CN110643865A

CN110643865A - 一种汽车控制臂型材及其制造工艺

Info

Publication number: CN110643865A
Application number: CN201910893558.XA
Authority: CN
Inventors: 廖健
Original assignee: CHENGDU SUNSHINE ALUMINIUM CO LTD
Current assignee: CHENGDU SUNSHINE ALUMINIUM CO LTD
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN110643865B

Abstract

本发明公开了一种汽车控制臂型材，其组成成分及质量百分比为：Mg为0.9~1.2％，Si为0.6~0.8％，Fe为0.24~0.25％，Cu为0.25~0.40％，Mn为0.04~0.05％，Cr为0.04~0.20％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al；它还包括汽车控制臂型材的制造工艺。本发明的有益效果是：提升铸锭质量、提升力学性能、工艺制造简单。

Description

一种汽车控制臂型材及其制造工艺

技术领域

本发明涉及铝合金材料领域，特别是一种汽车控制臂型材及其制造工艺。

背景技术

近年来，为实现减轻自身自重，节能降耗，减少尾气排放等，汽车工业逐步向轻量化发展。为应对汽车工业向轻量化方向发展的需要，控制臂生产企业纷纷采用铝合金材料来代替铸铁或钢材。

汽车控制臂作为汽车悬架***的导向和传力元件，通过球铰或者衬套把车轮和车身弹性地连接在一起，同时将作用在车轮上的各种力传递给车身，保证车轮按一定轨迹运动。在汽车行驶状态下它承受着多变的冲击载荷，因此，对组织均匀性、力学性能以及耐磨性提出严格的要求。以往，铝合金控制臂型材多采用低压铸造或自由锻造工艺，但是目前已经采用具有中等强度和良好加工性能的6061铝合金来挤压生产控制臂型材，控制臂型材的结构如图1所示。《JIS4100~2006》标准中记载了，由6061合金挤压出的控制臂型材的头部、中间位置、尾部的抗拉强度Rm分别为265Mpa、264Mpa和267Mpa；由6061合金挤压出的控制臂型材的头部、中间位置、尾部的屈服强度R_p0.2分别为253Mpa、251Mpa和255Mpa；由6061合金挤压出的控制臂型材的头部、中间位置、尾部的延伸率A分别为10%、10%和12.5%。但是这种6061合金生产出的控制臂型材虽然有较好的力学性能，但是为了保证汽车的可靠性，市场上提出了更高要求的力学性能。因此亟需一种提高控制臂型材力学性能、确保汽车安全性的新工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种提升铸锭质量、提升力学性能、工艺制造简单的汽车控制臂型材及其制造工艺。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种汽车控制臂型材，其组成成分及质量百分比为：Mg为0.9~1.2％，Si为0.6~0.8％，Fe为0.24~0.25％，Cu为0.25~0.40％，Mn为0.04~0.05％，Cr为0.04~0.20％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

其组成成分及质量百分比为：Mg为0.9％，Si为0.6％，Fe为0.24％，Cu为0.25％，Mn为0.04％，Cr为0.04％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

其组成成分及质量百分比为：Mg为1.0％，Si为0.7％，Fe为0.24％，Cu为0.32％，Mn为0.04％，Cr为0.10％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

其组成成分及质量百分比为：Mg为1.2％，Si为0.8％，Fe为0.25％，Cu为0.40％，Mn为0.05％，Cr为0.20％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

所述汽车控制臂型材的制造工艺，它包括以下步骤：

S1、铸锭的生产，具体包括以下步骤：

S11、铝液的制备：将原材料组成成份按重量配比要求加入熔炼炉内，控制熔体温度在730~750℃范围内；采用永磁搅拌器对原料正反交替搅拌18~20min；搅拌结束后进行扒渣，并在熔体表面撒入覆盖剂以防止吸气；采用氩气向静置在熔炼炉内的熔体中喷吹精炼剂，精炼剂用量为1.4~1.5kg/t，精炼时间为10~15min；采用在线式三转子除气机对熔体进行二次除氢、除渣处理，除气机转子的转速为490~500r/min，工作时氩气用量为4~5L/min，从而实现了铝液的制备；

S12、铸锭的浇铸：将步骤S11中的铝液浇铸到模具的型腔内，铸造温度为710~730℃，铸造速度为60~70mm/min，正常水流量3100~3300L/min，浇铸后即可在型腔内制得铸锭；

S13、铸锭的均质处理：将步骤S12中的铸锭转入到加热炉内，将铸锭加热到500~600℃，保温9~10h，保温段结束后将铸锭冷却炉中，通过强风风冷冷却铸锭，冷却1.8~2h后，采用水冷冷却铸锭，水冷时间为0.7~0.8h，最后将铸锭从冷却炉中转出；

S2、控制臂型材的挤压成型，具体包括以下步骤：

S21、设定挤压机的模具上机温度为430~470℃，挤压速度5~6m/min，并确保铸锭的上机温度为460~480℃；将铸锭输送到模具上，从挤压机出口处即可得到控制臂型材；

S22、淬火处理：在挤压机的出口处且位于其四周均安装喷淋头，喷淋头喷出的冷却水降低控制臂型材的表面温度，实现了在线水箱式淬火；

S23、时效处理：在时效温度为170~180℃范围内，保温度8~9h，以完成人工时效，时效结束后最终得到成品控制臂型材；

S3、检查控制臂型材首部、中间位置和尾部的力学性能。

本发明具有以下优点：（1）本发明将铸锭加热到500~600℃，保温9~10h，保温段结束后将铸锭冷却炉中，通过强风风冷冷却铸锭，冷却1.8~2h后，采用水冷冷却铸锭，水冷时间为0.7~0.8h，最后将铸锭从冷却炉中转出；通过该均匀化退火处理能够加速亚稳定组织的原子在晶内扩散，使晶内化学成分更加均匀，同时，富集在晶粒和枝晶边界上可溶的金属间化合物和强化相进行溶解和扩散，使铸锭组织更加均匀，加工性能得到提高。（2）在时效温度为170~180℃范围内，保温度8~9h，以完成人工时效，时效结束后最终得到成品控制臂型材；通过时效处理能够提高型材强度以及获得较高的塑性。

附图说明

图1为控制臂型材的结构示意图;

图2为铸锭的低倍照片；

图3为铸锭的边部高倍组织图；

图4为铸锭的半径1/2处高倍组织图；

图5为铸锭的中心部位高倍组织图；

图6为铸锭不同位置的力学性能图；

图7为在线淬火示意图；

图8控制臂型材不同位置的力学性能图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

实施例一：一种汽车控制臂型材，其组成成分及质量百分比为：Mg为0.9％，Si为0.6％，Fe为0.24％，Cu为0.25％，Mn为0.04％，Cr为0.04％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

Mg元素的含量控制在0.9~1.2%范围内，在合金中形成Mg₂Si强化相，起到提高合金的强度作用，保证汽车在频繁转向时受力低于本身强度，防止型材变形。Si的含量相对较高，使铸造时合金的熔体有很好的流动性和铸造性能，同时Si元素可提高产品在使用时的强度和耐磨性。Cu元素可以在合金中形成CuAl₂强化相，不仅显著改善合金加工塑形，提高合金的强度，而且增加热处理强化效果，抑制挤压效应。添加少量的Cr元素，Cr在铝中形成CrAl₇、CrFeAl₇和CrMnAl₁₂等金属间化合物阻碍再结晶的形核和长大过程，具有细化晶粒的作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性，降低汽车面对复杂、多变环境开裂的风险；而且Cr可以抑制Mg₂Si相在晶界析出，延缓自然时效过程，提高人工时效后的强度。控制杂质元素Fe、Zn的含量，避免半连续铸造过程中形成粗大片状的硬、脆Al₉Fe₂Si₂相；降低大量Zn对型材的应力腐蚀开裂敏感性的影响。

所述汽车控制臂型材的制造工艺，它包括以下步骤：

S1、铸锭的生产，具体包括以下步骤：

S11、铝液的制备：将原材料组成成份按重量配比要求加入熔炼炉内，控制熔体温度在730~750℃范围内；采用永磁搅拌器对原料正反交替搅拌18~20min；搅拌结束后进行扒渣，并在熔体表面撒入覆盖剂以防止吸气；采用氩气向静置在熔炼炉内的熔体中喷吹精炼剂，精炼剂用量为1.4~1.5kg/t，精炼时间为10~15min，以将熔体中的含氢量、夹渣物降到最低；采用在线式三转子除气机对熔体进行二次除氢、除渣处理，除气机转子的转速为490~500r/min，工作时氩气用量为4~5L/min，从而实现了铝液的制备；

S12、铸锭的浇铸：将步骤S11中的铝液浇铸到模具的型腔内，铸造温度为710~730℃，铸造速度为60~70mm/min，正常水流量3100~3300L/min，浇铸后即可在型腔内制得铸锭；在铸造结晶过程中，Ti、Cr高熔点金属形成TiAl₃、CrAl₇等形核质点，α(Al)先从液体中析出，随着结晶温度降低发生L→α(Al)+Si的二元共晶反应以及L→α(Al)+Si+Mg₂Si三元共晶反应（出现Mg₂Si相），最后是在505℃发生L→α(Al)+Si+CuAl2+W的四元共晶反应。在一系列结晶过程中还会形成CrFeAl7、CrMnAl₁₂、Al9Fe₂Si₂等金属化合物，在快速淬火过程中部分W相（AlxCu4Mg5Si4）溶入α(Al)基体中，CuAl₂、Mg₂Si基本完全溶入α(Al)中；

S13、铸锭的均质处理：将步骤S12中的铸锭转入到加热炉内，将铸锭加热到500~600℃，保温9~10h，保温段结束后将铸锭冷却炉中，通过强风风冷冷却铸锭，冷却1.8~2h后，采用水冷冷却铸锭，水冷时间为0.7~0.8h，最后将铸锭从冷却炉中转出；通过该均匀化退火处理能够加速亚稳定组织的原子在晶内扩散，使晶内化学成分更加均匀，同时，富集在晶粒和枝晶边界上可溶的金属间化合物和强化相进行溶解和扩散，使铸锭组织更加均匀，加工性能得到提高；

截取铸锭的低倍片，对经均匀化退火后铸锭进行低倍组织检测，结果如图2所示，晶粒大小为0.29mm属二级，且无粗大晶、化合物、裂纹、夹渣、疏松、气孔等缺陷对铸锭的边部、半径二分之一处、中心部位试样进行显微组织检验，如图3、4、5所示，铸锭的各位置晶粒度均匀，均匀化后结晶处残留断续的第二相为AlFeSi相，晶内有灰色的短条状物为Mg₂Si相。半连续铸造过程中Al-Mg-Si合金中常形成粗大的脆性相β-AlFeSi，经均匀化处理后，脆性相发生颈缩和断裂，转变为具有更高(Mn+Fe)/Si比值的颗粒状α-Al(MnFe)Si相，提高型材的挤压性能；

选取铸锭边部、二分之一半径处以及中心位置的试样进行力学性能检测，检测结果如图6所示，从图中可以看出三个位置处的力学性能均匀，进一步反映铸棒组织的均匀性。

S2、控制臂型材的挤压成型，具体包括以下步骤：

S22、淬火处理：如图7所示，在挤压机的出口处且位于其四周均安装喷淋头，喷淋头喷出的冷却水降低控制臂型材的表面温度，实现了在线水箱式淬火；

S23、时效处理：在时效温度为170~180℃范围内，保温度8~9h，以完成人工时效，时效结束后最终得到成品控制臂型材；通过时效处理能够提高型材强度以及获得较高的塑性；

S3、检查控制臂型材首部、中间位置和尾部的力学性能，检查结果如图8所示，从图中可以看出控制臂型材获得具有较高的强度与延伸率，比《JIS4100-2006》标准6061合金力学性能分别高出抗拉强度约65MPa、屈服强度约55Mpa、延伸率约5%，因此具有较高的机械性能，满足市场的高要求。

实施例二：一种汽车控制臂型材，其组成成分及质量百分比为：Mg为1.0％，Si为0.7％，Fe为0.24％，Cu为0.32％，Mn为0.04％，Cr为0.10％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

实施例三：一种汽车控制臂型材，其组成成分及质量百分比为：Mg为1.2％，Si为0.8％，Fe为0.25％，Cu为0.40％，Mn为0.05％，Cr为0.20％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于前述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是前述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims

1.一种汽车控制臂型材，其特征在于：其组成成分及质量百分比为：Mg为0.9~1.2％，Si为0.6~0.8％，Fe为0.24~0.25％，Cu为0.25~0.40％，Mn为0.04~0.05％，Cr为0.04~0.20％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的一种汽车控制臂型材，其特征在于：其组成成分及质量百分比为：Mg为0.9％，Si为0.6％，Fe为0.24％，Cu为0.25％，Mn为0.04％，Cr为0.04％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

3.根据权利要求1所述的一种汽车控制臂型材，其特征在于：其组成成分及质量百分比为：Mg为1.0％，Si为0.7％，Fe为0.24％，Cu为0.32％，Mn为0.04％，Cr为0.10％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

4.根据权利要求1所述的一种汽车控制臂型材，其特征在于：其组成成分及质量百分比为：Mg为1.2％，Si为0.8％，Fe为0.25％，Cu为0.40％，Mn为0.05％，Cr为0.20％，Ti为0.1％，Zn为0.04％，余量为Al。

5.根据权利要求1~4中任意一项所述汽车控制臂型材的制造工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、铸锭的生产，具体包括以下步骤：

S2、控制臂型材的挤压成型，具体包括以下步骤：

S3、检查控制臂型材首部、中间位置和尾部的力学性能。