CN114622115B - 高强高韧的汽车铝合金棒材及其生产方法 - Google Patents

高强高韧的汽车铝合金棒材及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种高强高韧的汽车铝合金棒材及其生产方法。所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，由如下质量比的化学成分组成：Si1.1～1.2%，Fe＜0.15%，Cu0.55～0.65%，Mn0.6～0.7%，Mg0.9～1.0%，Cr0.2～0.25%，Zn＜0.05%，Ti＜0.03%，余量为Al和不可避免的杂质。本发明生产的高强高韧的汽车铝合金棒材，屈服强度达到395MPa以上，抗拉强度425MPa以上，伸长率10%，比市面上使用铝合金的性能提高了20%以上。在生产过程中分别进行三次精炼，即保温炉两次精炼、铸造过程中在线除气，铸造完成后进行均质处理提高性能保证双级均匀化。

Description

高强高韧的汽车铝合金棒材及其生产方法
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种高强高韧的汽车铝合金棒材及其生产方法。
背景技术
轻量化已经成为世界汽车行业热点之一，铝合金具有轻质高强的特点使其成为最主要的轻量化材料。但是，目前市场一般汽车材料只能达到：屈服强度320MPa，抗拉强度360MPa，伸长率10%，机械性能较差，不能满足日益严格的使用要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高强高韧的汽车铝合金棒材，具有屈服强度高，拉伸强度高，伸长率高的特点；本发明还提供其制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，由如下质量比的化学成分组成：Si1.1～1.2%，Fe＜0.15%，Cu0.55～0.65%，Mn0.6～0.7%，Mg0.9～1.0%，Cr0.2～0.25%，Zn＜0.05%，Ti＜0.03%，余量为Al和不可避免的杂质。
本发明所述的高强高韧的汽车铝合金棒材的生产方法，包括以下步骤：
（1）备料投料：
按照化学成分准备铝材投入炉中。
1.根据生产计划确定投固体料的重量及炉料种类。
2.炉料按小片、薄板、厚板、卷、铝锭的先后顺序加入；铝锭必须去除钢带后才能加入。保证物料的纯洁性。
3.不允许加入湿料及含油多的废料，加料时先加散碎废料，后续投入大块废料或铝锭，减少烧损。
4.加冷料时尽量控制在30分钟以内，避免热量散失过多及氢含量增加。
（2）熔化：
熔炼温度控制在730～760℃。若熔体超温(760℃以上)，需投入炉料量5%～10%的固体料进行降温。
（3）配料：
不断搅拌下，按照化学成分加入其它原料。
1.金属添加剂或中间合金在加入合金时控制在740～760℃，加入合金前提前打开电磁搅拌器，保证好添加剂及时吸收率。
2.搅拌时间不低于30分钟，确保成分的均匀性。
（4）精炼：
采用喷粉精炼剂和高纯氩气，氩气纯度保证在99.999%，精炼时间10～40分钟，优选每炉20～40分钟。
喷粉精炼剂采用德国ROESC集团杜尔沙利特品牌。
（5）扒渣；
每炉次转炉完成进行大清炉保证炉内没有上一炉次的残渣。
（6）取样化验；
取样点：炉门两侧；
取样时在炉门两侧取两个试样需保证成分大致相近，当主要合金元素值相差20%或任一元素质量百分数值相差0.1%以上时视为成分不均匀，需重新搅拌并静置10分钟后取样化验。
（7）转炉、二次精炼；
转炉温度控制在740～760℃，采用高纯氩气，精炼时间10～40分钟，优选20～40分钟。
1.转炉时熔体停留时间过长（2小时以上），转炉前必须需再次取样确认化学成分。
2.转炉温度控制在740～760℃，其中，高镁合金转炉前按中上限控制。
3.严禁熔炼炉未转炉完成开始精炼，精炼时使用99.99%高纯氩气精炼。冬季、春季精炼时间不低于20分钟。夏季、秋季精炼时间不低于30分钟。
（8）静置、交铸造、铸造生产准备、填充、铸造、均质处理、收尾：
1.铸造前在保温炉炉门两侧取样确认化学成分是否合格保证成分不低于偏下限，铸造温度保证控制在±3℃。
2.若保温炉内铝液停留时间过长（2小时以上），准备铸造前1小时需再次进行精炼且再次取样确认化学成分，再次精炼后需保证30min以上的静置时间方可起铸。
3.铸造过滤板使用进口西利50目过滤板保证过滤等级。
4.所有流槽内残渣必须清理干净使用吸尘器进行清理，清理完成均匀涂刷氮化硼，保证流槽光滑整洁。
5.填充铝液前铝液缓慢放入除气炉箱内，铝液进入前严禁温度过高造成过烧现象，进入过滤箱前对过滤板进行充分预热，铸造时发现过滤板有漂浮情况立即停止铸造。
6.铸造过程中禁止在流槽内进行打渣；
7.铸造机使用内导式液压铸造机具有承载量大、运行平稳可靠、控制精度高、施工安装方便等优点，并且内导式液压铸造机将导柱布置在液压缸内，有效避免了铝液飞溅对导柱的影响，使铸造机运行的稳定性大大提高。
均质处理步骤为：装炉完成后开始升温，炉温到达280～350℃，开始保温8个小时，当保温8小时以后，开始升温至545～555℃之后保温10小时；
优选地，均质处理步骤为：装炉完成后开始升温，炉温到达280～350℃，延迟1.5～2.5小时，开始保温8个小时，当保温8小时以后，开始升温至545～555℃之后，延迟1.5～2小时，再保温10小时；
更优选地，均质处理步骤为：装炉完成后开始升温，炉温到达300℃后延迟2小时使料温也达到300℃，开始保温8个小时，当保温8小时以后，开始升温至550℃，炉温到达550℃之后延迟1小时50分钟使料温到达550℃，再进行保温10小时；
热挤压：均质处理后的铸锭，在温度460～520℃条件下，杆速2～7mm，优选6mm；制品速度1～15m/min，优选15 m/min；
淬火：挤压出产品进行在线淬火，出口温度530～560℃，冷却到50℃以下；
拉伸：拉伸量为0.5～2%；
时效热处理：人工时效温度150～200℃，保温时间2～10h。
其中：
步骤（3）中，搅拌时间不低于30分钟。
步骤（6）中，取样化验不合格时，重新搅拌并静置后取样化验，合格后进入下一步骤；仍不合格时，进行补料或冲淡。补料后，搅拌30分钟以上确保成分混合均匀，补料时使用中间合金进行；冲淡，采用铝锭或电解纯铝水。
步骤（8）中，静置时间为1～1.5小时。
步骤（8）中，冷却方式为穿水冷却。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明生产的高强高韧的汽车铝合金棒材，屈服强度达到395MPa以上，抗拉强度425MPa以上，伸长率10%，比正在市面上使用铝合金的性能提高了20%以上，达到国外最好的（车用铝合金）同等水平。目前，已成功应用到一些车型上了，其中福田4.5吨轻卡全铝车厢，使用此新材料，车厢减重50%以上，按照目前的行业政策，可以多拉近700公斤的货物，节能降耗，经济效益十分可观。
2、本发明在生产过程中分别进行三次精炼，即保温炉两次精炼、铸造过程中在线除气，铸造完成后进行均质处理提高性能保证双级均匀化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，由如下质量比的化学成分组成：Si1.13%，Fe0.12%，Cu0.60%，Mn0.65%，Mg0.95%，Cr0.2%，Zn0.03%，Ti0.02%，余量为Al和不可避免的杂质。
其制备方法为：
（1）备料投料：
按照化学成分准备铝材投入炉中；
（2）熔化：
熔炼温度控制在750℃；
（3）配料：
不断搅拌下，按照化学成分加入其它原料；
（4）精炼：
采用喷粉精炼剂和高纯氩气，精炼时间20分钟；
（5）扒渣；
（6）取样化验；
取样点：炉门两侧；
（7）转炉、二次精炼；
转炉温度控制在750℃，采用高纯氩气，精炼时间20分钟；
（8）静置、交铸造、铸造生产准备、填充、铸造、均质处理、收尾：
均质处理步骤为：装炉完成后开始升温，炉温到达300℃后延迟2小时使料温也达到300℃，开始保温8个小时，当保温8小时以后，开始升温至550℃，炉温到达550℃之后延迟1小时50分钟使料温到达550℃，再进行保温10小时；
热挤压：均质处理后的铸锭，在温度500℃条件下，杆速6mm，制品速度15m/min；
淬火：挤压出产品进行在线淬火，出口温度550℃，冷却到50℃以下；
拉伸：拉伸量为1.5%；
时效热处理：人工时效温度170℃，保温时间5h。
实施例2
所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，由如下质量比的化学成分组成：Si1.12%，Fe0.13%，Cu0.57%，Mn0.65%，Mg0.95%，Cr0.21%，Zn0.04%，Ti0.01%，余量为Al和不可避免的杂质。
其制备方法为：
（1）备料投料：
按照化学成分准备铝材投入炉中；
（2）熔化：
熔炼温度控制在730℃；
（3）配料：
不断搅拌下，按照化学成分加入其它原料；
（4）精炼：
采用喷粉精炼剂和高纯氩气，精炼时间22分钟；
（5）扒渣；
（6）取样化验；
取样点：炉门两侧；
（7）转炉、二次精炼；
转炉温度控制在740℃，采用高纯氩气，精炼时间21分钟；
（8）静置、交铸造、铸造生产准备、填充、铸造、均质处理、收尾：
均质处理步骤为：装炉完成后开始升温，炉温到达280℃后延迟2小时使料温也达到280℃，开始保温8个小时，当保温8小时以后，开始升温至545℃，炉温到达545℃之后延迟1小时50分钟使料温到达545℃，再进行保温10小时；
热挤压：均质处理后的铸锭，在温度480℃条件下，杆速5mm，制品速度15m/min；
淬火：挤压出产品进行在线淬火，出口温度530℃，冷却到50℃以下；
拉伸：拉伸量为1.7%；
时效热处理：人工时效温度150℃，保温时间10h。
实施例3
所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，由如下质量比的化学成分组成：Si1.2%，Fe0.14%，Cu0.6%，Mn0.63%，Mg0.97%，Cr0.24%，Zn0.03%，Ti0.02%，余量为Al和不可避免的杂质。
其制备方法为：
（1）备料投料：
按照化学成分准备铝材投入炉中；
（2）熔化：
熔炼温度控制在760℃；
（3）配料：
不断搅拌下，按照化学成分加入其它原料；
（4）精炼：
采用喷粉精炼剂和高纯氩气，精炼时间21分钟；
（5）扒渣；
（6）取样化验；
取样点：炉门两侧；
（7）转炉、二次精炼；
转炉温度控制在760℃，采用高纯氩气，精炼时间21分钟；
（8）静置、交铸造、铸造生产准备、填充、铸造、均质处理、收尾：
均质处理步骤为：装炉完成后开始升温，炉温到达350℃后延迟2小时使料温也达到350℃，开始保温8个小时，当保温8小时以后，开始升温至555℃，炉温到达555℃之后延迟1小时50分钟使料温到达555℃，再进行保温10小时；
热挤压：均质处理后的铸锭，在温度520℃条件下，杆速7mm，制品速度15m/min；
淬火：挤压出产品进行在线淬火，出口温度548℃，冷却到50℃以下；
拉伸：拉伸量为0.5%；
时效热处理：人工时效温度180℃，保温时间2h。
实施例4
所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，由如下质量比的化学成分组成：Si1.1%，Fe0.12%，Cu0.63%，Mn0.69%，Mg0.93%，Cr0.22%，Zn0.04%，Ti0.01%，余量为Al和不可避免的杂质。
其制备方法为：
（1）备料投料：
按照化学成分准备铝材投入炉中；
（2）熔化：
熔炼温度控制在745℃；
（3）配料：
不断搅拌下，按照化学成分加入其它原料；
（4）精炼：
采用喷粉精炼剂和高纯氩气，精炼时间40分钟；
（5）扒渣；
（6）取样化验；
取样点：炉门两侧；
（7）转炉、二次精炼；
转炉温度控制在755℃，采用高纯氩气，精炼时间25分钟；
（8）静置、交铸造、铸造生产准备、填充、铸造、均质处理、收尾：
均质处理步骤为：装炉完成后开始升温，炉温到达320℃后延迟2小时使料温也达到320℃，开始保温8个小时，当保温8小时以后，开始升温至550℃，炉温到达550℃之后延迟1小时50分钟使料温到达550℃，再进行保温10小时；
热挤压：均质处理后的铸锭，在温度510℃条件下，杆速2mm，制品速度1m/min；
淬火：挤压出产品进行在线淬火，出口温度560℃，冷却到50℃以下；
拉伸：拉伸量为2.0%；
时效热处理：人工时效温度200℃，保温时间2h。
实施例5
所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，由如下质量比的化学成分组成：Si1.15%，Fe0.10%，Cu0.65%，Mn0.60%，Mg1.0%，Cr0.25%，Zn0.02%，Ti0.02%，余量为Al和不可避免的杂质。
其制备方法为：
（1）备料投料：
按照化学成分准备铝材投入炉中；
（2）熔化：
熔炼温度控制在745℃；
（3）配料：
不断搅拌下，按照化学成分加入其它原料；
（4）精炼：
采用喷粉精炼剂和高纯氩气，精炼时间23分钟；
（5）扒渣；
（6）取样化验；
取样点：炉门两侧；
（7）转炉、二次精炼；
转炉温度控制在755℃，采用高纯氩气，精炼时间40分钟；
（8）静置、交铸造、铸造生产准备、填充、铸造、均质处理、收尾：
均质处理步骤为：装炉完成后开始升温，炉温到达330℃后延迟2小时使料温也达到330℃，开始保温8个小时，当保温8小时以后，开始升温至550℃，炉温到达550℃之后延迟1小时50分钟使料温到达550℃，再进行保温10小时；
热挤压：均质处理后的铸锭，在温度460℃条件下，杆速6mm，制品速度15m/min；
淬火：挤压出产品进行在线淬火，出口温度545℃，冷却到50℃以下；
拉伸：拉伸量为1.8 %；
时效热处理：人工时效温度170℃，保温时间4h。
对比例1
所述的汽车铝合金棒材的化学成分组成与制备方法均同实施例1，不同之处在于：均质处理步骤为：
装炉完成后开始升温，炉温到达300℃后，开始保温8个小时，当保温8小时以后，开始升温至550℃，再进行保温10小时。
性能测试：
测试实施例1～5和对比例1制得的汽车铝合金棒材的力学性能，测试结果见表1。
对比例2
所述的汽车铝合金棒材的制备方法均同实施例1，不同之处在于：其化学成分组成为Si1.0，Fe0.18，Cu0.35%，Mn0.45%，Mg0.7%，Cr0.1%，Zn0.03%，Ti0.02%，余量为Al和不可避免的杂质。
表1 测试结果
屈服强度（MPa） 拉伸强度（MPa） 伸长率（%）
实施例1 410 437 11.2
实施例2 402 430 11.0
实施例3 397 431 10.0
实施例4 401 430 10.3
实施例5 395 425 10.1
对比例1 331 380 10.0
对比例2 325 364 10.0

Claims (6)

1.一种高强高韧的汽车铝合金棒材，其特征在于：由如下质量比的化学成分组成：Si1.1～1.2%，Fe＜0.15%，Cu0.55～0.65%，Mn0.6～0.7%，Mg0.9～1.0%，Cr0.2～0.25%，Zn＜0.05%，Ti＜0.03%，余量为Al和不可避免的杂质；
所述的高强高韧的汽车铝合金棒材的生产方法，包括以下步骤：
（1）备料投料：
按照化学成分准备铝材投入炉中；
（2）熔化：
熔炼温度控制在730～760℃；
（3）配料：
不断搅拌下，按照化学成分加入其它原料；
（4）精炼：
采用喷粉精炼剂和高纯氩气，精炼时间10～40分钟；
（5）扒渣；
（6）取样化验；
取样点：炉门两侧；
（7）转炉、二次精炼；
转炉温度控制在740～760℃，采用高纯氩气，精炼时间10～40分钟；
（8）静置、交铸造、铸造生产准备、填充、铸造、均质处理、收尾：
均质处理步骤为：装炉完成后开始升温，炉温到达300℃后延迟2小时使料温也达到300℃，开始保温8个小时，当保温8小时以后，开始升温至550℃，炉温到达550℃之后延迟1小时50分钟使料温到达550℃，再进行保温10小时；
热挤压：均质处理后的铸锭，在温度460～520℃条件下，杆速2～7mm/s，制品速度1～15m/min；
淬火：挤压出产品进行在线淬火，出口温度550℃，冷却到50℃以下；
拉伸：拉伸量为0.5～2%；
时效热处理：人工时效温度170℃，保温时间5h。
2.根据权利要求1所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，其特征在于：步骤（3）中，搅拌时间不低于30分钟。
3.根据权利要求1所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，其特征在于：步骤（6）中，取样化验不合格时，重新搅拌并静置后取样化验，合格后进入下一步骤；仍不合格时，进行补料或冲淡。
4.根据权利要求3所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，其特征在于：补料后，搅拌30分钟以上；冲淡，采用铝锭或电解纯铝水。
5.根据权利要求1所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，其特征在于：步骤（8）中，静置时间为1～1.5小时。
6.根据权利要求1所述的高强高韧的汽车铝合金棒材，其特征在于：步骤（8）中，冷却方式为穿水冷却。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106350708A (zh) * 2016-08-31 2017-01-25 无锡海特铝业有限公司 高强度无粗晶环汽车控制臂用铝合金棒材及其制备方法
CN108118210A (zh) * 2017-11-28 2018-06-05 中铝材料应用研究院有限公司 一种铝合金及其挤压型材的加工方法

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