CN101284353A - 汽车用abs阀体材料的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汽车用ABS阀体材料的生产工艺,包括以下步骤:原材料备料—熔炼—精炼、静置—过滤、铸造—均匀化—铸锭加工—铸块加热—反向挤压—在线水冷淬火—拉伸矫直—人工时效—成品检测。本发明通过采用优化合金成分、结合反向挤压技术及在线热处理技术,尤其是采用了反向挤压技术,实现了材料组织、头尾尺寸和力学性能的高均匀性,从而解决了6061合金粗晶环及力学性能问题,同时提高了成品率指标,降低了单位产品的能源消耗,获得了力学性能、金相组织、尺寸精度、表面质量均达到国外同类产品先进水平的材料,实现了该材料的替代进口,为实现汽车国产化奠定了基础。

Description

汽车用ABS阀体材料的生产工艺
技术领域
本发明属于铝材加工技术领域,具体涉及一种汽车用ABS阀体材料的生产工艺。
背景技术
随着节能及环保的要求,汽车向现代化、轻量化发展,而高油价更激活了汽车用铝的快速发展,铝材用量将逐年增加。我国的汽车用铝量远远少于国外,目前不及国外的一半,很多关键铝材需依赖进口,其中高质量高精度汽车用ABS阀体材料用铝材,就依赖于从德国进口。高质量高精度汽车用ABS阀体材料用铝材,被广泛用于汽车油路分配系统,其产品由于各项技术指标要求极高,生产难度极大。世界上只有美国、德国等少数几个国家能生产此类材料,而我国在材料成分、生产工艺等方面的关键技术尚未掌握,使得高质量高精度汽车用ABS阀体材料用铝材就必须依赖于进口。
目前,我国的汽车工业用铝材的研制与生产工艺的研究,尚属于起步阶段。对于汽车ABS阀体用铝材研制过程中,采用正向挤压工艺生产6061合金,其成分按国家标准控制,具体如下:Si:0.40~0.8%,Fe≤0.7%,Cu:0.15~0.40%,Mn≤0.15%,Mg:0.8~1.2%,Cr:0.04~0.35%,Zn≤0.25%,Ti≤0.15%,其它杂质单个不大于0.05%,合计不大于0.10%,铝为余量,以上为质量分数。由于6061合金成分的最佳配比及微量元素成分的精确控制没有进行优化调整,使得材料的组织及机械性能无法满足汽车用ABS阀体材料用铝材的要求;而从挤压工艺上来讲,我国多数厂家生产铝材时采用的是正向挤压工艺,由于正向挤压时铸锭和挤压筒之间存在较大的摩擦力,金属流动不均匀,使得金属变形也不均匀,从而增加了挤压制品组织、性能和尺寸的不均匀性,很难保证材料的头尾力学性能均匀一致性、头尾尺寸精度的均一性,并且金属变形时铸锭表层发生激烈的剪切变形,使制品在热处理后易形成粗晶环较深,也无法满足汽车用ABS阀体材料用铝材要求。经甘肃省科技情报研究所(甘肃省科技查新检索咨询中心)科技查新得出结论:对于汽车用ABS阀体材料,通过合金成分含量的优化控制研究,采用反向挤压技术以及系统过程的工艺参数优化控制技术,实现挤压制品头尾尺寸和力学性能的一致性,国内外未见相关文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车用ABS阀体材料的生产工艺,能够保证汽车用ABS阀体材料的力学性能、布氏硬度、金相组织、尺寸精度、表面质量均达到国外同类产品水平。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种汽车用ABS阀体材料的生产工艺,包括以下步骤:
(1)原材料备料在国家标准规定的6061合金化学成分的基础上,进行优化调整,其中Si:0.45~0.80%,Fe:0.30~0.60%,Cu:0.20~0.40%,Mn≤0.15%,Mg:0.9~1.1%,Cr:0.20~0.35%,Zn≤0.20%,Ti≤0.10%,其它杂质单个不大于0.05%,合计不大于0.10%,铝为余量;配制合金时,将Mg/Si按1.5~2.0∶1控制,计算铝锭、中间合金、纯金属及铝废料的用量;
(2)熔炼将优化调整好的原材料进行装炉熔炼,熔炼温度范围700~750℃,熔炼时间6~7小时;
(3)精炼、静置将化学成分合格的熔体导入到静置炉,在静置炉内用N2-Cl2混合气体精炼10~15分钟,精炼温度720~740℃;
(4)过滤、铸造熔体精炼后进行铸造,铸造温度710~720℃,铸造过程中使用30~50ppi泡沫陶瓷板、过滤布进行过滤,过滤后铸造铸锭;
(5)均匀化铸锭采用整根均火处理,均匀化温度540~580℃,保温6~8小时,随炉冷却至250℃后,出炉空冷至室温;
(6)铸锭加工铸锭外表面车去偏析层4~5mm,表面粗糙度不大于Ra12.5,铸锭经高、低倍检验合格后切块;
(7)铸块加热采用感应炉梯度加热铸块,铸块加热温度为450℃~540℃,控制温度梯度为5~10℃/100mm;
(8)反向挤压将加热的铸块用反向挤压机进行挤压,挤压筒温度380℃~450℃、反向挤压速度2.5m/min~4.0m/min,挤压机模具工作带宽度控制在≤5mm,生产出阀体材料的坯料;
(9)在线水冷淬火阀体材料的坯料从模孔流出后,温降控制在10~20℃,入水前的坯料温度不低于450℃,采用水浪驻波淬火,动态水浪高度达到150~300mm,要保证水温不高于40℃,并循环冷却,使坯料充分固溶,并采用在线牵引,牵引速度与坯料挤压速度同步;
(10)拉伸矫直挤压完毕,在长度方向上进行永久变形量为0.5%~3%的拉伸矫直,以消除挤压及淬火过程中所产生的残余应力,在拉伸矫直前后应进行尺寸测量,以满足材料的尺寸公差;
(11)人工时效为了保证材料的力学性能,材料须在人工时效炉进行人工时效,其温度为160℃~180℃,保温6~8小时,出炉冷却至室温;
(12)成品检测成品检测合格后,得高质量高精度汽车用ABS阀体材料。
本发明提供的上述汽车用ABS阀体材料的生产工艺,具有以下有益效果:
①通过合金成分的最佳配比及微量元素成分的优化控制,大幅度提高了材料的综合性能。材料的综合性能比较见表1:
表1材料的综合性能比较
由以上可知,本发明材料的强度指标比国家指标提高了53.8%,达到或超过了国外先进水平指标值,从而实现了ABS阀体材料的国产化,替代了进口。
②运用现代反向挤压技术,优化挤压参数,实现了材料组织的高均匀性。
材料断面组织粗晶环最大深度(mm)比较见表2:
表2材料断面组织粗晶环最大深度(mm)比较
由以上可知,本发明生产材料的粗晶环深度比国家标准降低了一个数量级,优于国外同类产品。
③采用系统过程的挤压速度、铸锭加热温度、模具参数最优化控制技术,实现挤压制品头尾尺寸和力学性能的一致性。
同合金的正向挤压和反向挤压的头尾性能差异比较见表3,同合金正向挤压和反向挤压的尺寸差异比较见表4。
表3正向挤压和反向挤压的头尾性能差异
Figure A20081010838400072
表4正向挤压和反向挤压的尺寸差异
Figure A20081010838400073
由以上可知,采用正向挤压,制品头尾尺寸一般相差0.3~0.6%,头尾性能差20%左右;本发明通过系统过程的最优化控制技术和采用现代反向挤压技术,制品头尾尺寸相差0.1~0.3%,头尾性能值相差10%以内,从而满足汽车行驶的特殊要求。
④固化生产工艺后提高了成品率指标,降低了单位产品的能源消耗。
由于固化了工艺参数,生产工艺稳定,成品率已由最初的60%提高到目前的75%。由于在线淬火可利用热挤压后的金属余热进行淬火,它比离线淬火节约能源和时间,减少甚至避免了产品表面在搬运过程中形成的磕碰伤,降低了单位产品的能源消耗,提高了产品质量。
综上所述:本发明采用优化合金成分、结合反向挤压技术及在线热处理技术,尤其是采用了反向挤压技术,使铸锭在加热挤压过程中,铸锭表层与挤压筒内衬内壁之间无相对运动,不发生摩擦,与正向挤压相比,降低30~40%挤压力,具有力学性能均匀、组织均匀、制品尺寸精度高、挤压速度快、成品率高、生产效率高等优点,从而解决了6061合金粗晶环及力学性能问题,获得了性能、组织、尺寸、表面均达到国外同类产品先进水平的材料,实现了该材料的替代进口,为实现汽车国产化奠定了基础。
具体实施方式
在45MN双动反向挤压机、200T张力矫直机及其他辅助设备组成的全套生产线上实施了本发明的整套技术。
以生产规格为101×43.6mm的汽车用ABS阀体材料为例,具体步骤如下:
生产根据化学成分的配比方案,计算铝锭、中间合金、纯金属及铝废料的用量,然后进行装炉熔炼,熔炼温度740℃左右,熔炼时间约7小时;
6061合金化学成分优化调整数据为:Si 0.45~0.50%,Fe 0.30~0.40%,Cu 0.35~0.40%,Mn≤0.15%,Mg 0.95~1.05%,Cr 0.20~0.25%,Zn≤0.20%,Ti≤0.10%,其它杂质单个不大于0.05%,合计不大于0.10%,铝为余量;配制合金时,将Mg/Si按1.5~1.7∶1控制。
当炉料熔化完毕,搅拌均匀,进行扒渣,经快速分析化学成分,如不合格,进行成份调整,合格后,将熔体温度调整到735~750℃进行导炉,导炉温度不得高于熔炼温度上限。导炉时应封闭各泄漏点,避免涡流,每炉应放干。
将化学成分合格的熔体导入到静置炉后,在静置炉内用N2-Cl2混合气体精炼10~15分钟,精炼温度720~740℃,静置0.5小时。
熔体静置后,为防止热裂纹产生,铸造温度范围在710~720℃,操作时应防止夹渣产生,考虑到合金有较好的低温塑性,铸造浇口部不必回火。为了减少铸锭在开头时,底部遇冷急剧收缩产生应力,采用纯铝熔体铺底,铺底铝厚度不少于15mm。铸造过程中使用30~50ppi泡沫陶瓷板、过滤布进行过滤,Al-Ti-B细化处理,以控制熔体的纯洁度,确保铸锭晶粒度一级,无气孔、夹渣、裂纹等缺陷。铸造出铸锭规格为φ320×6000mm。
铸锭采用整根均火处理,均匀化制度采用540~555℃,保温6~8小时,随炉冷却至250℃后,出炉空冷至室温,可以使Mg2Si相充分溶解,获得较好的效果。
铸锭外表面车去偏析层4~5mm,表面粗糙度不大于Ra12.5,同时保证铸锭外表面的清洁。铸锭经高、低倍检验合格后,切成900mm~1500mm的铸块。
铸块采用感应炉梯度加热,加热温度为500℃~540℃,控制温度梯度为5~10℃/100mm。加热后的铸块在45MN双动反向挤压机上挤压,挤压筒温度440~450℃、反向挤压速度2.5m/min~4.0m/min。挤压机模具工作带宽度控制在≤5mm,生产出规格为101×43.6mm的阀体坯料。
阀体坯料从模孔流出后,在空心模轴中运行制品温降控制在10~20℃,保证制品入水温度高于淬火临界温度,坯料入水前的金属温度不低于450℃时,采用水浪驻波淬火,动态水浪高度达到150~300mm,要保证水温不高于40℃,并循环冷却,使坯料充分固溶,并采用在线牵引,牵引速度与制品挤压速度同步。
挤压完毕,在长度方向上进行永久变形量为0.5%~3%的拉伸矫直,以消除挤压及淬火过程中所产生的残余应力。在拉伸矫直前后应进行尺寸测量,以满足材料的尺寸公差:宽度公差控制在-0.6~0mm,高度公差控制在±0.3mm。
为了保证材料的力学性能,材料须在人工时效炉进行人工时效,其温度为170℃~180℃,保温6~8小时,出炉冷却至室温,便可生产出汽车用ABS阀体材料。
取样进行显微组织、低倍组织检查,硬度、性能检测。力学性能结果见表5;低倍组织检测结果见表6;材料的实测尺寸见表7。
表5力学性能
Figure A20081010838400101
表6低倍组织
  试样号   粗晶环深度mm
  001、002   0.1~0.4
表7材料的实测尺寸
Figure A20081010838400102
另外,经检测:本发明生产的汽车用ABS阀体材料平面间隙小于0.15mm,两面垂直度小于0.15mm,两对称面的平行度小于0.2mm。横截面上的布氏硬度值(HB)在一米长度内的波动范围在HB10之内。低倍组织无缩尾、裂纹、夹渣、成层、偏析、粗大晶粒、金属间化合物等缺陷,粗晶环深度小于0.5mm。表面无划痕、碰伤、起皮、凹坑等。
本发明并不局限于上述规格为101×43.6mm的具体实施例,生产的汽车用ABS阀体材料的规格包括85~101×37.4~43.6mm,合金6061状态T5或T6。
以上所述的仅是本发明的优选实施例,本发明的技术方案并不受此限制。应当指出对于本领域的普通技术人员来说,在本发明所提供的技术启示下,还可以做出其它等同变型和改进,也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1、 一种汽车用ABS阀体材料的生产工艺,其特征在于该工艺包括以下步骤:
(1)原材料备料  在国家标准规定的6061合金化学成分的基础上,进行优化调整,其中Si:0.45~0.80%,Fe:0.30~0.60%,Cu:0.20~0.40%,Mn≤0.15%,Mg:0.9~1.1%,Cr:0.20~0.35%,Zn≤0.20%,Ti≤0.10%,其它杂质单个不大于0.05%,合计不大于0.10%,铝为余量;配制合金时,将Mg/Si按1.5~2.0∶1控制,计算铝锭、中间合金、纯金属及铝废料的用量;
(2)熔炼  将优化调整好的原材料进行装炉熔炼,熔炼温度范围700~750℃,熔炼时间6~7小时;
(3)精炼、静置  将化学成分合格的熔体导入到静置炉,在静置炉内用N2-Cl2混合气体精炼10~15分钟,精炼温度720~740℃;
(4)过滤、铸造  熔体精炼后进行铸造,铸造温度710~720℃,铸造过程中使用30~50ppi泡沫陶瓷板、过滤布进行过滤,过滤后铸造铸锭;
(5)均匀化  铸锭采用整根均火处理,均匀化温度540~580℃,保温6~8小时,随炉冷却至250℃后,出炉空冷至室温;
(6)铸锭加工  铸锭外表面车去偏析层4~5mm,表面粗糙度不大于Ra12.5,铸锭经高、低倍检验合格后切块;
(7)铸块加热  采用感应炉梯度加热铸块,铸块加热温度为450℃~540℃,控制温度梯度为5~10℃/100mm;
(8)反向挤压  将加热的铸块用反向挤压机进行挤压,挤压筒温度380~450℃、反向挤压速度2.5m/min~4.0m/min,挤压机模具工作带宽度控制在≤5mm,生产出阀体材料的坯料;
(9)在线水冷淬火  阀体材料的坯料从模孔流出后,温降控制在10~20℃,入水前的坯料温度不低于450℃,采用水浪驻波淬火,动态水浪高度达到150~300mm,要保证水温不高于40℃,并循环冷却,使坯料充分固溶,并采用在线牵引,牵引速度与坯料挤压速度同步;
(10)拉伸矫直  挤压完毕,在长度方向上进行永久变形量为0.5%~3%的拉伸矫直,以消除挤压及淬火过程中所产生的残余应力,在拉伸矫直前后应进行尺寸测量,以满足材料的尺寸公差;
(11)人工时效  为了保证材料的力学性能,材料须在人工时效炉进行人工时效,其温度为160℃~180℃,保温6~8小时,出炉冷却至室温;
(12)成品检测  成品检测合格后,得高质量高精度汽车用ABS阀体材料。
2、 根据权利要求1所述的汽车用ABS阀体材料的生产工艺,其特征在于所述步骤(4)中,铸造时采用纯铝熔体铺底,铺底铝厚度不少于15mm。
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