專(zhuān)利名稱(chēng)：析出硬化型Al合金及其熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及析出硬化型Al合金及其熱處理方法。
背景技術(shù)：
作為鑄件，壓鑄件等的鑄造材料以及延展材料用的鋁(Al)合金，已知在Al中含有幾個(gè)重量％的Si的Al-Si系A(chǔ)l合金，通常采用以Al-Si系的Al合金為基本組分，進(jìn)一步含有其它元素Cu，Mg等的多元Al-Si系合金。這是因?yàn)?，在鑄件，壓鑄件等的鑄造材料以及延展材料的鑄造中，作為十分重要的特性的金屬熔液的流動(dòng)性，鑄型的填充性等比其它合金好，幾乎不引起鑄造裂紋，通過(guò)與其它元素的組合獲得強(qiáng)度及伸縮率大的合金，熱膨脹系數(shù)小，耐磨損性良好等。
作為在Al-Si系合金中添加少量Mg的合金，有AC4A，AC4C，AC4CH，這些合金通過(guò)進(jìn)行熱處理析出Mg2Si的中間相可以提高強(qiáng)度。特別是，AC4C以及將鐵限制在0.20質(zhì)量％以下提高韌性的AC4CH，被用作汽車(chē)等車(chē)輛的車(chē)輪用合金。
進(jìn)而，也使用在Al-Si系合金中添加少量的Mg及Cu的合金，通過(guò)析出Mg2Si的中間相的析出硬化以及Cu的固溶硬化，通過(guò)Al2Cu的中間相的析出硬化等，可以提高強(qiáng)度。
如上所述，通過(guò)添加其它元素并借助其中間相的時(shí)效析出，可以獲得熱處理型Al合金的高強(qiáng)度化，用于時(shí)效析出的熱處理，由固溶退火以及時(shí)效處理構(gòu)成。固溶退火是一種在凝固時(shí)使結(jié)晶的非平衡相在高溫下固溶，然后通過(guò)水冷獲得在常溫下均勻的固溶體的熱處理。接著固溶退火的時(shí)效處理，保持在比較低的溫度下，將固溶的元素作為中間相析出使之析出硬化，通過(guò)這些熱處理，提高Al合金的機(jī)械性能。
在現(xiàn)有技術(shù)中，作為這種Al合金的固溶退火和時(shí)效處理，利用將空氣作為熱媒體的隧道爐等的常壓爐，但是，在這種情況下，除升溫時(shí)間慢之外，溫度起伏很大，大約為±5℃，因此，除存在著不能在更高的溫度下進(jìn)行固溶退火等問(wèn)題之外，所獲得的Al合金的機(jī)械特性，其抗拉強(qiáng)度約為290MPa。0.2％屈服強(qiáng)度約200Mpa，拉伸率8％左右。
此外，在采用現(xiàn)有技術(shù)的常壓爐的熱處理方法中，升溫到固溶退火的溫度的升溫速度慢，升溫花費(fèi)時(shí)間，而且在固溶退火溫度保溫超過(guò)3小時(shí)進(jìn)行固溶退火，所以，存在著固溶退火的整個(gè)時(shí)間需要花費(fèi)4小時(shí)以上的問(wèn)題，而且，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)如上所述在固溶退火溫度保溫超過(guò)3小時(shí)時(shí)，存在著共晶組織粗大化，Al合金的強(qiáng)度及延展性大大降低的問(wèn)題。
此外，如果進(jìn)一步提高用作汽車(chē)齒輪的Al合金的抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度及拉伸率等機(jī)械特性的話，可以將汽車(chē)的車(chē)輪的厚度減薄，所以，可以減輕作為一個(gè)整體的汽車(chē)的重量，減小滾動(dòng)摩擦，所以除提高燃油費(fèi)用和提高排放氣體的凈化性能之外，還可以改善操作的穩(wěn)定性，極為有效。
因此，本發(fā)明人從各種角度研究的結(jié)果，著眼于所獲得的Al合金的顯微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)存在于Al合金中的共晶組織小到規(guī)定值以下時(shí)，其機(jī)械性能提高，達(dá)到本發(fā)明的目的。
即，本發(fā)明的目的是提供一種具有抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度及拉伸率三種機(jī)械特性很好的平衡，并且疲勞強(qiáng)度也十分優(yōu)異的Al合金。
此外，本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種通過(guò)利用流化床進(jìn)行固溶退火，將Si，Mg的固溶率提高到規(guī)定值以上，提高所獲得的Al合金的強(qiáng)度和拉伸率的析出硬化性Al合金的熱處理方法。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供一種析出硬化型Al合金，在析出硬化型Al合金中，其特征為，存在于該Al合金中的共晶組織的平均面積小于4μm2。
在這種析出硬化型Al合金中，作為其成分，優(yōu)選地，Si的含量在6.5～7.5質(zhì)量％，Mg的含量在0.36質(zhì)量％以下，此外，更優(yōu)選地，含有20～70ppm的Sr。此外，本發(fā)明的析出硬化型Al合金，適合于用作車(chē)輛用車(chē)輪。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種析出硬化型Al合金的熱處理方法，在通對(duì)由析出硬化型Al合金構(gòu)成的工件進(jìn)行過(guò)固溶退火，然后進(jìn)行時(shí)效處理，提高該工件的機(jī)械特性的析出硬化型Al合金的熱處理方法中，其特征為，通過(guò)使該工件處于流化床中進(jìn)行前述固溶退火的同時(shí)，在前述固溶退火中，使Si及/或Mg的α相中的固溶率在60％以上，并且，在150℃以上、小于200℃進(jìn)行前述時(shí)效處理。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地，在30分鐘以內(nèi)升溫到固溶退火的溫度，同時(shí)，在固溶退火溫度保溫的時(shí)間在25分鐘～3小時(shí)，加快升溫速度。此外，優(yōu)選地，固溶退火溫度在540～550℃。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選地，流化床通過(guò)直接鼓入熱風(fēng)形成。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1、是表示用于本發(fā)明的鼓入熱風(fēng)式流化床的一個(gè)例子的概圖。
圖2、是表示用于本發(fā)明的流化床式固溶退火爐的一個(gè)例子的概圖。
圖3、是表示用于實(shí)施例1的車(chē)輛用鋁車(chē)輪的透視圖。
圖4、是表示實(shí)施例1中的熱處理程序的曲線圖。
圖5、是表示實(shí)施例1中拉伸試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。
圖6、是表示實(shí)施例1中的沖擊及硬度試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。
圖7、是表示共晶組織平均面積與固溶退火時(shí)間的關(guān)系的曲線圖。
圖8、是表示用于實(shí)施例2的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)的試驗(yàn)片的形狀及尺寸的說(shuō)明圖。
圖9、是表示實(shí)施例2和比較例2中的疲勞強(qiáng)度(內(nèi)輪輞)的曲線圖。
圖10、是表示實(shí)施例2和比較例2中的疲勞強(qiáng)度(外輪輞)的曲線圖。
圖11、是表示實(shí)施例3及比較例1中拉伸試驗(yàn)(抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，拉伸率)的結(jié)果的曲線圖。
圖12、是表示在固溶退火中，測(cè)定Si及/或Mg的α相中固溶時(shí)放出的吸收能量的差熱分析結(jié)果的曲線圖。
圖13、是表示實(shí)施例4中熱處理程序的曲線圖。
圖14、是表示實(shí)施例4和比較例5、6中的拉伸試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。
圖15、是表示實(shí)施例4中沖擊及硬度試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。
圖16、是表示比較例3中拉伸試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。
圖17、是表示車(chē)輛用鋁車(chē)輪的另外的例子的平面圖。
圖18、是表示比較例3中的熱處理程序表的曲線圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳形式下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明，涉及通過(guò)Mg2Si的中間相析出硬化和Al2Cu中間相的析出硬化提高強(qiáng)度的析出硬化型Al合金，更具體地說(shuō)，涉及存在于Al合金組織中的共晶組織平均面積小于4μm2的Al合金。
根據(jù)本發(fā)明的析出硬化型Al合金，存在于Al合金中的共晶平均面積小于4μm2，優(yōu)選地為1～3μm2，更優(yōu)選地，為1.2～3μm2。具有這種組織的Al合金，由于平衡很好地具有抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度以及拉伸率三種機(jī)械特性，例如抗拉強(qiáng)度在310MPa以上，優(yōu)選地在320MPa以上，0.2％屈服強(qiáng)度在240MPa以上，優(yōu)選地為260MPa以上，并且，拉伸率在10％以上，優(yōu)選地在12％以上。
這里，Al合金的抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度及拉伸率等機(jī)械特性，根據(jù)JIS Z2241規(guī)定的試驗(yàn)法求得。
具有這種上述規(guī)定以上的機(jī)械特性的本發(fā)明的Al合金，作為其組分，以Al為基礎(chǔ)，優(yōu)選地，含有6.5～7.5質(zhì)量％的Si，含有0.36質(zhì)量％以下的Mg，進(jìn)而，優(yōu)選地，含有20～70ppm的Sr。即，在Si的含量在6.5～7.5質(zhì)量％的范圍內(nèi)，由于可以提高Al合金的鑄造性能，所以是優(yōu)選的，更優(yōu)選的范圍為6.8～7.2質(zhì)量％。
對(duì)于Mg的含量，優(yōu)選地在0.36質(zhì)量％以下。Mg和Si一起，通過(guò)熱處理，析出稱(chēng)之為Mg2Si相的中間相，由于這種析出產(chǎn)生顯著的時(shí)效硬化，當(dāng)含量超過(guò)0.36質(zhì)量％時(shí)，抗拉強(qiáng)度加大，但反過(guò)來(lái)會(huì)產(chǎn)生拉伸率下降的問(wèn)題。
此外，由于Sr具有作為Al合金的共晶組織微細(xì)化劑的功能，所以優(yōu)選含量在20～70ppm，更優(yōu)選的范圍為在30～60ppm。
從而，本發(fā)明的Al合金，以AC4C，AC4CH為基礎(chǔ)的合金為對(duì)象。
本發(fā)明的Al合金的抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度以及拉伸率等機(jī)械特性在規(guī)定值以上，十分優(yōu)異，而且，由于十分平衡地具有三種特性，所以，可以極為有效地作為汽車(chē)等的車(chē)輛用車(chē)輪使用。
其次，具有上述微小共晶組織的本發(fā)明的析出硬化型Al合金，例如，可以通過(guò)下面所述的熱處理方法制造。
首先，對(duì)利用通常的方法鑄造的Al合金鑄件(工件)，在固溶退火后一般地進(jìn)行急冷，接著進(jìn)行時(shí)效處理。通過(guò)對(duì)鑄件進(jìn)行這些處理，可以提高Al合金的機(jī)械特性，使之適合用于車(chē)輛用車(chē)輪等所需的用途。
在本發(fā)明中，在固溶退火工序中，通過(guò)使在540～550℃的固溶退火溫度的處理時(shí)間(包括升溫時(shí)間)優(yōu)選地在4小時(shí)(240分鐘)之內(nèi)，更優(yōu)選地，在3小時(shí)30分鐘(210分鐘)以內(nèi)，可以獲得上面所述的共晶組織的平均面積小于4μm2的小的析出硬化型Al合金。
在這種情況下，進(jìn)行在30分鐘之內(nèi)升溫到固溶退火溫度540～550℃的急速升溫，由于共晶組織球狀化并且防止共晶組織的粗大化，所以是很理想的。
在固溶退火中，如上面所述，優(yōu)選地，在短時(shí)間內(nèi)急速加熱工件，例如，在車(chē)輛用車(chē)輪的情況下，優(yōu)選地在3～10分鐘左右升溫到540～550℃。從共晶組織的微觀觀點(diǎn)出發(fā)，這是特別理想的。
在固溶退火中，只要能夠?qū)⒐ぜ彼偌訜?，?duì)其方法沒(méi)有特定的限制。即，可以控制空氣溫度可以急速加熱工件即可，例如可以采用高頻加熱和低頻加熱，遠(yuǎn)紅外加熱方法等，但是，從溫度控制簡(jiǎn)單的角度出發(fā)，更優(yōu)選地利用流化床進(jìn)行急速加熱。
將工件固溶退火后，急劇冷卻，恢復(fù)到常溫，接著進(jìn)行時(shí)效處理。對(duì)這種時(shí)效處理的具體方法沒(méi)有特定的限制，也可以試驗(yàn)使用現(xiàn)有技術(shù)中以空氣作為熱媒體的常壓爐(隧道爐)，但與固溶退火一樣，優(yōu)選地使用流化床。除縮短時(shí)效處理時(shí)間之外，在利用流化床進(jìn)行固溶退火的情況下，使用相同的流化床，從整個(gè)過(guò)程的控制，操作觀點(diǎn)看是優(yōu)選的。
下面，對(duì)除Al合金鑄件之外，也適合用于Al合金的延展材料的本發(fā)明的熱處理方法進(jìn)行說(shuō)明。
首先，對(duì)用通常的制造方法制造的Al合金的鑄造材料或者延展材料(工件)進(jìn)行固溶退火后，接著進(jìn)行時(shí)效處理。通過(guò)對(duì)鑄造材料或者延展材料進(jìn)行這些處理，為了能夠適合于車(chē)輛用車(chē)輪等所需用途，可以提高Al合金的抗拉強(qiáng)度等機(jī)械特性，特別是，在固溶退火中，優(yōu)選使Si及/或Mg的α相中的固溶率在60％以上。
這樣，通過(guò)在固溶退火中使Si、Mg的固溶率在60％以上，所獲得的Al合金的共晶組織不會(huì)粗大化，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在提高Al合金的強(qiáng)度的同時(shí)，也提高其延展性(拉伸特性)。
在這種情況下，優(yōu)選地，在30分鐘之內(nèi)這樣的短時(shí)間急速升溫到固溶退火的溫度。更優(yōu)選地，在20分鐘之內(nèi)，特別優(yōu)選地，以3～10分鐘的短時(shí)間急速升溫。此外，在固溶退火溫度保溫的時(shí)間優(yōu)選地在25分鐘～3小時(shí)，更優(yōu)選地在30分鐘～2小時(shí)。
由于在上述條件下進(jìn)行固溶退火，Si及/或Mg的α相中的固溶率在60％以上，所以是優(yōu)選的。另一方面，當(dāng)升溫到固溶退火的溫度的時(shí)間超過(guò)30分鐘時(shí)，Al合金的共晶組織粗大化。此外，當(dāng)在固溶退火溫度保溫時(shí)間小于25分鐘時(shí)，時(shí)間過(guò)短，如圖12所示，Si及/或Mg的α相中的固溶率小于60％，所獲得的Al合金的機(jī)械性質(zhì)差，此外，當(dāng)保溫時(shí)間超過(guò)3小時(shí)時(shí)，Si、Mg的固溶率超過(guò)60％，但Al合金的共晶組織粗大化，同樣地Al合金的機(jī)械性質(zhì)降低。
在這種情況下，Al合金的固溶退火溫度在530～550℃的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在540～550℃。
這樣，在這種熱處理方法中，升溫到固溶退火溫度的時(shí)間短，并且，在固溶退火溫度的保溫時(shí)間也在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)，結(jié)果是，可以使整個(gè)固溶退火時(shí)間在4小時(shí)(240分鐘)之內(nèi)，優(yōu)選地，在3小時(shí)30分鐘(210分鐘)之內(nèi)。
其次，固溶退火后，一般地急冷到常溫，接著，對(duì)工件進(jìn)行時(shí)效處理。
優(yōu)選地，時(shí)效處理在幾分鐘內(nèi)升溫到小于150～200℃，在該溫度保溫30～360分鐘。作為時(shí)效處理溫度，更優(yōu)選地為170～190℃。在時(shí)效處理溫度超過(guò)200℃時(shí)，所獲得的Al合金的延展性降低。通過(guò)在150～200℃以下進(jìn)行規(guī)定時(shí)間的時(shí)效處理，可以提高延展性(拉伸特性)和強(qiáng)度等機(jī)械特性。
作為本發(fā)明中的對(duì)象的Al合金，是通過(guò)熱處理析出Mg2Si相等中間相的析出硬化型Al合金，但并不局限于此。從而，對(duì)于用通常的制造方法制造的Al合金的鑄造材料和延展材料中的任何一種材料，也都是適用的。
Al合金鑄造材料是鑄件，壓鑄件等，延展材料指的是箔，型材，管，棒，線材，鍛造制品等。各種Al合金，加入種種元素改善強(qiáng)度等性質(zhì)，有Al-Mg-Si系合金，Al-Cu-Mg系合金，Al-Cu-Si系合金等。例如，作為鑄造材料，可以有效地采用JIS規(guī)定的AC4C和AC4CH的Al合金。此外，作為延展材料，可以采用以硬鋁著稱(chēng)的含銅比較多的使之提高強(qiáng)度的2017等2000系合金，此外還有6000系，7000系合金等。
在固溶退火中，在將工件急劇升溫時(shí)，優(yōu)選地使用流化床。利用流化床的急劇加熱，通過(guò)使工件處于流化床中來(lái)進(jìn)行。
流化床利用吹入粉粒等粒狀物的氣體進(jìn)行加熱，并且均勻地將粒狀物混合形成，具有在流化床內(nèi)部的溫度基本上均勻的同時(shí)，傳熱效率高的特征。
通過(guò)將流化床靈活地用于固溶退火，可以達(dá)到流化床內(nèi)部的溫度的均勻化(約±2～3℃)，可以在更高的溫度進(jìn)行固溶退火，而且傳熱效率好，所以，可以縮短升溫到固溶退火溫度的升溫時(shí)間。這些特征相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中以空氣作為熱媒體的常壓爐是很大的優(yōu)點(diǎn)。
此外，對(duì)于時(shí)效處理，可以使用上述的流化床方式，也可以使用現(xiàn)有技術(shù)中公知的常壓爐。
作為流化床方式，一般地，除從流化床容器外部加熱的容器加熱方式以及將輻射管內(nèi)裝于流化床中的輻射管方式等間接加熱方式之外，已知有通過(guò)直接鼓入熱風(fēng)的直接加熱方式，可以采用任何一種方式，但由于利用直接鼓入熱風(fēng)的直接加熱方式形成流化床，在流化床中的溫度分布良好，所以是更優(yōu)選的。
其次，根據(jù)附圖對(duì)上述熱處理方法進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1是表示用于熱處理方法的直接鼓入熱風(fēng)方式的流化床的一個(gè)例子的概圖。10是容器，在容器10內(nèi)，將粉粒體等粒狀物12填充到多孔板16上，利用從這些多孔板16的下方鼓入的熱風(fēng)14使所述粒狀物12流態(tài)化，均勻混合，形成流化床18。
圖2是表示流化床式固溶退火爐的一個(gè)例子。在圖2中，20是熱風(fēng)發(fā)生裝置，將由圖中未示出的鼓風(fēng)機(jī)送來(lái)的空氣，利用燃燒器22發(fā)出的火焰加熱成700～800℃的熱風(fēng)。該熱風(fēng)經(jīng)過(guò)熱風(fēng)溫度監(jiān)視裝置24，被吹入流化床式固溶退火爐26。在流化床熱處理爐26中，熱從多孔管28吹入流化床30中，在使粒狀物32流態(tài)化的同時(shí)，將粒狀物32加熱。這樣，將流化床內(nèi)加熱到540～550℃，而且爐內(nèi)溫度的波動(dòng)幅度約為6℃(±3℃)，達(dá)到在一個(gè)點(diǎn)處波動(dòng)幅度為3℃的爐內(nèi)溫度的均勻性，這樣，處于流化床30內(nèi)的工件34被迅速加熱。此外，36是粒狀物排出用閥，適當(dāng)?shù)貙⒘钗?2排出到外部。
此外，圖中沒(méi)有示出，對(duì)于時(shí)效處理，也可以使用圖1～2所示的流化床。
下面，根據(jù)實(shí)施例，比較例更具體地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
(實(shí)施例1)用流化床式固溶退火爐，作為時(shí)效處理爐使用常壓爐，實(shí)施對(duì)AC4CH的Al合金制車(chē)輪的鑄造物進(jìn)行熱處理的方法。
流化床固溶退火爐，一邊為1500mm×1500mm的方箱狀，直筒部的高度為1800mm，下方部由梯形的流化床容器構(gòu)成。此外，時(shí)效處理爐使用現(xiàn)有技術(shù)中公知的隧道爐(常壓爐)。作為粒狀物，使用平均粒徑50～500μm的石英砂。
作為熱處理的對(duì)象物，用圖3所示的鑄造的車(chē)輛用鋁車(chē)輪(14kg)，試驗(yàn)片的采集位置為外輪輞凸緣，內(nèi)輪輞凸緣，以及輪輻三個(gè)部位。上述AC4CH的Al合金制的鋁車(chē)輪的組分，除含有7.0質(zhì)量％的Si，0.33質(zhì)量％的Mg，40ppm的Sr之外，還含有0.001質(zhì)量％的Cu，0.11質(zhì)量％的Fe，余量為Al。
作為熱處理?xiàng)l件，在圖4所示的固溶退火的程序中，通過(guò)分別改變保溫時(shí)間加以實(shí)施。此外，時(shí)效處理在190℃保溫53分鐘的條件(包括升溫時(shí)間在內(nèi)全部時(shí)效處理時(shí)間為85分鐘)下進(jìn)行。
從熱處理過(guò)的車(chē)輛用鋁車(chē)輪上采集試驗(yàn)片(n＝4)，分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)(抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，拉伸率)，沖擊試驗(yàn)，以及硬度試驗(yàn)。所得結(jié)果示于圖5和圖6。
此外，作為上述沖擊試驗(yàn)，用JIS規(guī)定的擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)法測(cè)定沖擊值。作為硬度試驗(yàn)，采用JIS Z2245規(guī)定的試驗(yàn)法，測(cè)定洛式(Rockwell)硬度。
此外，這時(shí)的共晶組織平均面積與固溶退火時(shí)間的關(guān)系示于圖7。
這里，共晶組織的平均面積，按下述方式測(cè)定。
將試驗(yàn)片表面進(jìn)行鏡面研磨，用放大率為1000倍照相攝影，通過(guò)計(jì)算出處于面積為4768.716μm2范圍內(nèi)的共晶組織的個(gè)數(shù)及平均面積，作為共晶組織的平均面積。
(實(shí)施例2)與實(shí)施例1一樣，從獲得的車(chē)輛用車(chē)輪上采集試驗(yàn)片(圖8)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，求出疲勞強(qiáng)度。
這里，旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，采用小野式旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，在室溫，大氣中，一面以3600rpm使試驗(yàn)片1旋轉(zhuǎn)，一面以應(yīng)力比-1施加應(yīng)力，由破壞時(shí)的應(yīng)力和重復(fù)次數(shù)的關(guān)系測(cè)疲勞強(qiáng)度。其結(jié)果示于圖9～10。
(實(shí)施例3)在實(shí)施例1中，從固溶退火溫度550℃保溫60分鐘時(shí)所獲得的車(chē)輛用鋁車(chē)輪上采集試驗(yàn)片，和實(shí)施例1一樣，測(cè)定共晶組織的平均面積。
結(jié)果示于表1。此外，這時(shí)的拉伸試驗(yàn)(抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，拉伸率)的結(jié)果示于圖11。
表1

(比較例1)作為固溶退火爐及時(shí)效處理爐，使用現(xiàn)有技術(shù)的隧道爐(常壓爐)，固溶退火溫度540℃，時(shí)效處理溫度155℃(全部時(shí)效處理時(shí)間174分鐘)，上升到固溶退火溫度的升溫時(shí)間為1小時(shí)12分鐘，在固溶退火溫度的保溫時(shí)間為4小時(shí)，對(duì)鑄造的車(chē)輛用鋁車(chē)輪進(jìn)行熱處理。其它條件和實(shí)施例1相同。
從經(jīng)過(guò)熱處理的車(chē)輛用鋁車(chē)輪上采集試驗(yàn)片(n＝4)，分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)(抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，拉伸率)。所得結(jié)果示于圖11。
(比較例2)從和比較例1一樣獲得的車(chē)輛用鋁車(chē)輪上采集試驗(yàn)片(圖8)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，求出疲勞強(qiáng)度。結(jié)果示于圖9～10。
(討論)如從實(shí)施例1～3及比較例1～2的試驗(yàn)結(jié)果看出的，共晶組織的平均面積小于4μm2的微細(xì)的車(chē)輛用鋁車(chē)輪，抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，及拉伸率在規(guī)定值以上，這些值全部滿足拉伸試驗(yàn)的確性值，可以判斷，與現(xiàn)有技術(shù)中共晶組織平均面積超過(guò)4μm2的情況相比，得到大幅度改善。并且，疲勞強(qiáng)度與現(xiàn)有技術(shù)相比獲得大幅度改善。
進(jìn)而，在利用流化床式固溶退火爐及時(shí)效處理爐的情況下，可以看出，當(dāng)固溶退火超過(guò)240分鐘時(shí)，會(huì)促進(jìn)共晶組織的粗大化。
進(jìn)而，從實(shí)施例2和比較例2的結(jié)果，可以看出，如果利用流化床進(jìn)行熱處理，與現(xiàn)有技術(shù)的隧道爐相比，內(nèi)輪輞和外輪輞一起，疲勞特性獲得提高。
(實(shí)施例4)利用圖2所示的流化床固溶退火爐，利用常壓爐作為時(shí)效處理爐，實(shí)施熱處理的方法。
流化床式固溶退火爐，一邊為1500mm×1500mm的方形箱狀，直筒部的高度為1800mm，下方部由梯形的流化床容器構(gòu)成。此外，作為時(shí)效處理爐，使用現(xiàn)有技術(shù)的隧道爐(常壓爐)。作為粒狀物，使用均粒徑50～500μm的石英砂。
作為熱處理對(duì)象物，使用圖17所示的鑄造的車(chē)輛用鋁車(chē)輪(13kg)，試驗(yàn)片的采集位置為外輪輞凸緣及輪輻兩個(gè)部位。上述鋁車(chē)輪的組分為7.0質(zhì)量％的Si，0.34質(zhì)量％的Mg，50ppm的Sr，余量為Al。
作為熱處理?xiàng)l件，固溶退火溫度為540℃和550℃，時(shí)效處理溫度為190℃和220℃，升溫到固溶退火所溫度的升溫時(shí)間，在固溶退火溫度的保溫時(shí)間，以及時(shí)效處理的升溫時(shí)間，保溫時(shí)間以圖13所示的規(guī)范(固溶退火為550℃時(shí))實(shí)施。
圖12表示差熱量分析的結(jié)果，是在固溶退火中，測(cè)定的Si，Mg的α相中固溶時(shí)吸收的能量。如可以從圖12看出的，在固溶退火中，使Si及/或Mg的α相中的固溶率為60％以上，相當(dāng)于在固溶退火溫度在540℃時(shí)固溶退火時(shí)間(升溫時(shí)間及保溫時(shí)間的總和)18分鐘以上，固溶退火溫度在550℃時(shí)，相當(dāng)于固溶退火時(shí)間在7分鐘以上。
此外，可以看出，固溶率達(dá)到100％時(shí)，相當(dāng)于固溶退火溫度為540℃時(shí)的固溶退火時(shí)間為180分鐘，固溶退火溫度為550℃時(shí)固溶熱處理時(shí)間為60分鐘。
從上面所述的熱處理過(guò)的車(chē)輛用鋁車(chē)輪上采集試驗(yàn)片(n＝4)，分別進(jìn)行分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)(抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，拉伸率)。所得結(jié)果示于圖14和圖15。
(比較例3)作為固溶退火爐和時(shí)效處理爐試驗(yàn)現(xiàn)有技術(shù)的隧道爐(常壓爐)，固溶退火溫度540℃，時(shí)效處理溫度155℃，用圖18所示的程序，對(duì)鑄造的車(chē)輛用鋁車(chē)輪實(shí)施熱處理。其它條件和實(shí)施例4相同。
在該比較例3中，如可以從圖12中看出的，固溶退火時(shí)間為312分鐘時(shí)，Si及/或Mg的α相中的固溶率為50％左右。
從在上述條件下熱處理的車(chē)輛用鋁車(chē)輪上采集試驗(yàn)片(n＝4)，分別進(jìn)行分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)(抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，拉伸率)。所得結(jié)果示于圖16。
(比較例4)在時(shí)效處理溫度190℃，時(shí)效處理時(shí)間85分鐘，其它和比較例3一樣的條件下對(duì)鑄造的車(chē)輛用鋁車(chē)輪進(jìn)行熱處理。
從所得車(chē)輛用鋁車(chē)輪上采集試驗(yàn)片(n＝4)，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)(抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，拉伸率)，結(jié)果，對(duì)于外輪輞凸緣，其抗拉強(qiáng)度為305.7MPa，0.2％屈服強(qiáng)度244.4Mpa，拉伸率11.3％。
(比較例5)在時(shí)效處理溫度為220℃，時(shí)效處理時(shí)間為35分鐘，其它和比較例3相同的條件下，對(duì)鑄造的車(chē)輛用鋁車(chē)輪進(jìn)行熱處理。
從所得車(chē)輛用鋁車(chē)輪上采集試驗(yàn)片(n＝4)，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)(抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，拉伸率)。所得結(jié)果示于圖14。
(比較例6)固溶退火溫度為550℃，Si及/或Mg的α相中的固溶率為50％，時(shí)效處理溫度220℃，時(shí)效處理時(shí)間35分鐘，其它條件和實(shí)施例4相同，對(duì)鑄造的車(chē)輛用車(chē)鋁輪進(jìn)行熱處理。從所得車(chē)輛用鋁車(chē)輪上采集試驗(yàn)片(n＝4)，分別進(jìn)行拉伸試驗(yàn)(抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，拉伸率)。所得結(jié)果示于圖14。
(討論)如從實(shí)施例4和比較例3～6中的拉伸試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)，以及硬度試驗(yàn)的結(jié)果可以看出的，由實(shí)施例4獲得的車(chē)輛用鋁車(chē)輪，對(duì)于外輪輞凸緣，其抗拉強(qiáng)度在326.2MPa以上，0.2％屈服強(qiáng)度在261.3Mpa以上，拉伸率在12.9％以上。
另一方面，比較例3所示的用現(xiàn)有技術(shù)的隧道爐獲得的鋁車(chē)輪，抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，拉伸率等機(jī)械特性與實(shí)施例4相比要差，此外，如比較例3～4所示，在固溶退火的固溶率低于50％時(shí)，可以看出，抗拉強(qiáng)度，0.2％屈服強(qiáng)度，拉伸率比實(shí)施例差。
進(jìn)而，如比較例5～6所示，在時(shí)效處理溫度為220℃和比較高時(shí)，獲得的鋁車(chē)輪的機(jī)械性能更差。
工業(yè)上的可利用性如上面所說(shuō)明的，根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有良好平衡的抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，及拉伸率三種機(jī)械特性，并且疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的Al合金。此外，根據(jù)本發(fā)明的熱處理方法，利用流化床進(jìn)行固溶退火，將Si、Mg的固溶率提高到規(guī)定值以上，并且使時(shí)效處理溫度處于規(guī)定值以下，所以可以提高所獲得的析出硬化性Al合金的強(qiáng)度和拉伸率。
權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)1.析出硬化型Al合金，在所述析出硬化型Al合金中，其特征為，存在于該Al合金中的共晶組織的平均面積小于4μm2，所述合金中含有6.5～7.5質(zhì)量％的Si，0.36質(zhì)量％以下的Mg。
2.(刪除)3.如權(quán)利要求1所述的析出硬化型Al合金，含有20～70ppm的Sr。
4.如權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的析出硬化型Al合金，用作車(chē)輛用車(chē)輪。
5.析出硬化型Al合金的熱處理方法，在通過(guò)固溶退火由析出硬化型Al合金構(gòu)成的工件，然后進(jìn)行時(shí)效處理提高該工件的機(jī)械特性的析出硬化型Al合金的熱處理方法中，其特征為，通過(guò)使前述工件處于流化床中進(jìn)行前述固溶退火，同時(shí)在前述固溶退火中，Si及/或Mg的α相中的固溶率在60％以上，并且，前述時(shí)效處理在150℃以上、小于200℃的溫度下進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求5所述的熱處理方法，在30分鐘之內(nèi)升溫到前述固溶退火的溫度，同時(shí)在該固溶退火溫度的保溫時(shí)間在25分鐘～3小時(shí)。
7.如權(quán)利要求6所述的熱處理方法，前述固溶退火的溫度為540～550℃。
8.如權(quán)利要求5～7中任何一項(xiàng)所述的熱處理方法，前述流化床是通過(guò)直接鼓入熱風(fēng)形成的。
權(quán)利要求
1.析出硬化型Al合金，在所述析出硬化型Al合金中，其特征為，存在于該Al合金中的共晶組織的平均面積小于4μm2。
2.如權(quán)利要求1所述的析出硬化型Al合金，其含有6.5～7.5質(zhì)量％的Si，0.36質(zhì)量％以下的Mg。
3.如權(quán)利要求1或2所述的析出硬化型Al合金，其含有20～70ppm的Sr。
4.如權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的析出硬化型Al合金，其用作車(chē)輛用車(chē)輪。
5.析出硬化型Al合金的熱處理方法，在通過(guò)固溶退火由析出硬化型Al合金構(gòu)成的工件，然后進(jìn)行時(shí)效處理提高該工件的機(jī)械特性的析出硬化型Al合金的熱處理方法中，其特征為，通過(guò)使前述工件處于流化床中進(jìn)行前述固溶退火，同時(shí)在前述固溶退火中，Si及/或Mg的α相中的固溶率在60％以上，并且，前述時(shí)效處理在150℃以上、小于200℃的溫度下進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求5所述的熱處理方法，在30分鐘之內(nèi)升溫到前述固溶退火的溫度，同時(shí)在該固溶退火溫度的保溫時(shí)間在25分鐘～3小時(shí)。
7.如權(quán)利要求6所述的熱處理方法，前述固溶退火的溫度為540～550℃。
8.如權(quán)利要求5～7中任何一項(xiàng)所述的熱處理方法，前述流化床是通過(guò)直接鼓入熱風(fēng)形成的。
全文摘要
一種存在于Al合金中的共晶組織的平均面積小于4μm
文檔編號(hào)C22C21/02GK1468320SQ01817041
公開(kāi)日2004年1月14日 申請(qǐng)日期2001年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月8日
發(fā)明者酒井崇之 申請(qǐng)人:旭技術(shù)株式會(huì)社