[发明专利]利用压力进行固溶热处理的方法

说明书

本发明公开了一种使用压力对高压模铸物体进行热处理的方法。获得高压模铸物体，并且在0.5与35KSI之间的压力下或者在其间的任何压力或压力范围下在700℉以上对其进行固溶热处理至少2小时。这种利用压力进行固溶热处理的方法减少和/或消除了高压模铸物体上的起泡缺陷。通过利用压力进行固溶热处理的热处理方法还允许在重新设计时提高屈服强度并且减少相应的重量，或者允许铸造物体具有相当大的安全系数。

相关申请的交叉引用

本申请是2013年3月5日提交的美国专利申请号13/786,034的部分继续申请，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及高压模铸物体的热处理，更具体地涉及利用压力对高压模铸物体进行固溶热处理。

背景技术&发明内容

高压模铸是一种用于大批量生产许多铸造物体，包括但不限于船用螺旋桨、船用和车用发动机部件、车辆底盘、车辆闭合装置、车辆结构体，以及先进的车身，的低成本且尺寸精确的铸造工艺。全部铸铝中大约70％使用高压模铸工艺铸造而成，主要使用铝合金。在大批量生产中，高压模铸工艺在每磅成本的基础上生产铸件，与可选方法如永久铸模铸造或砂型铸造相比，在更高的尺寸精度下，铸件成本更低。

高压模铸工艺的缺点在于它导致铸造物体具有比永久铸模铸造或砂型铸造强度相对更低的强度。这种更低的强度是由于这样的事实：高压模铸工艺使金属以剧烈紊流的方式移动，在铸造工艺期间将空气截留在熔融金属中。这些截留的空气成为问题，因为，为了提高高压铝模铸物体的强度，优选在铸造之后对所述铸造物体进行热处理。强化铝合金的典型热处理是固溶热处理和人工老化以达到T6处理条件。然而，高于700℉的热处理不用于提高高压模铸物体的强度和延展性，因为在高于700℉的温度下在固溶热处理期间夹带或截留在铸件中的空气通常会膨胀，在铸造产品上或在铸造产品中产生气泡。气泡导致表面光洁度的美观问题，并且产生降低铸件的机械性能的大孔。因此，常规的高压模铸是在“铸态”条件下使用。对于许多低铜含量的合金，如铝业协会合金367、360或361，在“铸态”条件下，相关的屈服强度约为17KSI。

在传统的固溶热处理中，将铸造物体放置在空气炉、熔盐浴或流化沙床中，并且用热处理以发展宽范围的机械性能并且实现通过其它方式无法达到的性能的组合。将高压模铸物体加热到特定温度以产生合金元素的过饱和溶液，然后在该温度下将所述物体浸泡给定时间。随后，在较低温度下将模铸物体快速淬火并且人工老化给定时间段。

在T6热处理过程的固溶热处理部分期间，铸造物体可以承受高达1000℉的温度高达12小时。在1000℉下，永久铸模铸造或砂型铸造铝合金铸造物体将溶解给定合金的固溶体中存在的任何镁，并且将使共晶硅热变质，提供机械优势。然而同样，当高压模铸物体经受T6热处理条件时，铸件中的任何夹带气体在升高的温度下将会体积膨胀，增加孔或缺陷内的压力。在该高温下的这种压力增加和金属的低机械性能的结果造成金属塑性变形的情况，从而在内部或者在产生美观问题和机械问题的表面处留下起泡缺陷。在本申请之前，通过在非常短的固溶时间(例如15分钟)下对高压模铸物体进行热处理来防止起泡缺陷。这种短的固溶时间无法实现共晶的充分变质，并且不会产生更长时间(例如2-12小时)的处理所产生的机械优势。

因为热处理通常使屈服强度增加一倍，所以对高压模铸物体进行热处理仍是非常理想的。例如，如果没有起泡缺陷出现来损害机械性能，则铝合金高压模铸物体的T6热处理将从“铸态”条件下的17KSI增加到T6热处理条件下的大约35KSI。而且，这种强度的大幅度增加将允许设计工程师重新设计零件，在考虑多种加载模式和零件几何形状时，所述零件通常实现了零件重量减少30％。