CN103484728B

CN103484728B - 一种自行车车架管用铝合金及其制备方法

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Publication number: CN103484728B
Application number: CN201310374068.1A
Authority: CN
Inventors: 邢书明
Original assignee: TIANJIN GOLDEN WHEEL TIANDA CNC MACHINE TOOLS Co Ltd; TIANJIN GOLDEN WHEEL BICYCLE (GROUP) Co Ltd
Current assignee: TIANJIN GOLDEN WHEEL TIANDA CNC MACHINE TOOLS Co Ltd; TIANJIN GOLDEN WHEEL BICYCLE (GROUP) Co Ltd
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: CN103484728A

Abstract

本发明一种自行车车架管用铝合金及其制备方法，要解决的技术问题是：针对现有铝合金在制造自行车车架管方面或者强度不足或者焊接工艺性能不足或者安全可靠性不足的问题。按重量百分比由下列组分组成：1.3-1.6％Mg，0.8-1.8％Si，0.7-1.2％Cu，0.6-1.4％Mn，0.10-0.30％Cr，0.1-0.6％Er，0.08-0.15％Zr，余量为Al及不可避免的杂质。有益效果在于：本发明的铝合金强度高、塑性好，使自行车进一步实现轻量化。用本发明铝合金制成的自行车车架管的强度大于450MPa，延伸率保持在10％以上；焊接性能和挤压性能优异，能够满足自行车车架管的挤压成形和车架的焊接需要，能顺利通过欧标安全检验。

Description

一种自行车车架管用铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及自行车用铝合金领域，特别涉及自行车车架管用铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金自行车具有质轻美观的突出优点，其需求量迅速扩大。目前用于自行车的铝合金管材材质主要有6061、6063和6082等三种铝合金。这些合金的主要合金元素是镁和硅，并通过形成Mg₂Si相实现弥散强化。其中硅除形成Mg₂Si相外，一般都有一定的过剩，即镁硅质量比Mg/Si<1.73。其抗拉强度一般都为230-310MPa，并随着硅过剩量的提高而提高，经热处理后最高可达310MPa。镁和硅在固溶温度以上的固溶速度很快，通常只需数秒，因此，这种材料可以通过将挤压出口温度控制在500-550℃实现挤压成形的同时得到固溶态的冶金组织，随后进行时效处理。这类合金用于自行车车架管，存在的不足主要是强度偏低，壁厚较大，一般为1.8mm，导致自行车车架重量较大。此外，这类合金制成车架后经常因达不到欧盟标准化委员会公布的自行车安全标准而不能出口。

若采用7****的高强铝合金(铝合金牌号中7开头的一系列合金)，虽然其强度高，可以使管壁显著减薄，但其制备工艺复杂，质量稳定性和焊接性能较差，难以满足自行车车架生产的需要。201210061326.6公开了采用6066合金制作车架的方法，制成的车架经过T4、T6热处理，强度可达250MPa，延伸率大于8％，但制成的车架仍不能稳定通过欧标的自行车安全标准，脚蹬力疲劳实验只有2万次(城市车达5万次为合格，山地车和赛车达10万次为合格)。6070-T6铝合金强度可达380MPa，延伸率不低于10％，比6066铝合金的性能有所提高，但其焊接性能较差，无法适应自行车车架的焊接需要。为了解决现有铝合金在生产薄壁车架管时强度不足、现有高强铝合金焊接性能不能满足车架管焊接需要、以及制成的车架难以通过欧盟标准化委员会公布的自行车安全标准的问题，提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有铝合金在制造自行车车架管方面或者强度不足或者焊接工艺性能不足或者制成的车架难以通过欧盟标准化委员会公布的自行车安全标准的问题，本发明采用硅、镁、铜、铬复合合金化提高强度，通过添加锰、稀土铒和锆改善塑性和焊接性能，获得一种强度高、塑性好、焊接性能优良的自行车车架管用铝合金及其制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种自行车车架管用铝合金，按重量百分比由下列组分组成：1.3-1.6％Mg，0.8-1.8％Si，0.7-1.2％Cu，0.6-1.4％Mn，0.10-0.30％Cr，0.1-0.6％Er，0.08-0.15％Zr，余量为Al及不可避免的杂质。

进一步，在25℃的条件下，根据国标(GB/T228-2002)规定的实验方法，对所述自行车车架管用铝合金经过热处理后进行拉伸试验时，拉伸强度大于450MPa，延伸率大于10％，疲劳强度大于(5×10⁸)150MPa。

进一步，其金相图中的强化相除Mg₂Si外，还有W相(CuMg₅Si4Alx)和CuAl₂相，晶粒尺寸细小，不大于20μm。

进一步，所述铝合金按QB1880-2008要求，进行振动强度试验40万次以上不破坏。

进一步，所述合金制成的车架在25℃的条件下，进行拉压疲劳试验时，寿命可达18万次以上仍完好无损。

所述的一种自行车车架管用铝合金，按重量百分比由下列组分组成：0.8-1.6％Mg，1.3-1.8％Si，0.7-1.2％Cu，0.6-1.4％Mn，0.10-0.30％Cr，0.1-0.6％Er，0.08-0.15％Zr，余量为Al及不可避免的杂质,其制备方法包括如下步骤：

步骤1，将电解铝锭加热至720-780℃或直接将液态的电解铝液转入熔炼炉，以结晶硅、金属锰、金属铜、金属铬纯物质形式按重量百分比分别配加所述的硅、锰、铬、铜至含量要求，加热熔化并搅拌均匀得到合金熔体；

步骤2，将合金熔体温度控制在730-750℃范围，按重量百分比将金属镁锭加入合金熔体内部，使其熔化并搅拌均匀；

步骤3，控制合金熔体温度至720-740℃，加入铝合金精炼剂1％-2％并搅拌精炼10-30min，扒除浮渣后，加盖覆盖剂；

步骤4，按重量百分比加入铝-铒中间合金和铝-锆中间合金配加铒和锆至要求含量，搅拌均匀后，即可出炉浇注，得到铸棒，供后续挤压自行车用管材用。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的铝合金晶粒细小、强度高、塑性好，可以用来制作壁厚1.2-1.8mm的薄壁车架管，使自行车进一步实现轻量化。由于本发明采用硅、镁、铜、铬复合合金化提高强度，通过添加锰、稀土铒和锆改善塑性，用本发明铝合金制成的自行车车架管的晶粒尺寸小于20μm，强度大于450MPa，延伸率保持在10％以上。比6066铝合金强度提高60MPa以上。

(2)本发明的铝合金焊接性能和挤压性能优异，能够满足自行车车架管的挤压成形和车架的焊接需要。由于添加了锰、稀土铒和锆，合金的挤压性能和焊接性能比6066显著改善，挤压过程顺畅，焊接过程无开裂，焊接接头抗拉强度大于母材强度。

(3)用本发明制成的自行车车架的安全可靠性显著提高。用本发明制成的自行车车架，即使壁厚减至1.2mm，进行QB1880-2008规定的振动强度试验40万次以上未见破坏(10万次不破坏为合格)；进行欧盟标准化委员会公布的自行车安全标准规定的脚蹬力疲劳实验12万次以上未见破坏(城市车达5万次为合格，山地车和赛车达10万次为合格)。

附图说明

图1本发明的金相图，图中黑色和灰色颗粒为析出强化相。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的三种实施方式做出简要说明。

实施例1

一种自行车车架管用铝合金，按重量百分比由下列组分组成：

1.6％Mg，1.8％Si，1.2％Cu，1.4％Mn，0.30％Cr，0.60％Er，0.20％Zr，余量为Al及不可避免的杂质。其制备方法包括如下步骤：

步骤1，将电解纯铝液转入熔炼炉，以结晶硅、金属锰、金属铜、金属铬纯物质按重量百分比分别配加所述的硅、锰、铬、铜至含量要求，加热熔化并搅拌均匀，得到合金熔体；

步骤2，将合金熔体温度控制在750℃，将金属镁锭加入熔体内部，使其熔化并搅拌均匀；

步骤3，控制合金熔体温度至740℃，加入铝合金精炼剂1.5％或吹入铝合金精炼气体并搅拌精炼30min，扒除浮渣后，加盖覆盖剂；

步骤4，按重量百分比加入铝-铒中间合金和铝-锆中间合金配加铒和锆至要求含量，搅拌均匀后，出炉浇注，得到铸棒，供后续挤压自行车用管材。

拉伸实验

该合金的热挤压管材的在25摄氏度的实验条件下，抗拉强度高达480MPa，延伸率大于10％，挤压性能和焊接性能均能满足自行车架生产需要。

振动强度实验

用实施例1所述的合金制成的自行车车架进行QB1880-2008规定的振动强度试验40万次以上不破坏(10万次不破坏为合格)。

脚蹬力疲劳试验

进行欧盟标准化委员会公布的自行车安全标准规定的脚蹬力疲劳实验18万次以上不破坏(达到10万次即为合格)。

平均晶粒尺寸

使用光学显微镜观察。将实施例1中的合金进行0.05-0.1mm机械研磨后进行电解刻蚀的表面，利用线截法在该实施例合金的挤出方向或长度方向上进行测定。测定长度为0.2mm，每个视野各3根，共计观察5个视野。因此总测定线长度为0.2mm×15＝3mm。

平均结晶粒径是利用上述线截法，测定同一截取试验片的任意5个位置，采用15次截取试验片的平均值。

本实施例中平均结晶粒径小于20μm。

实施例2

一种自行车车架管用铝合金，按重量百分比由下列组分组成：1.1％Mg，1.3％Si，0.9％Cu，1.0％Mn，0.2％Cr，0.3％ER，0.15％Zr，余量为Al及不可避免的杂质。其制备方法包括如下步骤：

步骤1，将电解铝锭加热熔化至750℃，以铝-硅、铝-锰、铝-铬、铝-铜中间合金形式按重量百分比分别配加所述的硅、锰、铬、铜至含量要求，加热熔化得到合金熔体并搅拌均匀；

步骤2，将合金熔体温度控制在740℃范围，将金属镁锭加入熔体内部，使其熔化并搅拌均匀；

步骤3，控制合金熔体温度至730℃，加入铝合金精炼剂1％或吹入铝合金精炼气并搅拌精炼20min，扒除浮渣后，加盖覆盖剂；

步骤4，按重量百分比加入铝-铒中间合金和铝-锆中间合金配加铒和锆至要求含量，搅拌均匀后，即可出炉浇注，得到铸棒，供后续挤压自行车用管材加工用。

拉伸试验

该合金的热挤压管材在25摄氏度的实验条件下，抗拉强度高达465MPa，延伸率大于11％，挤压性能和焊接性能均能满足自行车架生产需要。

振动强度实验

用本实施例2所合金制备成的自行车车架，进行QB1880-2008规定的振动强度试验40万次以上未见破坏(10万次不破坏为合格)。

脚蹬力疲劳试验

进行欧盟标准化委员会公布的自行车安全标准规定的脚蹬力疲劳实验，达12万次以上未见破坏(达到10万次即为合格)。

平均晶粒尺寸

使用光学显微镜观察。将实施例2中的合金进行0.05-0.1mm机械研磨后进行电解刻蚀的表面，利用线截法在该实施例合金的挤出方向或长度方向上经行测定。测定长度为0.2mm，每个视野各3根，共计观察5个视野。因此总测定线长度为0.2mm×15＝3mm。

本实施例中平均结晶粒径小于20μm。

实施例3

一种自行车车架管用铝合金，按重量百分比由下列组分组成：0.8％Mg，0.8％Si，0.7％Cu，0.6％Mn，0.10％Cr，0.1％Er，0.08％Zr，余量为Al及不可避免的杂质。其制备方法包括如下步骤：

步骤1，将纯铝锭加热至720℃，以铝-硅、铝-锰、铝-铬、铝-铜中间合金形式按重量百分比分别配加所述的硅、锰、铬、铜至含量要求，加热熔化得到合金熔体并搅拌均匀；

步骤2，将合金熔体温度控制在730℃范围，将金属镁锭加入熔体内部，使其熔化并搅拌均匀；

步骤3，控制合金熔体温度至720℃，加入铝合金精炼剂1％-2％或吹入铝合金精炼气并搅拌精炼10min，扒除浮渣后，加盖覆盖剂；

本发明的铝合金强度高、塑性好，可以用来制作薄壁车架管，进一步实现轻量化。

拉伸实验

用本发明铝合金制成的自行车车架管，该合金的热挤压管材的在25摄氏度的实验条件下，抗拉强度强度高达450MPa，延伸率保持在11％以上，挤压性能和焊接性能均能满足自行车架生产需要。

振动强度实验

用实施例3所述合金制成的自行车车架，进行QB1880-2008规定的振动强度试验40万次以上未见破坏(10万次不破坏为合格)。

脚蹬力疲劳试验

进行欧盟标准化委员会公布的自行车安全标准规定的脚蹬力疲劳实验，达20万次以上未见破坏(达到10万次即为合格)。本发明的铝合金焊接性能和挤压性能优异，能够满足自行车车架的制造需要。

平均晶粒尺寸

使用光学显微镜观察。将实施例 3中的合金进行0.05-0.1mm机械研磨后进行电解刻蚀的表面，利用线截法在该实施例合金的挤出方向或长度方向上进行测定。测定长度为0.2mm，每个视野各3根，共计观察5个视野。因此总测定线长度为0.2mm ×15＝3mm。

本实施例中平均结晶粒径小于20μm。

下表本发明的3种不同配比的实施例与6066铝合金和申请号为201210061326.6合金的组织性能对比表。

以上对本发明的三种实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种自行车车架管用铝合金，其特征在于：按重量百分比由下列组分组成：0.8-1.6％Mg，1.3-1.8％Si，0.7-1.2％Cu，0.6-1.4％Mn，0.10-0.30％Cr，0.1-0.6％Er，0.08-0.15％Zr，余量为Al及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述一种自行车车架管用铝合金，其特征在于：所述一种自行车车架管用铝合金的金相图中的强化相除Mg₂Si外，还有W相(Cu₄Mg₅Si4Alx)和CuAl₂相。

3.根据权利要求1所述一种自行车车架管用铝合金，其特征在于：在25℃的条件下，对所述的一种自行车车架管用铝合金T6处理后进行拉伸试验时，拉伸强度为450MPa以上，延伸率为10％以上。

4.根据权利要求1所述一种自行车车架管用铝合金，其特征在于：所述一种自行车车架管用铝合金制成的车架在25℃的条件下，进行拉压疲劳试验时，寿命可达18万次以上仍完好无损。

5.根据权利要求1所述一种自行车车架管用铝合金，其特征在于：所述一种自行车车架管用铝合金按QB1880-2008要求，进行振动强度试验40万次以上不破坏。

6.一种自行车车架管用铝合金的配制方法，按重量百分比由下列组分组成：0.8-1.6％Mg，1.3-1.8％Si，0.7-1.2％Cu，0.6-1.4％Mn，0.10-0.30％Cr，0.1-0.6％Er，0.08-0.15％Zr，余量为Al及不可避免的杂质,其特征在于：包括如下步骤，

7.根据权利要求6所述一种自行车车架管用铝合金的配制方法，其特征在于：所述步骤1，将电解铝锭加热至720-780℃或直接将液态的电解铝液转入熔炼炉，以铝-硅、铝-锰、铝-铬、铝-铜中间合金形式按重量百分比分别配加所述的硅、锰、铬、铜至含量要求，加热熔化并搅拌均匀得到合金熔体。