的抗拉強(qiáng)度隨著其Mg含量的增加而增加。
對抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了大量試樣的試樣并且所獲得的數(shù)據(jù)落在一個區(qū)間里。因此在圖2的曲線中，試樣的抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)給出的不是一條直線而是一個覆蓋所有數(shù)據(jù)的一個區(qū)域。
有些試樣在710℃時就熔融了并在此時鑄造，并且將鑄造試樣在380℃脫模并在空氣中冷卻。然后對這些試樣進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗，并且其數(shù)據(jù)落在“空冷試樣”區(qū)。其它的是在710℃下熔融并鑄造，并且鑄造試樣在380℃脫模并在80℃的水中進(jìn)行淬火。然后對這些試樣進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗，并且其數(shù)據(jù)落在“水中淬火試樣”區(qū)。這里使用的水中淬火方法與鋼的淬火是一致的；以及空冷的方法與鋼的正火是一致的。
ADC3的抗拉強(qiáng)度是245N／mm2，并且本發(fā)明材料的抗拉強(qiáng)度希望是至少與ADC3的相等或更高?？梢园l(fā)現(xiàn)，材料中至少含有1．0％重量的Mg時，當(dāng)其進(jìn)行水淬時，其抗拉強(qiáng)度滿足至少為245N／mm2。但是假如Mg含量高于2．5％重量時，由于太多數(shù)量的Mg將使熔融的鋁(鋁熔體)的粘度增加，從而使鋁熔體的流動性下降，這是所不希望的。據(jù)此，本發(fā)明的材料的Mg含量規(guī)定落在1．0～2．5％重量之間。
圖3是船用外部推進(jìn)器的透視圖，本發(fā)明的材料就應(yīng)用于此。在圖3中外部推進(jìn)器10包括如所示組裝的一個齒輪箱11、一個外延箱12、底蓋13和引擎蓋15。可旋轉(zhuǎn)的螺旋槳16通過引擎垂直軸和被引擎蓋15所覆蓋的齒輪組(全部沒有示意出)而連接在其上。在外部推進(jìn)器10中，齒輪箱11和外延箱12是放置在海水中，它們是由本發(fā)明的船用鑄造鋁材料制成的。外部推進(jìn)器10是通過固定支架17固定在船尾(沒有示意出)上，其中齒輪箱11和外延箱12專門涂覆了油漆。
在上述方法中，本發(fā)明的船用鑄造鋁材料可以滿足船用設(shè)備一般要求的具有抗海水腐蝕性能和機(jī)械強(qiáng)度，特別是可以用于船用外部和內(nèi)部推進(jìn)器、噴水泵和構(gòu)成船底部的其它部件。
實施例表1所示是本發(fā)明實施例和比較實施例所含的組分。
表1
實施例是本發(fā)明的船用鑄造鋁材料，其中含有最高0．15％重量的Cu、10．0～11．5％重量的Si、1．0～2．5％重量的Mg、最高0．15％重量的Zn、0．7～0．9％重量的Fe、0．4～0．6％重量的Mn、最高0．1％重量的Ni和最高0．1％重量的Sn、余量為Al。
比較實施例是JISH-5302(1990)所規(guī)定的ADC3“鑄造鋁合金”。
實際上，比較實施例的Cu含量為最高0．6％重量，而實施例的Cu含量為0．15％重量。后者比前者最高降低了1／4。比較實施例的Mg含量為0．4～0．6％重量，而實施例的則為1．0～2．5％重量。后者比前者增加了最高2～4倍。
在下面的表2中，比較了本發(fā)明材料和ADC3的機(jī)械性能。
表2
比較實施例(ADC3)是一種常用的鑄造鋁合金，其抗拉強(qiáng)度為245N／mm2、屈服強(qiáng)度為119N／mm2以及延伸率為6．1％；而本發(fā)明實施例的抗拉強(qiáng)度為289N／mm2、屈服強(qiáng)度為132N／mm2以及延伸率為7％。據(jù)此，本發(fā)明實施例的所有機(jī)械性能都比比較實施例的要好。
考慮兩者的抗腐蝕性，如上面表1所示，比較實施例的含Cu量為最高0．6％重量，而本發(fā)明實施例的含Cu量為最高0．15％重量。降低材料的含Cu量可以增加其抗腐蝕性，并且很明顯本發(fā)明實施例的抗腐蝕性要大大好于比較實施例。
考慮兩者的流動性，如上面表1所示，比較實施例的含Si量為9．0～10．0％重量，而本發(fā)明實施例的含Si量為10．0～11．5％重量。增加材料中的Si含量可改善其流動性，并且很明顯本發(fā)明實施例的流動性至少與比較實施例的相當(dāng)或更好。
因此，本發(fā)明的船用鑄造鋁材料對于模鑄具有足夠好的流動性，對于海水具有好的抗腐蝕性，以及用于船用設(shè)備具有足夠好的機(jī)械性能，并且其性能都是好的和滿意的。
用本發(fā)明的材料制成的產(chǎn)品當(dāng)其被涂覆油漆并進(jìn)行烤干，其硬度能進(jìn)一步增加。
如上所述，由于本發(fā)明的船用鑄造鋁材料其含Cu量(引起腐蝕的一個因素)降低到最高0．15％重量，因此其對海水具有好的抗腐蝕性；由于其含Si量(增加鑄造流動性的一個因素)增加到10．0～11．5％重量而使其具有好的流動性；由于其含Mg量(一個增加其機(jī)械強(qiáng)度的因素)增加到0．04～0．6％重量，而使其具有好的機(jī)械強(qiáng)度。因此本發(fā)明的產(chǎn)品適合于船用鑄造鋁材料所要求的具有高流動性、好的抗腐蝕性和高的機(jī)械強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1．一種船用的鑄造鋁材料，其基本由下列成份組成0．15％重量或更低的Cu、10．0～11．5％重量的Si、1．0～2．5％重量的Mg、0．15％重量或更低的Zn、0．7～0．9％重量的Fe、0．4～0．6％重量的Mn、0．1％重量更低的Ni、0．1％重量或更低的Sn和余量為Al。
全文摘要
公開了一種新型的具有所有好的性能(高的流動性、好的抗腐蝕性和高的機(jī)械強(qiáng)度)的鑄造鋁材料。由于其含Mg量(一個增加機(jī)械強(qiáng)度的因素)增加到0.4～0.6%重量,所以材料具有好的機(jī)械性能。由于其含Cu量(引起腐蝕的一個因素)降低到最高0.15%重量,因此其對海水具有好的抗腐蝕性。由于其含Si量(增加鑄造流動性的一個因素)增加到10.0～11.5%重量而使材料具有好的流動性。
文檔編號B22D21/00GK1290761SQ0013313
公開日2001年4月11日 申請日期2000年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月3日
發(fā)明者高崎憲政, 村田裕之, 松田佳之, 石坂信啟 申請人:本田技研工業(yè)株式會社