CN103205587A - 适用于汽车脚踏板的高强稀土铝合金生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于汽车脚踏板的高强稀土铝合金生产工艺，包括以下步骤：S1：配料：铝合金的组分及质量分数比分别为：Si：0.508%、Mg：0.886%、Cr：0.157%、Cu：0.289、Fe：0.192、RE：0.2%、其余杂质：0.1%、Al：余量；S2：熔炼浇注：浇注时间在1min中以内，浇注温度为720℃～730℃；S3：挤压成型；S4：在线淬火；S5：人工时效：在190～210℃的温度下保温2.5～3.5h；S6：阳极氧化；S7：聚酯粉末喷涂。本发明严格控制Mg、Al的含量，使得合金的热加工性能有所提高，并在熔炼浇注过程中加入适量的稀土元素，塑性加工性能和力学性能也有所提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于汽车脚踏板的高强稀土铝合金生产工艺。
背景技术
铝是地球上含量极丰富的金属元素，且具有高比强度和弹性模量，高电导率和高热导率，极良好的耐腐蚀性能。1921年全世界的铝产量为20.3万吨， 1988年达到了1780万吨，2003年则达到了2400万吨。我国铝工业规模居世界第三，已具有年产400万吨电解铝的生产能力。铝材已成为我国仅次于钢铁的第二大金属材料，在现代国民生活中起着越来越重要的作用。
对汽车而言，环保、安全成为重中之重，无论是从节能减排还是从循环经济的角度，车身轻量化都是一个成效显著的途径。乘用车车身轻量化势在必行，载货车、客车、轨道车辆车身轻量化亟待突破。铝合金是轻量化材料中应用比较成熟的材料之一，根据美国铝学会的报告,汽车上每使用0.45 kg 铝就可减轻车重1 kg，理论上铝制汽车可以比钢制汽车减重40%左右。
铝合金材料是当前汽车材料研究的热点，在合金改良、成型性、铸件的疲劳强度、结构件的可焊接性、原材料循环利用等方面；在发展低成本、稳定制造的生产工艺方面，均有待于深入研究。以前，由于价格较贵等原因限制了高强铝合金材料（过去主要用于航空航天业）在汽车工业中的应用。石油危机发生之后，为了提高燃油经济性，降低汽车自重，作为减轻汽车车身重量的替代材料，得到了迅速发展。变形铝合金材料主要用在汽车的散热系统、车身、底盘等部位上，如汽车水箱、汽车空调器的蒸发器和冷凝器等主要是用复合带箔材和管材：车身各部位（如发动机罩、行李箱盖、车身项板、车身侧板、挡泥板、地板等）以及底盘等则是多用板材、挤压型材，常用的材料为6063、6061、5A02等牌号。
由于强度不够大，使用时间较长易生锈等原因，铝合金较少作为汽车脚踏板而多数使用不锈钢材料。不锈钢材料的脚踏板不易生锈但价格较贵，而且质量大，不利于汽车轻量化的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种强度大、不易生锈，能够提高汽车的承载能力、延长汽车使用寿命以及节能节材，能够有效减轻汽车脚踏板的质量，使驾驶者使用方便的适用于汽车脚踏板的高强稀土铝合金生产工艺。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：适用于汽车脚踏板的高强稀土铝合金生产工艺，它包括以下步骤：
S1：配料：采用质量分数为99.7%的工业纯铝、Al-稀土中间合金、工业镁锭和铝硅中间合金锭为炉料原材料，并根据合金的成分比计算材料的使用量，选用合适的覆盖剂和涂料，所述的原材料的成分分别为：工业纯铝（99.7%）中主要杂质元素及其重量百分比为：Ti：0.003%、B：0.0005%、Fe：0.154%、Si：0.109%、Cu：0.002%、V：0.102%、C：0.001%；
Al-稀土中间合金成分及重量百分比为：稀土元素：10.23%、Ca：0.03%、Mg：0.025%、Cu：0.01%、Fe：0.22%、Si：0.12%、Al：余量；
工业镁锭成分及重量百分比为：Fe：0.05%、Si：0.03%、Cu：0.02%、Al：0.05%、Cl：0.005%、Mn:0.06%、杂质：0.2%、Mg：余量；
Al-稀土中间合金中稀土元素（RE）成分及重量百分比为：La：5.3%、Ce：2.7%、Pr：1%、Nd：0.9%、杂质≤0.1、Al：余量；
铝硅中间合金成分及重量百分比为：Al：75%、Si：23%、其他杂质：2%；
所述的覆盖剂成分及重量百分比为：NaCl：39%、KCl：50%、Na3AlF6：6.6%、CaF2：4.4%；
所述的涂料成分配比为：滑石粉：100g、水玻璃：50g、水：500ml；
S2：熔炼浇注：熔炼浇注前先进行扒渣，熔炼浇注包括以下子步骤：
S21：将搅拌工具清理干净，涂上涂料预热至200～300℃，金属模具预热到200～300℃后刷上涂料，再预热到200～300℃待浇注；
S22：向熔化炉中装入2/3铝锭，待金属熔化后，加入铝硅中间合金锭和剩余铝锭，升温熔化炉料，炉料加热至软化下塌时加覆盖剂覆盖熔体，当炉料熔化呈水平之后，适当搅动熔体使温度均匀一致，同时也有利于加速熔化；当温度达到680℃时，进行扒渣，扒渣后用钟罩将预热到200～300℃的工业镁锭压入坩埚中，并缓慢回转和移动3～5min，直到其完全溶解，保温5min；然后继续升温并加覆盖剂，升温到720℃时，再次进行扒渣，并用钟罩将Al-稀土中间合金压入坩埚内，并缓慢绕圈或移动直到其完全溶解，同时加熔剂覆盖熔体，并进行轻微的搅拌使之溶解均匀并保温15min；
S23：浇注：用吊具取出坩埚，并扒渣，同时将预热好的金属模具取出，将滤网撑好，保持浇包和漏斗顶端的距离为30～35cm，以维持足够的浇注压力，浇注时间在1min中以内，浇注温度为720℃～730℃，浇注后隔2～3min钟后取出铸锭，检查其表面情况；
S3：挤压成型：将铸锭取金相样后车削成适合的圆棒，在挤压机组上进行挤压，挤压后的试样为20×3mm的铝排，挤压筒温度410～430℃，铸锭均匀化预热温度为550～570℃，加热时间为4～5h，挤压速度为0.2～0.4m/s；
S4：在线淬火：在制品出口温度下采用强制风冷，在铝排上下各设有4台离心通风机，使制品离开淬火区后温度降至50℃以下，通风机的旋向为右45°，流量为800～950m3 ，全压为650～450Pa，转速为2800r/min，功率为0.37KW；
S5：人工时效：挤压后立即进行人工实效，在190～210℃的温度下保温2.5～3.5h；
S6：阳极氧化：人工时效后对制品进行阳极氧化，阳极氧化的流程为：试样→脱脂→水洗→碱蚀→水洗→出光→水洗→阳极氧化→水洗→去离子水洗→染色或电解着色→水洗→去离子水洗→封孔→水洗；
S7：聚酯粉末喷涂：将水洗过后的制品进行聚酯粉末喷涂，其流程为：水洗→三合一→水洗1→水洗2→铬化→水洗1→水洗2→水洗3→滴干→烘烤→喷涂→粉末固化。
所述的步骤S1中所述的铝合金的组分及质量分数比分别为：Si：0.508%、Mg：0.886%、Cr：0.157%、Cu：0.289、Fe：0.192、RE：0.2%、其余杂质：0.1%、Al：余量，各组分含量值和为100%。
所述的步骤S23中铸锭的尺寸为φ90×170。
本发明的有益效果是：严格控制Mg、Al的含量，合金中由于含有较低量的Mg和Si元素，主要的强化相Mg2Si相均匀的分布在α—Al基体中，且数量不多，使得合金的热加工性能有所提高，并在熔炼浇注过程中加入适量的稀土元素，塑性加工性能有了很大的提高，并且力学性能能保持在一个较高的水平；
经测试，本发明的合金抗拉强度、伸长率分别为285.13MPa和9.56%，与传统的6061铝合金相比，抗拉强度降低了8.21%，而伸长率提高了7.53%，经过阳极氧化处理后的铝合金表面形成了一层阳极氧化膜，对基体能够起到很好的保护作用，其耐腐蚀性能得到很大的提高；
控制Mg、Al含量还能减少合金元素的添加量，降低了原料成本，降低了能耗和磨具的损耗，提高了生产效率，实现绿色发展。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案，但本发明所保护的内容不局限于以下所述。
实施例1：适用于汽车脚踏板的高强稀土铝合金生产工艺，它包括以下步骤：
S1：配料：采用质量分数为99.7%的工业纯铝、Al-稀土中间合金、工业镁锭和铝硅中间合金锭为炉料原材料，并根据合金的成分比计算材料的使用量，选用合适的覆盖剂和涂料，所述的原材料的成分分别为：工业纯铝（99.7%）中主要杂质元素及其重量百分比为：Ti：0.003%、B：0.0005%、Fe：0.154%、Si：0.109%、Cu：0.002%、V：0.102%、C：0.001%；
Al-稀土中间合金成分及重量百分比为：稀土元素：10.23%、Ca：0.03%、Mg：0.025%、Cu：0.01%、Fe：0.22%、Si：0.12%、Al：余量；
工业镁锭成分及重量百分比为：Fe：0.05%、Si：0.03%、Cu：0.02%、Al：0.05%、Cl：0.005%、Mn:0.06%、杂质：0.2%、Mg：余量；
Al-稀土中间合金中稀土元素（RE）成分及重量百分比为：La：5.3%、Ce：2.7%、Pr：1%、Nd：0.9%、杂质≤0.1、Al：余量；
铝硅中间合金成分及重量百分比为：Al：75%、Si：23%、其他杂质：2%；
所述的覆盖剂成分及重量百分比为：NaCl：39%、KCl：50%、Na3AlF6：6.6%、CaF2：4.4%；
所述的涂料成分配比为：滑石粉：100g、水玻璃：50g、水：500ml；
S2：熔炼浇注：熔炼浇注前先进行扒渣，熔炼浇注包括以下子步骤：
S21：将搅拌工具清理干净，涂上涂料预热至200～300℃，金属模具预热到200～300℃后刷上涂料，再预热到200～300℃待浇注；
S22：向熔化炉中装入2/3铝锭，待金属熔化后，加入铝硅中间合金锭和剩余铝锭，升温熔化炉料，炉料加热至软化下塌时加覆盖剂覆盖熔体，当炉料熔化呈水平之后，适当搅动熔体使温度均匀一致，同时也有利于加速熔化；当温度达到680℃时，进行扒渣，扒渣后用钟罩将预热到200～300℃的工业镁锭压入坩埚中，并缓慢回转和移动3～5min，直到其完全溶解，保温5min；然后继续升温并加覆盖剂，升温到720℃时，再次进行扒渣，并用钟罩将Al-稀土中间合金压入坩埚内，并缓慢绕圈或移动直到其完全溶解，同时加熔剂覆盖熔体，并进行轻微的搅拌使之溶解均匀并保温15min；
S23：浇注：用吊具取出坩埚，并扒渣，同时将预热好的金属模具取出，将滤网撑好，保持浇包和漏斗顶端的距离为30～35cm，以维持足够的浇注压力，浇注时间在1min中以内，浇注温度为720℃～730℃，浇注后隔2～3min钟后取出铸锭，检查其表面情况；
S3：挤压成型：将铸锭取金相样后车削成适合的圆棒，在挤压机组上进行挤压，挤压后的试样为20×3mm的铝排，挤压筒温度410～430℃，铸锭均匀化预热温度为550～570℃，加热时间为4～5h，挤压速度为0.2～0.4m/s；
S4：在线淬火：在制品出口温度下采用强制风冷，在铝排上下各设有4台离心通风机，使制品离开淬火区后温度降至50℃以下，通风机的旋向为右45°，流量为800～950m3 ，全压为650～450Pa，转速为2800r/min，功率为0.37KW；
S5：人工时效：挤压后立即进行人工实效，在190～210℃的温度下保温2.5～3.5h；
S6：阳极氧化：人工时效后对制品进行阳极氧化，阳极氧化的流程为：试样→脱脂→水洗→碱蚀→水洗→出光→水洗→阳极氧化→水洗→去离子水洗→染色或电解着色→水洗→去离子水洗→封孔→水洗；
S7：聚酯粉末喷涂：将水洗过后的制品进行聚酯粉末喷涂，其流程为：水洗→三合一→水洗1→水洗2→铬化→水洗1→水洗2→水洗3→滴干→烘烤→喷涂→粉末固化。
所述的步骤S1中所述的铝合金的组分及质量分数比分别为：Si：0.508%、Mg：0.886%、Cr：0.157%、Cu：0.289、Fe：0.192、RE：0.2%、其余杂质：0.1%、Al：余量，各组分含量值和为100%。
所述的步骤S23中铸锭的尺寸为φ90×170。
实施例2：适用于汽车脚踏板的高强稀土铝合金生产工艺，它包括以下步骤：
S1：配料：采用质量分数为99.7%的工业纯铝、Al-稀土中间合金、工业镁锭和铝硅中间合金锭为炉料原材料，并根据合金的成分比计算材料的使用量，选用合适的覆盖剂和涂料，所述的原材料的成分分别为：工业纯铝（99.7%）中主要杂质元素及其重量百分比为：Ti：0.003%、B：0.0005%、Fe：0.154%、Si：0.109%、Cu：0.002%、V：0.102%、C：0.001%；
Al-稀土中间合金成分及重量百分比为：稀土元素：10.23%、Ca：0.03%、Mg：0.025%、Cu：0.01%、Fe：0.22%、Si：0.12%、Al：余量；
工业镁锭成分及重量百分比为：Fe：0.05%、Si：0.03%、Cu：0.02%、Al：0.05%、Cl：0.005%、Mn:0.06%、杂质：0.2%、Mg：余量；
Al-稀土中间合金中稀土元素（RE）成分及重量百分比为：La：5.3%、Ce：2.7%、Pr：1%、Nd：0.9%、杂质≤0.1、Al：余量；
铝硅中间合金成分及重量百分比为：Al：75%、Si：23%、其他杂质：2%；
所述的覆盖剂成分及重量百分比为：NaCl：39%、KCl：50%、Na3AlF6：6.6%、CaF2：4.4%；
所述的涂料成分配比为：滑石粉：100g、水玻璃：50g、水：500ml；
S2：熔炼浇注：熔炼浇注前先进行扒渣，熔炼浇注包括以下子步骤：
S21：将搅拌工具清理干净，涂上涂料预热至200～300℃，金属模具预热到200～300℃后刷上涂料，再预热到200～300℃待浇注；
S22：向熔化炉中装入2/3铝锭，待金属熔化后，加入铝硅中间合金锭和剩余铝锭，升温熔化炉料，炉料加热至软化下塌时加覆盖剂覆盖熔体，当炉料熔化呈水平之后，适当搅动熔体使温度均匀一致，同时也有利于加速熔化；当温度达到680℃时，进行扒渣，扒渣后用钟罩将预热到200～300℃的工业镁锭压入坩埚中，并缓慢回转和移动3～5min，直到其完全溶解，保温5min；然后继续升温并加覆盖剂，升温到720℃时，再次进行扒渣，并用钟罩将Al-稀土中间合金压入坩埚内，并缓慢绕圈或移动直到其完全溶解，同时加熔剂覆盖熔体，并进行轻微的搅拌使之溶解均匀并保温15min；
S23：浇注：用吊具取出坩埚，并扒渣，同时将预热好的金属模具取出，将滤网撑好，保持浇包和漏斗顶端的距离为30～35cm，以维持足够的浇注压力，浇注时间在1min中以内，浇注温度为720℃～730℃，浇注后隔2～3min钟后取出铸锭，检查其表面情况；
S3：挤压成型：将铸锭取金相样后车削成适合的圆棒，在挤压机组上进行挤压，挤压后的试样为20×3mm的铝排，挤压筒温度410～430℃，铸锭均匀化预热温度为550～570℃，加热时间为4～5h，挤压速度为0.2～0.4m/s；
S4：在线淬火：在制品出口温度下采用强制风冷，在铝排上下各设有4台离心通风机，使制品离开淬火区后温度降至50℃以下，通风机的旋向为右45°，流量为800～950m3 ，全压为650～450Pa，转速为2800r/min，功率为0.37KW；
S5：人工时效：挤压后立即进行人工实效，在190～210℃的温度下保温2.5～3.5h；
S6：阳极氧化：人工时效后对制品进行阳极氧化，阳极氧化的流程为：试样→脱脂→水洗→碱蚀→水洗→出光→水洗→阳极氧化→水洗→去离子水洗→染色或电解着色→水洗→去离子水洗→封孔→水洗；
S7：聚酯粉末喷涂：将水洗过后的制品进行聚酯粉末喷涂，其流程为：水洗→三合一→水洗1→水洗2→铬化→水洗1→水洗2→水洗3→滴干→烘烤→喷涂→粉末固化。
所述的步骤S1中所述的铝合金的组分及质量分数比分别为：Si：0.508%、Mg：0.886%、Cr：0.157%、Cu：0.289、Fe：0.192、RE：0.2%、其余杂质：0.1%、Al：余量，各组分含量值和为100%。
所述的步骤S23中铸锭的尺寸为φ90×170。
Claims (3)
1.适用于汽车脚踏板的高强稀土铝合金生产工艺，其特征在于：它包括以下步骤：
S1：配料：采用质量分数为99.7%的工业纯铝、Al-稀土中间合金、工业镁锭和铝硅中间合金锭为炉料原材料，并根据合金的成分比计算材料的使用量，选用合适的覆盖剂和涂料，所述的原材料的成分分别为：工业纯铝（99.7%）中主要杂质元素及其重量百分比为：Ti：0.003%、B：0.0005%、Fe：0.154%、Si：0.109%、Cu：0.002%、V：0.102%、C：0.001%；
Al-稀土中间合金成分及重量百分比为：稀土元素：10.23%、Ca：0.03%、Mg：0.025%、Cu：0.01%、Fe：0.22%、Si：0.12%、Al：余量；
工业镁锭成分及重量百分比为：Fe：0.05%、Si：0.03%、Cu：0.02%、Al：0.05%、Cl：0.005%、Mn:0.06%、杂质：0.2%、Mg：余量；
Al-稀土中间合金中稀土元素（RE）成分及重量百分比为：La：5.3%、Ce：2.7%、Pr：1%、Nd：0.9%、杂质≤0.1、Al：余量；
铝硅中间合金成分及重量百分比为：Al：75%、Si：23%、其他杂质：2%；
所述的覆盖剂成分及重量百分比为：NaCl：39%、KCl：50%、Na3AlF6：6.6%、CaF2：4.4%；
所述的涂料成分配比为：滑石粉：100g、水玻璃：50g、水：500ml；
S2：熔炼浇注：熔炼浇注前先进行扒渣，熔炼浇注包括以下子步骤：
S21：将搅拌工具清理干净，涂上涂料预热至200～300℃，金属模具预热到200～300℃后刷上涂料，再预热到200～300℃待浇注；
S22：向熔化炉中装入2/3铝锭，待金属熔化后，加入铝硅中间合金锭和剩余铝锭，升温熔化炉料，炉料加热至软化下塌时加覆盖剂覆盖熔体，当炉料熔化呈水平之后，适当搅动熔体使温度均匀一致，同时也有利于加速熔化；当温度达到680℃时，进行扒渣，扒渣后用钟罩将预热到200～300℃的工业镁锭压入坩埚中，并缓慢回转和移动3～5min，直到其完全溶解，保温5min；然后继续升温并加覆盖剂，升温到720℃时，再次进行扒渣，并用钟罩将Al-稀土中间合金压入坩埚内，并缓慢绕圈或移动直到其完全溶解，同时加熔剂覆盖熔体，并进行轻微的搅拌使之溶解均匀并保温15min；
S23：浇注：用吊具取出坩埚，并扒渣，同时将预热好的金属模具取出，将滤网撑好，保持浇包和漏斗顶端的距离为30～35cm，以维持足够的浇注压力，浇注时间在1min中以内，浇注温度为720℃～730℃，浇注后隔2～3min钟后取出铸锭，检查其表面情况；
S3：挤压成型：将铸锭取金相样后车削成适合的圆棒，在挤压机组上进行挤压，挤压后的试样为20×3mm的铝排，挤压筒温度410～430℃，铸锭均匀化预热温度为550～570℃，加热时间为4～5h，挤压速度为0.2～0.4m/s；
S4：在线淬火：在制品出口温度下采用强制风冷，在铝排上下各设有4台离心通风机，使制品离开淬火区后温度降至50℃以下，通风机的旋向为右45°，流量为800～950m3 ，全压为650～450Pa，转速为2800r/min，功率为0.37KW；
S5：人工时效：挤压后立即进行人工实效，在190～210℃的温度下保温2.5～3.5h；
S6：阳极氧化：人工时效后对制品进行阳极氧化，阳极氧化的流程为：试样→脱脂→水洗→碱蚀→水洗→出光→水洗→阳极氧化→水洗→去离子水洗→染色或电解着色→水洗→去离子水洗→封孔→水洗；
S7：聚酯粉末喷涂：将水洗过后的制品进行聚酯粉末喷涂，其流程为：水洗→三合一→水洗1→水洗2→铬化→水洗1→水洗2→水洗3→滴干→烘烤→喷涂→粉末固化。
2.根据权利要求1所述的适用于汽车脚踏板的高强稀土铝合金生产工艺，其特征在于：所述的步骤S1中所述的铝合金的组分及质量分数比分别为：Si：0.508%、Mg：0.886%、Cr：0.157%、Cu：0.289、Fe：0.192、RE：0.2%、其余杂质：0.1%、Al：余量，各组分含量值和为100%。
3.根据权利要求1所述的适用于汽车脚踏板的高强稀土铝合金生产工艺，其特征在于：所述的步骤S23中铸锭的尺寸为φ90×170。
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