CN110306085B - 一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金及其制备方法，该6061铝合金原料包括0.6‑0.8wt％的Si、0.1‑0.23wt％的Mn、0.7‑0.9wt％的Mg、0.1‑0.3wt％的Cr、0.2‑0.4wt％的Fe、0.12‑0.25wt％的Cu及0.05‑0.18wt％的Ti，余量为Al。所述6061铝合金原料的制备方法，包括步骤：步骤(1)：熔炼：得合金溶液；步骤(2)：过滤：采用双级陶瓷过滤片过滤步骤(1)所得合金溶液，得待用液；步骤(3)：铸造：将步骤(2)过滤后的待用液制得铸造坯料；步骤(4)：均匀化处理：得铝合金锭；步骤(5)：挤压成型：得6061铝合金型材；步骤(6)：热处理：即得6061铝合金。由此得到的6061铝合金具有成型性能好、强度高、硬度大、使用寿命长的特点。

Description

一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金及其制备方法。
背景技术
为满足汽车轻量化要求，符合节能环保、安全可靠的要求，各种轻量化材料得到了迅猛的发展。与汽车用钢材相比，铝合金材具有密度小、强度高、耐锈蚀等优点，能满足汽车轻量化的特殊要求，已成为汽车轻量化技术中替代钢材的主要材料。但由于晶体结构的限制，普通的铝合金材料成形性能较差，在成形过程中，极易造成裂纹、开裂、变形等缺陷，现有的对于汽车用的铝合金型材的加工方法，制得的铝合金型材的强度、硬度还不够优异，使用寿命有待延长，还无法完全满足汽车使用需求。
本发明的目的在于，提供一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金及其制备方法。本发明制得的铝合金型材，具有成型性能好、强度高、硬度大、使用寿命长的特点。
发明内容
本发明旨在提供一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金及其制备方法。本汽车门槛板作为汽车车身的结构部件以往设计采用等截面结构，通常选用厚度大于1.4mm的金属板材经滚压工艺制造来增加门槛板的防侧撞性能，但是随着整车的轻量化，减少整车油耗，提高汽车的燃油经济性，汽车车身上的任何一处可减重的零件均需要相应的减重处理，但是减重不是意味着降低产品的强度和刚度，也不应提高产品生产成本，在汽车门槛板设计时要保证在减少门槛板重量的同时不能降低门槛板的强度，同时在生产过程中尽可能降低产品的制造成本，提高产品的经济效益，由此，需要对目前使用的门槛板结构进行优化。之前的汽车门槛均采用厚度为1mm并且强度不小于1180MPa的金属板材，本发明是使用6系铝材，并且在达到钢材的性能外，更加轻便。
具体地，本发明提供了以下技术方案：
本发明一方面提供一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金：
所述6061铝合金原料包括0.6-0.8wt％的Si、0.1-0.23wt％的Mn、0.7-0.9wt％的Mg、0.1-0.3wt％的Cr、0.2-0.4wt％的Fe、0.12-0.25wt％的Cu及0.05-0.18wt％的Ti，余量为Al。
进一步优选地，所述6061铝合金原料包括0.65-0.7wt％的Si、0.11-0.16wt％的Mn、0.85-0.9wt％的Mg、0.15-0.2wt％的Cr、0.25-0.3wt％的Fe、0.21-0.24wt％的Cu及0.08-0.12wt％的Ti，余量为Al。
进一步优选地，所述6061铝合金原料包括0.68wt％的Si、0.15wt％的Mn、0.89wt％的Mg、0.18wt％的Cr、0.25wt％的Fe、0.23wt％的Cu及0.11wt％的Ti，余量为Al。
本发明另一方面是提供一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金的制备方法，包括步骤：
(1)熔炼：将铝锭加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，再加入镁锭、铝钛合金、纯铜及铝硅中间合金，搅拌均匀至物料完全熔化，得合金溶液；
(2)过滤：采用双级陶瓷过滤片过滤步骤(1)所得合金溶液，得待用液；
(3)铸造：将步骤(2)过滤后的待用液铸成铝棒，然后于520℃-550℃的条件下保温10-12h，再升温至560℃-580℃保温7h，得铸造坯料；
(4)均匀化处理：将步骤(3)得到的铸造坯料置于均匀化处理设备中，在560-580℃条件下保温6-8小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝合金锭；
(5)挤压成型：将步骤(4)得到的铝合金锭在50-55MN挤压机中挤压成型，得6061铝合金型材；
(6)热处理：将步骤(5)得到的6061铝合金型材在530-560℃条件下保温3-6小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火3-5分钟，控制淬火转移时间不超过8-10秒，最后在160-200℃条件下保温6-10小时，进行时效处理，即得6061铝合金。
进一步地，还包括步骤(7)：拉伸矫直：把所述6061铝合金进行拉伸矫直，拉伸量为1-5％。
进一步地，步骤(2)所述双级陶瓷过滤片过滤板目数分别为30-40目及50-60目。
进一步地，步骤(5)所述挤压成型过程中将所述铝合金锭加热至500℃-520℃，温度梯度为6℃-8℃。
进一步地，步骤(5)所述挤压成型过程中挤压筒温度为400℃-430℃，挤压模具的温度为460℃-480℃，挤压速度为4-6m/min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的6061铝合金的加工方法通过添加Mn元素和Cr元素调整6061铝合金成分的比例，在加热过程中达到抑制晶粒生长，使得该6061铝合金具有成型性能好、强度高、硬度大、使用寿命长的特点；
(2)本发明提供的6061铝合金的加工方法简单，易操作，能有效降低6061铝合金的挤压裂纹。
具体实施方式
本发明提供了一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金，所述6061铝合金原料包括0.6-0.8wt％的Si、0.1-0.23wt％的Mn、0.7-0.9wt％的Mg、0.1-0.3wt％的Cr、0.2-0.4wt％的Fe、0.12-0.25wt％的Cu及0.05-0.18wt％的Ti，余量为Al；优选地，所述6061铝合金原料包括0.65-0.7wt％的Si、0.11-0.16wt％的Mn、0.85-0.9wt％的Mg、0.15-0.2wt％的Cr、0.25-0.3wt％的Fe、0.21-0.24wt％的Cu及0.08-0.12wt％的Ti，余量为Al；进一步优选地，所述6061铝合金原料包括0.68wt％的Si、0.15wt％的Mn、0.89wt％的Mg、0.18wt％的Cr、0.25wt％的Fe、0.23wt％的Cu及0.11wt％的Ti，余量为Al。
本发明还提供一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金的制备方法，包括步骤：
(1)熔炼：将铝锭加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，再加入镁锭、铝钛合金、纯铜及铝硅中间合金，搅拌均匀至物料完全熔化，得合金溶液；
(2)过滤：采用双级陶瓷过滤片过滤步骤(1)所得合金溶液，得待用液；所述双级陶瓷过滤片过滤板目数分别为30-40目及50-60目；优选地，所述双级陶瓷过滤片过滤板目数分别为35目及55目；
(3)铸造：将步骤(2)过滤后的待用液铸成铝棒，然后于520℃-550℃的条件下保温10-12h，再升温至560℃-580℃保温7h，得铸造坯料；优选地，于535℃的条件下保温11h，再升温至570℃保温7h；
(4)均匀化处理：将步骤(3)得到的铸造坯料置于均匀化处理设备中，在560-580℃条件下保温6-8小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝合金锭；优选地，在570℃条件下保温7小时；
(5)挤压成型：将步骤(4)得到的铝合金锭在50-55MN挤压机中挤压成型，得6061铝合金型材；所述挤压成型过程中将所述铝合金锭加热至500℃-520℃，温度梯度为6℃-8℃；所述挤压成型过程中挤压筒温度为400℃-430℃，挤压模具的温度为460℃-480℃，挤压速度为4-6m/min；优选地，所述挤压成型过程中将所述铝合金锭加热至510℃，温度梯度为7℃；所述挤压成型过程中挤压筒温度为415℃，挤压模具的温度为470℃，挤压速度为5m/min；
(6)热处理：将步骤(5)得到的6061铝合金型材在530-560℃条件下保温3-6小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火3-5分钟，控制淬火转移时间不超过8-10秒，最后在160-200℃条件下保温6-10小时，进行时效处理，即得6061铝合金；优选地，在545℃条件下保温4小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火4分钟，控制淬火转移时间不超过9秒，最后在180℃条件下保温8小时；
(7)拉伸矫直：把所述6061铝合金进行拉伸矫直，拉伸量为1-5％；优选地，拉伸量为3％。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方式。
实施例1
一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金的制备方法：
(1)熔炼：将铝锭加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，再加入镁锭、铝钛合金、纯铜及铝硅中间合金，搅拌均匀至物料完全熔化，得合金溶液；
(2)过滤：采用双级陶瓷过滤片过滤步骤(1)所得合金溶液，得待用液；所述双级陶瓷过滤片过滤板目数分别为30目及50目；
(3)铸造：将步骤(2)过滤后的待用液铸成铝棒，然后于520℃的条件下保温10h，再升温至560℃保温7h，得铸造坯料；
(4)均匀化处理：将步骤(3)得到的铸造坯料置于均匀化处理设备中，在560℃条件下保温6小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝合金锭；
(5)挤压成型：将步骤(4)得到的铝合金锭在50MN挤压机中挤压成型，得6061铝合金型材；所述挤压成型过程中将所述铝合金锭加热至500℃，温度梯度为6℃；所述挤压成型过程中挤压筒温度为400℃，挤压模具的温度为460℃，挤压速度为4m/min；
(6)热处理：将步骤(5)得到的6061铝合金型材在530℃条件下保温3小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火3分钟，控制淬火转移时间不超过8秒，最后在160℃条件下保温6小时，进行时效处理，即得6061铝合金；
(7)拉伸矫直：把所述6061铝合金进行拉伸矫直，拉伸量为2％。
实施例2
一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金的制备方法：
(1)熔炼：将铝锭加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，再加入镁锭、铝钛合金、纯铜及铝硅中间合金，搅拌均匀至物料完全熔化，得合金溶液；
(2)过滤：采用双级陶瓷过滤片过滤步骤(1)所得合金溶液，得待用液；所述双级陶瓷过滤片过滤板目数分别为35目及55目；
(3)铸造：将步骤(2)过滤后的待用液铸成铝棒，然后于530℃的条件下保温11h，再升温至570℃保温7h，得铸造坯料；
(4)均匀化处理：将步骤(3)得到的铸造坯料置于均匀化处理设备中，在570℃条件下保温7小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝合金锭；
(5)挤压成型：将步骤(4)得到的铝合金锭在53MN挤压机中挤压成型，得6061铝合金型材；所述挤压成型过程中将所述铝合金锭加热至510℃，温度梯度为7℃；所述挤压成型过程中挤压筒温度为415℃，挤压模具的温度为470℃，挤压速度为5m/min；
(6)热处理：将步骤(5)得到的6061铝合金型材在545℃条件下保温4小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火4分钟，控制淬火转移时间不超过9秒，最后在180℃条件下保温8小时，进行时效处理，即得6061铝合金；
(7)拉伸矫直：把所述6061铝合金进行拉伸矫直，拉伸量为3％。
实施例3
(1)熔炼：将铝锭加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，再加入镁锭、铝钛合金、纯铜及铝硅中间合金，搅拌均匀至物料完全熔化，得合金溶液；
(2)过滤：采用双级陶瓷过滤片过滤步骤(1)所得合金溶液，得待用液；所述双级陶瓷过滤片过滤板目数分别为40目及60目；
(3)铸造：将步骤(2)过滤后的待用液铸成铝棒，然后于550℃的条件下保温12h，再升温至580℃保温7h，得铸造坯料；
(4)均匀化处理：将步骤(3)得到的铸造坯料置于均匀化处理设备中，在580℃条件下保温8小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝合金锭；
(5)挤压成型：将步骤(4)得到的铝合金锭在55MN挤压机中挤压成型，得6061铝合金型材；所述挤压成型过程中将所述铝合金锭加热至520℃，温度梯度为8℃；所述挤压成型过程中挤压筒温度为430℃，挤压模具的温度为480℃，挤压速度为6m/min；
(6)热处理：将步骤(5)得到的6061铝合金型材在560℃条件下保温6小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火5分钟，控制淬火转移时间不超过10秒，最后在200℃条件下保温10小时，进行时效处理，即得6061铝合金；
(7)拉伸矫直：把所述6061铝合金进行拉伸矫直，拉伸量为5％。
验证试验
试验例1
重复实施例1-3，得到足够多的6061铝合金。
以实施例3的6061铝合金为例。该6061铝合金的米重为18kg/m，其在55MN挤压机生产，挤压速度高达6m/min的条件下，未出现挤压裂纹。
同样的，将实施例1-2的6061铝合金在挤压速度高达6m/min的条件下测定，也均未出现挤压裂纹。并且，实施例3中6061铝合金能够承受的最高挤压速度大于实施例1-2。
此外，以现有技术中6061铝合金为例，其在挤压速度为2.8m/min的条件下，表面即产生挤压裂纹。测试结果如表1所示：
表1挤压对照试验结果
Figure BDA0002140925200000071
由此可以看出，本发明实施例提供的6061铝合金的加工方法得到的产品性能好、强度高、硬度大、使用寿命长。
综上所述，本发明实施例提供的6061铝合金的加工方法简单，易操作，能使6061铝合金的性能更优、强度更高、硬度更大、使用寿命更长，更适合于在汽车门槛上使用。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金，其特征在于，包括0.68wt％的Si、0.15wt％的Mn、0.89wt％的Mg、0.18wt％的Cr、0.25wt％的Fe、0.23wt％的Cu及0.11wt％的Ti，余量为Al；
所述高强度6061铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：将铝锭加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，再加入镁锭、铝钛合金、纯铜及铝硅中间合金，搅拌均匀至物料完全熔化，得合金溶液；
(2)过滤：采用双级陶瓷过滤片过滤步骤(1)所得合金熔液 ，得待用液；其中，所述双级陶瓷过滤片过滤板目数分别为30-40目及50-60目；
(3)铸造：将步骤(2)过滤后的待用液铸成铝棒，然后于520℃-550℃的条件下保温10-12h，再升温至560℃-580℃保温7h，得铸造坯料；
(4)均匀化处理：将步骤(3)得到的铸造坯料置于均匀化处理设备中，在560-580℃条件下保温6-8小时，进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝合金锭；
(5)挤压成型：将步骤(4)得到的铝合金锭在50-55MN挤压机中挤压成型，得6061铝合金型材；其中，所述挤压成型过程中将所述铝合金锭加热至500℃-520℃，温度梯度为6℃-8℃；所述挤压成型过程中挤压筒温度为400℃-430℃，挤压模具的温度为460℃-480℃，挤压速度为4-6m/min；
(6)热处理：将步骤(5)得到的6061铝合金型材在530-560℃条件下保温3-6小时，进行固溶处理，然后在室温水中淬火3-5分钟，控制淬火转移时间不超过8-10秒，最后在160-200℃条件下保温6-10小时，进行时效处理，即得6061铝合金。
2.根据权利要求1所述的一种适用汽车门槛的多腔体高强度6061铝合金的制备方法，其特征在于，还包括：
(7)拉伸矫直：把所述6061铝合金进行拉伸矫直，拉伸量为1-5％。
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