一種汽車零部件鋁型材及其製備方法
2023-09-11 16:42:40
一種汽車零部件鋁型材及其製備方法
【專利摘要】發明公開了一種汽車零部件鋁型材，其特徵在於：含有如下質量百分比的金屬物質：Si1.00-1.30％、Cu0.4-0.55％、Fe0.10-0.20、Mn0.30-0.40％、Mg0.50-0.60％、Cr0.20-0.30％、Ti0.02-0.04％、Zn≤0.03、單個雜質的量≤0.03、雜質總和≤0.10，其餘為Al。本發明還公開了一種所示汽車零部件鋁型材的製備方法。本發明所述鋁合金的力學性能、耐摩擦、耐腐蝕能力相比一般6000系鋁合金都得到明顯提高,本發明所述鋁合金力學性能要求高出6061合金力學性能的20％。
【專利說明】一種汽車零部件鋁型材及其製備方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋁型材，特別是涉及一種用於汽車零部件鋁型材及其製備方法。【背景技術】
[0002]鋁合金除了具有密度小、導電性好、導熱性高、抗腐蝕的優點外，還具有比強度和比剛度高，加工及成型性能好等特點，因此鋁合金已開始代替鋼鐵材料，廣泛應用於汽車製造中，鋁合金材料在汽車中的應用主要分為三方面:①汽車裝飾類材料汽車結構類材料；③汽車功能類材料。其中汽車功能類的要求最為嚴格。常規的6000系列鋁合金在汽車裝飾類材料和汽車結構類材料中已廣泛應用，但作為汽車功能類材料，不論強度、韌性，還是耐磨、耐腐蝕性、耐衝擊性，常規6000系列鋁合金均很難達到要求。汽車零部件產品屬於汽車動力控制系統，因為工作環境的特殊性，產品的強度、韌性、耐磨、耐腐蝕性要求極苛亥IJ，現有技術中的汽車常規的6000系列鋁合金很難滿足強度、韌性、耐磨、耐腐蝕、耐衝擊等要求。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是提供一種力學性能、耐摩擦、耐腐蝕能力高的汽車零部件鋁型材及其製備方法。
[0004]一種汽車零部 件鋁型材，其含有如下質量百分比的金屬物質:
[0005]Sil.00-1.30%, Cu0.4-0.55%, Fe0.10-0.20、Mn0.30-0.40 %, Mg0.50-0.60%,Cr0.20-0.30%, Ti0.02-0.04%, Zn ≤ 0.03、單個雜質的量≤ 0.03、雜質總和≤ 0.10，其餘為Al。
[0006]本發明所述的汽車零部件鋁型材，其中，含有如下質量百分比的金屬物質:Sil.12%, Cu0.45%, Fe0.15%, Mn0.37%, Mg0.56%, Cr0.25%, Ti0.03%、單個雜質的量
0.03%、雜質總和0.10%，其餘為Al。
[0007]—種汽車零部件鋁型材的製備方法，其包括如下步驟:
[0008](I)熔煉:計算各金屬原料用量並按配比準備金屬原料，金屬原料包括:一級廢料，純度99.70%以上的鋁錠及中間合金，所述中間合金為矽含量為18-21%的鋁矽、銅含量為39-42%的鋁銅、鉻含量為3-4%的鋁鉻、錳含量為9.0-11.0%的鋁錳、純度≥99.90%的鎂錠和鈦含量為4-5%的鋁鈦，所述一級廢料佔所述金屬原料的量為50% ；
[0009]向熔煉爐中依次投入一級廢料、鋁錠及除所述鎂錠和鋁鈦外的中間合金，熔化溫度為720-760°C，待其熔化後，在745±5°C條件下投入高熔點的鋁鈦，再投入鎂錠，取樣進行化學檢測，調整各組份含量，使產品中的各組份含量滿足權利要求1或2的要求；
[0010](2)精煉、靜置、除氣、細化、過濾；
[0011](3)鑄造；
[0012](4)均質、鋸切、車皮；
[0013](5)擠壓、固溶、時效。[0014]本發明所述的所述的汽車零部件鋁型材的製備方法，其中，所述步驟(2)具體包括如下步驟:
[0015]熔煉結束後在熔煉爐中進行第一次精煉，在精煉容器中加入精煉劑，用量為2kg/T.Al，設定精煉時間30min，精煉溫度730_740°C，並調整氬氣壓力，保證氣泡高度不大於IOOmm ;利用除氣機除氣淨化，轉速在450r/min以上，氬氣流量保持在1.0-1.85m3/h ;第一次精煉結束後將熔體從熔煉爐轉移到靜置爐，從熔煉爐溶化結束溫度達到710°C開始至轉靜置爐前的熔體停留時間不得超過3h ;轉爐後在所述靜置爐內進行第二次精煉，精煉方法同第一次精煉，第二次精煉結束後再熔體表面均勻撒入8-lOkg覆蓋劑，靜置30min，最後經濾箱過濾。
[0016]本發明所述的所述的汽車零部件鋁型材的製備方法，其中，步驟(3)中，經過濾箱過濾後，採用熱頂方式進行鑄造，鑄棒直徑384mm，鑄造溫度710_740°C，鑄造速度50_90mm/min,冷卻水量 80_120L/min。
[0017]本發明所述的所述的汽車零部件鋁型材的製備方法，其中，步驟(4)具體包括如下步驟:均質:將鋁棒轉入均質爐進行均勻化處理，均勻化溫度為560±5°C，保溫時間為8h，冷卻方式為大風急冷2.5h以上，水冷0.5h以上；鋸切、車皮:均質後，將鋁棒鋸切成900mm定尺棒，並車皮3mm ;擠壓:鋁棒在6000t擠壓機進行擠壓，模溫450±20°C，棒溫490±20°C，擠壓速度4土 lm/min，出口溫度510°C以上。
[0018]本發明所述的所述的汽車零部件鋁型材的製備方法，其中，步驟(5)具體包括如下步驟:在線固溶處理:在型材的出口處設置固定裝置，所述固定裝置由三個輥構成，其中兩個棍豎直固定在 型材出口的兩側，剩餘的一個棍橫向固定在所述型材出口的上方，三個輥配合形成供所述型材擠出穿過的空間，在擠出過程中，型材與所述三個輥緊密接觸；擠壓出的材料在510°C以上時進行在線水冷，材料上下左右同時出水，保持均勻冷卻，冷卻水量130-180m3/h，冷卻至室溫；時效:固溶處理後，進行人工時效，溫度170-190°C，保溫9h。
[0019]本發明所述的所述的汽車零部件鋁型材的製備方法，其中，採用考邁託淬火水冷裝置，其頂部橫截面為矩形，在所述矩形的寬度的兩個側面分別裝有兩個水嘴，為兩個左水嘴和兩個右水嘴，矩形的上邊和下邊兩個邊所在的兩個側面上分別設置有4個水嘴，上邊四個水嘴依次為左I水嘴、左2水嘴、右I水嘴、右2水嘴，下邊四個水嘴依次為左3水嘴、左4水嘴、右3水嘴、右4水嘴，其中，每個水嘴的噴水量設置如下:左水嘴10m3/h、右水嘴30m3A,左I水嘴llm3/h、左2水嘴21m3/h、右I水嘴0m3/h、右2水嘴llm3/h，左3水嘴12m3/h、左4水嘴0m3/h、右3水嘴23m3/h、右4水嘴12m3/h。
[0020]本發明汽車零部件鋁型材與現有技術不同之處在於:
[0021]本發明汽車零部件鋁型材相比一般6000系列鋁合金，適當提高Si的含量，使Si與Mg充分形成Mg2Si後，Si有所剩餘，以單晶矽的形式存在，彌散分布後提高材料的耐摩擦性；當矽含量超過1.30%時，由於型材形狀的特殊性，導致擠壓過程中壓力過大，無法順利擠壓；相比一般6000系列鋁合金，適當提高Cu的含量，提高材料的強度，但Cu會降低材料的耐腐蝕性，增加Mn和Cr的含量，對耐腐蝕性進行彌補,但Mn含量不能超過0.40% ,Mn含量過多易形成粗大晶，影響產品性能。本發明所述鋁合金的力學性能、耐摩擦、耐腐蝕能力相比一般6000系鋁合金都得到明顯提高，本發明所述鋁合金力學性能要求高出6061合金力學性能的20%。[0022]本發明汽車零部件鋁型材的製備方法中，相比常規的6000系合金，均勻化溫度由常規的540°C提高到560±5°C，可以提高型材的韌性，試驗過程中首先採用540°C進行均質，發現型材的金相組織中析出物不均勻，且較粗大，由此判斷型材的韌性和抗衝擊性較差，通過調整均質制度為560°C，金相組織情況得到明顯改善，析出物細小且均勻。本發明產品為一體擠壓成型，內腔為圓形，外側為不規則類圓形，壁厚不均勻，尺寸精度要求高，尺寸要求比JISH4100特殊級嚴格50% ;進行在線固溶處理時，本發明產品為壁厚不均勻的類圓環型材，為保證冷卻均勻，上下左右水量需調整合理，並且安裝固定裝置，確保擠壓型材直線行走，整體保證冷卻水量150-180m3/h，冷卻至室溫。在此過程中，將固溶處理時形成的平衡溶質原子和平衡空位以過飽和形式保留至低溫。在以往型材尺寸不合格時，通常採用修整模具的方式來進行解決，此次通過多次修整模具無法達到目的時，通過分析淬火冷卻速度對型材尺寸的影響，進行多次的試驗和分析，抓住淬火水量與型材尺寸變化的規律，巧妙的設定部分水嘴，設定適當的水量(根據本發明產品的特點，設計了 12個水嘴不同的噴水量)，並在擠壓出口和淬火線末端安裝固定型材的制具，確保擠壓中的型材直線行走，有效的控制水量對型材熱量的分解，達到性能和尺寸的要求。
[0023]下面結合附圖對本發明的汽車零部件鋁型材作進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明汽車零部件鋁型材產品的結構示意圖；
[0025]圖2為本發明汽車零部件鋁型材製備方法中固定裝置的結構示意圖；
[0026]圖3為本發明汽車零部件鋁型材製備方法中考邁託淬火水冷裝置各個水嘴的分布及噴水量的示意圖；
[0027]圖4為本發明汽車零部件鋁型材金相組織照片。
【具體實施方式】
[0028]實施例1
[0029]一種汽車零部件鋁型材，其含有如下質量百分比的金屬物質:
[0030]Sil.00-1.30%,Cu0.4-0.55%,Mn0.30-0.40%,Mg0.50-0.60%,Cr0.20-0.30%,Ti0.02-0.04%、其餘為鋁；
[0031]現有技術鋁合金中各成分:Si0.60-0.70 Cu0.20-0.30 Fe ≤ 0.35、Mn ≤0.10,Mgl.0-1.1 %, Cr0.05-0.08%,Ti ≤0.10、其他為鋁，本發明正是對這個現有技
術的成分進行了調整。
[0032]一種汽車零部件鋁型材的製備方法，其包括如下步驟:
[0033](I)熔煉:計算各金屬原料用量並按配比準備金屬原料，金屬原料包括:一級廢料，純度99.70%以上的鋁錠及中間合金，所述中間合金為矽含量為18-21%的鋁矽、銅含量為39-42%的鋁銅 、鉻含量為3-4%的鋁鉻、錳含量為9.0-11.0%的鋁錳、純度≥99.90%的鎂錠和鈦含量為4-5%的鋁鈦，所述一級廢料佔所述金屬原料的量為50% ；
[0034]向熔煉爐中依次投入一級廢料、鋁錠及除所述鎂錠和鋁鈦外的中間合金，熔化溫度為720-760°C，待其熔化後，在745±5°C條件下投入高熔點的鋁鈦，再投入鎂錠，取樣進行化學檢測，調整各組份含量，使產品中的各組份含量滿足本發明的要求；[0035](2)精煉、靜置、除氣、細化、過濾:
[0036]熔煉結束後在熔煉爐中進行第一次精煉，在精煉容器中加入精煉劑，用量為2kg/T.Al，設定精煉時間30min，精煉溫度730_740°C，並調整氬氣壓力，保證氣泡高度不大於IOOmm ;利用除氣機除氣淨化，轉速在450r/min以上，氬氣流量保持在1.0-1.85m3/h ;第一次精煉結束後將熔體從熔煉爐轉移到靜置爐，從熔煉爐溶化結束溫度達到710°C開始至轉靜置爐前的熔體停留時間不得超過3h ;轉爐後在所述靜置爐內進行第二次精煉，精煉方法同第一次精煉，第二次精煉結束後再熔體表面均勻撒入8-lOkg覆蓋劑，靜置30min，最後經濾箱過濾。
[0037](3)鑄造:經過濾箱過濾後，採用熱頂方式進行鑄造，鑄棒直徑384mm，鑄造溫度710-740°C，鑄造速度 50-90mm/min，冷卻水量 80_120L/min。
[0038](4)均質、鋸切、車皮:將鋁棒轉入均質爐進行均勻化處理，均勻化溫度為560±5°C，保溫時間為8h，冷卻方式為大風急冷2.5h以上，水冷0.5h以上；鋸切、車皮:均質後，將鋁棒鋸切成900mm定尺棒，並車皮3mm ;擠壓:鋁棒在6000t擠壓機進行擠壓，模溫450±20°C，棒溫 490±20°C，擠壓速度 4土 lm/min，出口溫度 510°C 以上；
[0039](5)擠壓、固溶、時效: [0040]在線固溶處理:在型材的出口處設置固定裝置，如圖2所示，所述固定裝置由三個棍構成，其中兩個棍2豎直固定在型材出口的兩側，剩餘的一個棍3橫向固定在所述型材出口的上方，三個輥配合形成供所述型材擠出穿過的空間，所述三個輥在擠出過程中緊密貼合所述型材；
[0041]擠壓出的材料在510°C以上時進行在線水冷，材料上下左右同時出水，保持均勻冷卻，冷卻水量130-180m3/h，冷卻至室溫；
[0042]時效:固溶處理後，進行人工時效，溫度170_190°C，保溫9h ；
[0043]淬火冷卻時採用考邁託淬火水冷裝置，設置有多個水嘴4，如圖3所示，其頂部橫截面為矩形，如圖1所示，因為本發明的鋁合金型材為壁厚不均勻的類圓環型材產品1，為一體擠壓成型，內腔為圓形，外側為不規則類圓形，壁厚不均勻，尺寸精度要求高，尺寸要求比JISH4100特殊級嚴格50% ;進行在線固溶處理時，本發明產品為壁厚不均勻的類圓環型材產品1，為保證冷卻均勻，上下左右水量需調整合理，所以每個水嘴4的噴水量均不同，具體分布為:在所述矩形的寬度的兩個側面分別裝有兩個水嘴4，為兩個左水嘴和兩個右水嘴，矩形的上邊和下邊兩個邊所在的兩個側面上分別設置有4個水嘴4，上邊四個水嘴4依次為左I水嘴、左2水嘴、右I水嘴、右2水嘴，下邊四個水嘴4依次為左3水嘴、左4水嘴、右3水嘴、右4水嘴，其中，每個水嘴4的噴水量設置如下:左水嘴10m3/h、右水嘴30m3/h，左I水嘴llm3/h、左2水嘴21m3/h、右I水嘴0m3/h、右2水嘴llm3/h，左3水嘴12m3/h、左4水嘴 0m3/h、右 3 水嘴 23m3/h、右 4 水嘴 12m3/h。
[0044]本發明所述鋁合金材料與現有技術6000鋁合金材料的力學性能對比結果如表1所示，本發明所述鋁合金材料金相照片如圖4所示，顯示析出物細小、均勻，可見材料的耐磨擦性、抗衝擊性較高。
[0045]表1.本發明鋁合金和現有技術鋁合金的力學性能對比
[0046]
【權利要求】
1.一種汽車零部件鋁型材，其特徵在於:含有如下質量百分比的金屬物質:
Sil.00-1.30 %、Cu0.4-0.55 %、Fe0.10-0.20、Mn0.30-0.40 Mg0.50-0.60Cr0.20-0.30%, Ti0.02-0.04%, Zn ( 0.03、單個雜質的量≤ 0.03、雜質總和≤ 0.10，其餘為Al。
2.根據權利要求1所述的汽車零部件鋁型材，其特徵在於:含有如下質量百分比的金屬物質:Sil.12%, Cu0.45%,Fe0.15%,Mn0.37%,Mg0.56%, Cr0.25%, Ti0.03%、單個雜質的量0.03%、雜質總和0.10%，其餘為Al。
3.—種權利要求1或2所述的汽車零部件鋁型材的製備方法，其特徵在於:包括如下步驟: (1)熔煉:計算各金屬原料用 量並按配比準備金屬原料，金屬原料包括:一級廢料，純度99.70%以上的鋁錠及中間合金，所述中間合金為矽含量為18-21%的鋁矽、銅含量為39-42%的鋁銅、鉻含量為3-4%的鋁鉻、錳含量為9.0-11.0%的鋁錳、純度≥99.90%的鎂錠和鈦含量為4-5%的鋁鈦，所述一級廢料佔所述金屬原料的量為50% ； 向熔煉爐中依次投入一級廢料、鋁錠及除所述鎂錠和鋁鈦外的中間合金，熔化溫度為720-760 0C，待其熔化後，在745 ± 5 °C條件下投入高熔點的鋁鈦，再投入鎂錠，取樣進行化學檢測，調整各組份含量，使產品中的各組份含量滿足權利要求1或2的要求； (2)精煉、靜置、除氣、細化、過濾； (3)鑄造； (4)均質、鋸切、車皮； (5)擠壓、固溶、時效。
4.根據權利要求3所述的所述的汽車零部件鋁型材的製備方法，其特徵在於:所述步驟(2)具體包括如下步驟: 熔煉結束後在熔煉爐中進行第一次精煉，在精煉容器中加入精煉劑，用量為2kg/T.Al，設定精煉時間30min，精煉溫度730_740°C，並調整氬氣壓力，保證氣泡高度不大於IOOmm ;利用除氣機除氣淨化，轉速在450r/min以上，氬氣流量保持在1.0-1.85m3/h ;第一次精煉結束後將熔體從熔煉爐轉移到靜置爐，從熔煉爐溶化結束溫度達到710°C開始至轉靜置爐前的熔體停留時間不得超過3h ;轉爐後在所述靜置爐內進行第二次精煉，精煉方法同第一次精煉，第二次精煉結束後再熔體表面均勻撒入8-lOkg覆蓋劑，靜置30min，最後經濾箱過濾。
5.根據權利要求3所述的汽車零部件鋁型材，其特徵在於:步驟(3)中，經過濾箱過濾後，採用熱頂方式進行鑄造，鑄棒直徑384mm，鑄造溫度710_740°C，鑄造速度50-90mm/min，冷卻水量80-120L/min。
6.根據權利要求3所述的汽車零部件鋁型材，其特徵在於:步驟(4)具體包括如下步驟:均質:將鋁棒轉入均質爐進行均勻化處理，均勻化溫度為560±5°C，保溫時間為8h，冷卻方式為大風急冷2.5h以上，水冷0.5h以上；鋸切、車皮:均質後，將鋁棒鋸切成900mm定尺棒，並車皮3mm ;擠壓:鋁棒在6000t擠壓機進行擠壓，模溫450±20°C，棒溫490±20°C，擠壓速度4± lm/min，出口溫度51 (TC以上。
7.根據權利要求3所述的汽車零部件鋁型材，其特徵在於:步驟(5)具體包括如下步驟:在線固溶處理:在型材的出口處設置固定裝置，所述固定裝置由三個輥構成，其中兩個棍豎直固定在型材出口的兩側，剩餘的一個棍橫向固定在所述型材出口的上方，三個棍配合形成供所述型材擠出穿過的空間，在擠出過程中，型材與所述三個輥緊密接觸；擠壓出的材料在510°C以上時進行在線水冷，材料上下左右同時出水，保持均勻冷卻，冷卻水量130-180m3/h，冷卻至室溫；時效:固溶處理後，進行人工時效，溫度170-190°C，保溫9h。
8.根據權利要求7所述的汽車零部件鋁型材，其特徵在於:採用考邁託淬火水冷裝置，其頂部橫截面為矩形，在所述矩形的寬度的兩個側面分別裝有兩個水嘴，為兩個左水嘴和兩個右水嘴，矩形的上邊和下邊兩個邊所在的兩個側面上分別設置有4個水嘴，上邊四個水嘴依次為左I水嘴、左2水嘴、右I水嘴、右2水嘴，下邊四個水嘴依次為左3水嘴、左4水嘴、右3水嘴、右4水嘴，其中，每個水嘴的噴水量設置如下:左水嘴10m3/h、右水嘴30m3/h，左I水嘴llm3/h、左2水嘴21m3/h、右I水嘴0m3/h、右2水嘴llm3/h，左3水嘴12m3/h、左4水嘴0m3/h、 右3水嘴23m3/h、右4水嘴12m3/h。
【文檔編號】C22C21/02GK104018036SQ201410294209
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】張培良, 王剛, 王明坤, 孫協濤, 呂懷成 申請人:龍口市叢林鋁材有限公司