一種用於車身製造的質輕抗裂鋁合金的加工工藝的製作方法

2024-02-19 03:46:15

本發明屬於合金領域，具體涉及一種用於車身製造的質輕抗裂鋁合金的加工工藝。

背景技術：

隨著科技的發展，以汽車為代表的交通工具需要通過減輕車身的重量，來進一步提升燃料利用率。在汽車製造業中，鋁合金作為一種輕質金屬材料，比重小，強度高，被廣泛應用於車身加工中，其力學性能以及鑄造性能都十分優異，但是鋁合金在鑄造過程中和其它合金一樣，在凝固時會因體積収縮而產生縮孔、縮松，導致其內部應力較大，嚴重影響鋁合金鑄件的機械性能、氣密性以及耐蝕性。

因此，為了解決以上問題研製出一種鋁合金是本領域技術人員所急需解決的難題。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明公開了一種用於車身製造的質輕抗裂鋁合金的加工工藝。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種用於車身製造的質輕抗裂鋁合金的加工工藝，質輕抗裂鎂鋁合金的組成成分以及各成分所佔質量百分比分別為：Cu：1.2～2％、Zn：0.3～5％、Li：0.1～9％、Ni：1.1～2.1％、Zr：0.2～0.5％、Ti：0.3～0.5％、Hf：0.1～0.7％、Si：1.5～3.2％、V：0.3～1％、Mg：0.6～1.2％、稀土：3.2～15％，其餘為Al。

進一步地，具體加工工藝為：

(1)按照質輕抗裂鎂鋁合金中的金屬元素配比配製一定合金原料，放入真空感應爐內，升溫至820～870℃後熔化，待完全熔化為合金液後加入精煉劑進行精煉；

(2)向精煉完成的合金液中添加變質劑，升溫至920～950℃後保溫0.5～1h，再快速升溫至1000～1050℃，並以30～35℃/min的速度降溫澆鑄成鋁合金錠；

(3)待鋁合金錠的表面溫度下降至280～320℃時，放入真空自耗電極電弧爐進行重熔，待鋁合金錠完全熔化為鋁合金液後加入稀土，攪拌均勻後轉移至電子束熔煉爐中；

(4)將電子束熔煉爐中的電子槍束流以1mA/s的速度增加至200mA，待稀土完全溶於鋁合金液中時，繼續以2mA/s的速度將電子槍束流增加至400mA，並將電子束束斑直徑調整為25nm，時長為5～10min，獲得稀土鋁合金液；然後澆鑄至溫度為200～300℃的金屬鑄型中形成稀土鋁合金錠以備用；

(5)將稀土鋁合金錠分為兩部分，分別放入溫度為800～850℃以及1000～1050℃的兩個電阻爐中重新熔化，分別得到低溫稀土鋁合金液以及高溫稀土鋁合金液；將高溫稀土鋁合金液倒入低溫稀土鋁合金液中，均勻混合後，保持溫度於870～920℃，並澆鑄至溫度為200～300℃的金屬鑄型中，獲得質輕抗裂鋁合金。

作為優選，稀土為Gd、Y、Sc、Sm、Nd、Yb以及La中的任意一種或者任意幾種的組合。

作為優選，步驟(2)中的變質劑的添加量為合金液質量的7～15％，為P-Cu+RE複合變質劑，加入量佔變質劑質量的百分比分別為P-Cu：3～14％、RE：86～97％。

作為優選，質輕抗裂鎂鋁合金的組成成分以及各成分所佔質量百分比分別為：Cu：1.5～1.8％、Zn：1.8～4％、Li：1～7％、Ni：1.3～1.8％、Zr：0.3～0.5％、Ti：0.4～0.5％、Hf：0.2～0.5％、Si：1.7～3％、V：0.4～0.8％、Mg：0.7～1％、稀土：5～12％，其餘為Al。

本發明提供了一種質輕抗裂的鋁合金，由Cu、Zn、Li、Ni、Zr、Ti、Hf、Si、V、Mg、稀土以及Al組成。其中Al作為合金的主體元素，添加稀土元素則能夠改變合金的β相結構，Li和Zr有強烈的細化晶粒和淨化合金液作用，並且Li還能夠使合金凝固時結晶潛熱發生改變；Ni為淬透性元素，可充分提高合金的淬透性以及抗衝擊韌性；Ti具有穩定的化學性質，同時具有良好的耐高溫性；Hf可防止斷面裂紋的產生；並且微量的V能夠賦予本合金一些特殊機能，如提高抗張強度和屈服點；並且本發明還提供了具體的加工方法，在現有合金加工工藝的基礎上，使用變質劑與電子束熔煉相結合，保證合金在凝固之後的顯微組織非常細小，利用合金製造的鑄件機械性能、氣密性以及耐蝕性大大提升。

本發明與現有技術相比，採用獨創的成分配比以及工藝，保證合金在冷卻凝固時不發生收縮，有效避免縮孔以及縮松等缺陷的產生，同時合金顯微組織細小，進一步保證加工性能以及機械性能的顯著提高，降低鑄件加工成本；利用本合金製造的車身件不僅質輕，同時具有優秀的抗裂性、耐磨蝕性，能夠促使汽車鑄造技術的迅速發展。

具體實施方式

以下將結合具體實施例對本發明提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述具體實施方式僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。

實施例1：

一種用於車身製造的質輕抗裂鋁合金的加工工藝，質輕抗裂鎂鋁合金的組成成分以及各成分所佔質量百分比分別為：Cu：1.2％、Zn：0.3％、Li：0.1％、Ni：1.1％、Zr：0.2％、Ti：0.3％、Hf：0.1％、Si：1.5％、V：0.3％、Mg：0.6％、稀土：3.2％，其餘為Al。

具體加工工藝為：

(1)按照質輕抗裂鎂鋁合金中的金屬元素配比配製一定合金原料，放入真空感應爐內，升溫至820℃後熔化，待完全熔化為合金液後加入精煉劑進行精煉；

(2)向精煉完成的合金液中添加變質劑，升溫至920℃後保溫0.5h，再快速升溫至1000℃，並以35℃/min的速度降溫澆鑄成鋁合金錠；

(3)待鋁合金錠的表面溫度下降至280℃時，放入真空自耗電極電弧爐進行重熔，待鋁合金錠完全熔化為鋁合金液後加入稀土，攪拌均勻後轉移至電子束熔煉爐中；

(4)將電子束熔煉爐中的電子槍束流以1mA/s的速度增加至200mA，待稀土完全溶於鋁合金液中時，繼續以2mA/s的速度將電子槍束流增加至400mA，並將電子束束斑直徑調整為25nm，時長為5min，獲得稀土鋁合金液；然後澆鑄至溫度為200℃的金屬鑄型中形成稀土鋁合金錠以備用；

(5)將稀土鋁合金錠分為兩部分，分別放入溫度為800℃以及1000℃的兩個電阻爐中重新熔化，分別得到低溫稀土鋁合金液以及高溫稀土鋁合金液；將高溫稀土鋁合金液倒入低溫稀土鋁合金液中，均勻混合後，保持溫度於870℃，並澆鑄至溫度為200℃的金屬鑄型中，獲得質輕抗裂鋁合金。

稀土為Gd。

步驟(2)中的變質劑的添加量為合金液質量的7％，為P-Cu+RE複合變質劑，加入量佔變質劑質量的百分比分別為P-Cu：3％、RE：97％。

實施例2：

一種用於車身製造的質輕抗裂鋁合金的加工工藝，質輕抗裂鎂鋁合金的組成成分以及各成分所佔質量百分比分別為：Cu：2％、Zn：5％、Li：9％、Ni：2.1％、Zr：0.5％、Ti：0.5％、Hf：0.7％、Si：3.2％、V：1％、Mg：1.2％、稀土：15％，其餘為Al。

具體加工工藝為：

(1)按照質輕抗裂鎂鋁合金中的金屬元素配比配製一定合金原料，放入真空感應爐內，升溫至870℃後熔化，待完全熔化為合金液後加入精煉劑進行精煉；

(2)向精煉完成的合金液中添加變質劑，升溫至950℃後保溫1h，再快速升溫至1050℃，並以32℃/min的速度降溫澆鑄成鋁合金錠；

(3)待鋁合金錠的表面溫度下降至320℃時，放入真空自耗電極電弧爐進行重熔，待鋁合金錠完全熔化為鋁合金液後加入稀土，攪拌均勻後轉移至電子束熔煉爐中；

(4)將電子束熔煉爐中的電子槍束流以1mA/s的速度增加至200mA，待稀土完全溶於鋁合金液中時，繼續以2mA/s的速度將電子槍束流增加至400mA，並將電子束束斑直徑調整為25nm，時長為10min，獲得稀土鋁合金液；然後澆鑄至溫度為300℃的金屬鑄型中形成稀土鋁合金錠以備用；

(5)將稀土鋁合金錠分為兩部分，分別放入溫度為850℃以及1050℃的兩個電阻爐中重新熔化，分別得到低溫稀土鋁合金液以及高溫稀土鋁合金液；將高溫稀土鋁合金液倒入低溫稀土鋁合金液中，均勻混合後，保持溫度於920℃，並澆鑄至溫度為300℃的金屬鑄型中，獲得質輕抗裂鋁合金。

稀土為Sc。

步驟(2)中的變質劑的添加量為合金液質量的5％，為P-Cu+RE複合變質劑，加入量佔變質劑質量的百分比分別為P-Cu：14％、RE：86％。

實施例3：

一種用於車身製造的質輕抗裂鋁合金的加工工藝，質輕抗裂鎂鋁合金的組成成分以及各成分所佔質量百分比分別為：Cu：1.5～1.8％、Zn：1.8～4％、Li：1～7％、Ni：1.3～1.8％、Zr：0.3～0.5％、Ti：0.4～0.5％、Hf：0.2～0.5％、Si：1.7～3％、V：0.4～0.8％、Mg：0.7～1％、稀土：5～12％，其餘為Al。

具體加工工藝為：

(1)按照質輕抗裂鎂鋁合金中的金屬元素配比配製一定合金原料，放入真空感應爐內，升溫至850℃後熔化，待完全熔化為合金液後加入精煉劑進行精煉；

(2)向精煉完成的合金液中添加變質劑，升溫至933℃後保溫0.7h，再快速升溫至1020℃，並以30℃/min的速度降溫澆鑄成鋁合金錠；

(3)待鋁合金錠的表面溫度下降至300℃時，放入真空自耗電極電弧爐進行重熔，待鋁合金錠完全熔化為鋁合金液後加入稀土，攪拌均勻後轉移至電子束熔煉爐中；

(4)將電子束熔煉爐中的電子槍束流以1mA/s的速度增加至200mA，待稀土完全溶於鋁合金液中時，繼續以2mA/s的速度將電子槍束流增加至400mA，並將電子束束斑直徑調整為25nm，時長為7min，獲得稀土鋁合金液；然後澆鑄至溫度為260℃的金屬鑄型中形成稀土鋁合金錠以備用；

(5)將稀土鋁合金錠分為兩部分，分別放入溫度為820℃以及1030℃的兩個電阻爐中重新熔化，分別得到低溫稀土鋁合金液以及高溫稀土鋁合金液；將高溫稀土鋁合金液倒入低溫稀土鋁合金液中，均勻混合後，保持溫度於900℃，並澆鑄至溫度為240℃的金屬鑄型中，獲得質輕抗裂鋁合金。

稀土為Gd、Sm、Yb以及La的組合。

步驟(2)中的變質劑的添加量為合金液質量的10％，為P-Cu+RE複合變質劑，加入量佔變質劑質量的百分比分別為P-Cu：10％、RE：90％。

分別通過以上三個實施例提供的加工工藝製作10mm厚的板狀鑄件，分別進行力學測試。

實施例1的屈服強度達到450～460Mpa，抗拉強度到達468～473Mpa，延伸率為14％；實施例2的屈服強度達到470～476Mpa，抗拉強度到達483～490Mpa，延伸率為13％；實施例3的屈服強度達到491～495Mpa，抗拉強度到達503～507Mpa，延伸率為9％。

綜上，通過以上三個實施例獲得的合金都具有優異的屈服強度、抗拉強度，以及較低的延伸率，並且實施例3所公開的工藝參數以及成分配比為佳。

最後需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制性技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。