CN103484729B - 一种压铸铝合金汽车板材及其应用 - Google Patents

一种压铸铝合金汽车板材及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于汽车板材部件的、具有优异力学性能的压铸铝合金及其汽车板材,其成分配比为(wt.%):Si3.5-4.0、Mg1.5-1.8、Cu0.05-0.1、Cr0.04-0.06、Fe≤0.02、Mn≤0.03,余量为铝和不可避免的杂质,同时满足Si/Mg的比值在2.2-2.5之间;其中上述合金成分来自于纯度为99.9%的纯铝、硅含量为12-15%的铝硅合金、铬含量为10-12的铝铬合金、电解铜和工业纯镁,通过熔炼,压铸得到铸件,将铸件经过塑性变形以及两级时效处理,得到了汽车板材产品,以获得性能优异的铝合金汽车板材。

Description

-种压铸错合金汽车板材及其应用
技术领域
[0001] 本发明设及侣及其合金的技术领域,特别是提供一种用于汽车板材部件的、具有 优异力学性能的压铸侣合金及其汽车板材,同时,本发明还提到了压铸侣合金汽车板材的 应用。
背景技术
[0002] 侣及其合金因具有优异的力学性能、抗腐蚀性能、成型性能而自古受到青睐,同时 加之2. 17g/cm2的低密度,侣合金是典型的被使用的结构型轻合,在汽车、船舶、运输机、家 电制品、电子通讯设备、建材等各个领域都被广泛使用。特别是为了应对日益严重的能源短 缺和环境污染等问题,必须尽量节约燃油的消耗W及严格控制二氧化碳等气体的排放,而 交通运输产品的质量没减轻10%,就可W使得油耗下降至少5%,相应地的气体排放也自然 能够得到有效的控制,而将具有高的比强度和比刚度W及其他优异性能的侣合金用于相应 产品的制造,无疑是解决上述问题最为可行的方法。
[0003] 其中的Al-Mg-Si系合金因优异的挤压性能、相对高的强度和耐腐蚀性能而成为 车身、n板、行李舱隔板等面板型构件的主要选择。然而由于侣合金的烙炼、热处理时效工 艺的各个步骤设及到很多参数,如何选择最为优化的成分和与成分相适应的烙炼、热处理 工艺步骤和参数,从而开发出具有更优异性能的侣合金一直是相关研究人员最为关注的研 究课题。
[0004] 压力铸造是现今侣及其合金的铸造方法中技术含量较高的先进制备方法之一,其 成本相对较低,且生产效率高,制备得到的侣合金产品表面质量好、尺寸精度高,能够满足 汽车工业部件对于侣合金产品的要求标准。
发明内容
[0005] 本发明的目的即在于提供一种侣合金的配方,并通过合理的烙炼和压力铸造工艺 得到侣合金,最后经过相应的热处理时效工艺得到具有优异性能的侣合金产品。
[0006] 本发明所述的一种压铸侣合金及其制备得到的汽车板材,其具体通过W下步骤制 备得到:
[0007] 1)原料准备;合金的成分配比为(wt. %) ;Si3. 5-4. 0、Mgl. 5-1. 8、CuO.05-0. 1、 CrO.04-0. 06、化《0. 02、Mn《0. 03,余量为侣和不可避免的杂质,同时满足Si/Mg的比值 在2. 2-2. 5之间;其中上述合金成分来自于纯度为99. 9%的纯侣、娃含量为12-15%的侣娃 合金、铭含量为10-12的侣铭合金、电解铜、工业纯儀等原料,如果有Mn来自于10-12%的侣 车孟合金原料;
[000引 2)烙炼;先将上述各原料预热至至少150°C,然后将纯侣置于烙炼炉中加热升温 至750-780°C,随后加入侣铭合金和电解铜并持续揽拌直至侣铭合金和电解铜全部烙化, 之后降温至700-73(TC并加入侣娃合金并持续揽拌直至侣娃合金全部烙化,随后降温至 650-670°C并将工业纯儀按压至烙体底部维持至少3-5min,之后揽拌烙体并再次升温至 750-780°C同时加入精炼剂进行精炼,静置10-15min后,检验烙体成分合格后完成烙炼;
[0009] 3)压铸;将成分合格的烙体降温至680-700°C后压铸到经过预热至至少200°C的 模具的型腔中,其中充型开始时的烙体流速为0. 2-0. 4m/s、铸造压力为70-75MPa,充型率 超过60%后,提高烙体的流速至2-2. 5m/s、铸造压力为85-90MPa,直至充型压铸结束;
[0010] 4)热轴;将压铸铸件多道次热轴至3-6mm厚的板材;
[0011] 5)冷轴;将热轴后的板材W80-90%的总压下率冷轴至1mmW下;
[0012] 6)固溶-泽火处理;将压铸铸件经过热轴和冷轴加工后得到的侣合金板材在 570-600°C条件下盐浴固溶处理1. 5min后进行水泽冷却,板材出炉入水的时间小于2秒且 冷却水的温度小于20°C;
[0013] 7)两级时效;首先将经固溶-泽火处理的侣合金板材在100-120°C的条件下盐浴 保温2. 5-化,随后再将侣合金板材在50-60°C的条件下盐浴保温120-15化,从而得到所述 的汽车板材。
[0014] 其中,合金元素含量优选的,所述娃的含量为3. 8。
[0015] 进一步优选的,所述儀的含量为1.6。
[0016] 进一步优选的,所述铜的含量为0. 07。
[0017] 进一步优选的,所述铭的含量为化0.05。
[0018] 进一步优选的,所述铁的含量小于0. 005,更优选为0。
[0019] 进一步优选的,所述铺的含量小于0. 01。
[0020] 进一步优选的,Si/Mg的比值为2. 3。
[0021] 其中,压铸时,所述的充型开始时的烙体流速为0. 3m/s。
[002引进一步优选的,所述的充型开始时的铸造压力为73MPa。
[0023] 进一步优选的,所述的充型率超过60%后,提高烙体的流速至2. 3m/s。
[0024] 进一步优选的,所述的充型率超过60%后,铸造压力为88MPa。
[0025] 其中,两级时效时,优选的,首先将经固溶-泽火处理的侣合金板材在110°C的条 件下盐浴保温2.她。
[0026] 进一步优选的,随后再将侣合金板材在55°C的条件下盐浴保温13化。
[0027] 本发明的优点在于;(1)合理地设计了板材合金的成分,通过简单的合金元素W 及适量的配比,得到了具有优异压铸和时效性能的侣合金;(2)采取了合适的原料和烙炼 工艺,保证了合金的性能;(3)选择了最佳的压铸工艺参数W获得性能优异的侣合金;(4) 采用了最为有效的两级时效工艺和参数,最大限度地提高了侣合金的性能;(5)侣合金板 材产品的拉伸强度为280MPaW上,延伸率为28%W上,屈服强度为150MPaW上。
具体实施方式
[002引实施例1-6,W及对比例1-11 :
[0029] 1)原料准备;按表1的合金的成分配比准备原料,其中合金元素来自于纯度为 99. 9%的纯侣、娃含量为12-15%的侣娃合金、铭含量为10-12的侣铭合金、电解铜、工业纯儀 等原料,如果有Mn来自于10-12%的侣铺合金原料。
[0030] 2)烙炼;先将上述各原料预热至18(TC,然后将纯侣置于烙炼炉中加热升温至 760°C,随后加入侣铭合金和电解铜并持续揽拌直至侣铭合金和电解铜全部烙化,之后降温 至720°C并加入侣娃合金并持续揽拌直至侣娃合金全部烙化,随后降温至660°C并将工业 纯儀按压至烙体底部维持至少4min,之后揽拌烙体并再次升温至770°C同时加入精炼剂进 行精炼,静置12min后,检验烙体成分合格后完成烙炼。
[0031] 3)压铸;将成分合格的烙体降温至690°C后压铸到经过预热至200°C的模具的型 腔中,其中充型开始时的烙体流速为0. 2m/s、铸造压力为70MPa,充型率超过60%后,提高烙 体的流速至2m/s、铸造压力为85MPa,直至充型压铸结束。
[003引 4)热轴;将压铸铸件多道次热轴至5mm厚的板材。
[003引 5)冷轴;将热轴后的板材W 80%的总压下率冷轴至1mm。
[0034] 6)固溶-泽火处理:将压铸铸件经过冷轴和/或热轴加工后得到侣合金板材,将 侣合金板材在580°C条件下盐浴固溶处理1. 5min后进行水泽冷却,板材出炉入水的时间小 于2秒且冷却水的温度小于20°C。
[0035] 7)两级时效;首先将经固溶-泽火处理的侣合金板材在100°C的条件下盐浴保温 2. 5h,随后再将侣合金板材在50°C的条件下盐浴保温12化,从而得到所述的板材。
[0036]表1
[0037]
Figure CN103484729BD00061
[003引由表1的结果可知,娃的含量不能过低,否则将会使得提高强度的效果不足,W及 流动性的变差从而影响压铸性能,导致力学性能的明显变差。而娃的含量过高则会导致延 伸率的急剧下降和屈服强度的显著降低。
[0039] 儀含量过低难于与娃协同发挥提高强度的作用,从而导致拉伸强度和屈服强度的 显著下降。而儀含量过高会导致延伸率降低W及屈服强度的不足。
[0040] 铜含量过低会使得延伸率严重的不足,同时屈服强度也明显不足,而铜含量过高 对于合金体系的拉伸强度和延伸率并未做出更多贡献,反而拖累屈服强度的大幅下降。此 夕F,适量的铜还能促进儀娃强化相的形成,是合金体系重要的元素。
[0041] 铭含量过低难于发挥其晶粒细化的作用,从而导致拉伸强度的降低,同时延伸率、 屈服强度等性能也不够理想。铭含量过高则可能与娃、铺等合金元素形成脆性金属件化合 物,从而大幅降低强度和塑性等各项力学性能。此外,适量的铭还能促进儀娃强化相的形 成,也是合金体系重要的元素。
[0042] 铁作为主要的杂质元素必须严格限制其含量,如果超过0. 02,例如对比例9中的 0. 04,则明显降低强度和塑性等各项力学性能,优选在0. 005 W下,当然如果能控制在更低 更好。
[0043] 铺虽然通常主要作为晶粒细化的合金元素使用,但本申请中更主要利用的是其对 于铁元素的协同溶解作用,因此控制其含量在0. 03 W下,根据铁的含量,也可W为0. 01 W 下。
[0044] 娃儀比是必须严格控制的,过高的娃儀比则有过多的娃析出在晶界,从而影响合 金的力学性能。而过低的娃儀比则难于充分形成强化相,W获得相应的力学性能。
[0045] 明显的,本申请中的合金体系,预料不到的获得了优异的压铸性能,其压铸产品具 有优异的抗拉强度、延伸率和屈服强度等力学性能。
[0046] 实施例5-8, W及对比例12-19,合金的化学成分与实施例2相同,主要考察了压铸 过程中的工艺参数的最优化选择,参数的选取W及性能结果参见表2。
[0047]表2
[0048]
Figure CN103484729BD00071
[0049]
Figure CN103484729BD00081
[0050] 虽然压铸过程中采用低速、高速两种不同的烙体流速W控制气孔等缺陷是本领域 中公知的技术,但由表2的结果可知,如何选择烙体流速和铸造压力还是有很大的影响: [0化1] 对于低速阶段的烙体流速和铸造压力,应当控制烙体流速在0. 2-0. 4m/s之间,过 低的烙体流速会导致烙体降温过快而影响烙体的压铸性能,从而最终恶化合金的力学性 能,并且也不利于生产效率的提高。而过高的烙体流速则会导致端流的出现而容易卷入气 体和氧化物夹杂,同时会导致局部烙体的快速凝固而产生气孔等缺陷。铸造压力的增大能 够明显改善材料的力学性能,该主要得益于压力增大所产生的合金致密性的提高和缺陷的 减少,为了保证该一效果,铸造压力至少应为7〇MPa,但过大的铸造压力并不会获得更多的 性能改观,反而会导致设备、模具等过快的损耗,因此铸造压力的上限设定为75MPa。
[0化2] 对于高速阶段的烙体流速和铸造压力,应当控制烙体流速在2-2. 5m/s之间,铸造 压力在85-90MI^a之间,其对于压铸过程和合金力学性能的影响与低速阶段的类似,不再寶 述。
[0化3]明显的,本申请中的合金体系,具有最适于其的压铸工艺参数,有违于最优化参数 的都可能导致合金性能的下降。
[0化4] 实施例9-10,W及对比例20-28,合金的化学成分与实施例2相同,主要考察了两 级时效中的参数的最优化选择,参数的选取W及性能结果参见表3。
[0化5] 表3
[0056]
Figure CN103484729BD00091
[0057]
Figure CN103484729BD00101
[005引由表3的结果可知,两级时效对于强化相的析出具有重要影响,未经一级时效的 合金在力学性能上严重的恶化,可见一级时效后的二级时效将极大的促使强化相的长大。 而一级时效的温度和时间也必须选取适当,时效的温度过低,W及时效的时间过短,都会导 致强化相的析出得不足,而使得拉伸强度和屈服强度的严重不足;时效温度过高,会促使强 化相部分地分解,从而也不利于强度的提高;而时效的时间过长并无益于性能的提高,反而 会影响生产效率的优化。二级时效温度和时间的影响趋势趋同于一级时效,但明显的其时 效时间的不足对于屈服强度的影响尤为明显。
[0化9] 综上,本发明首先是合理设计了Al-Mg-Si合金体系的成分,使并不专长于压铸的 合金体系具有优异的压铸性能,同时优化选取了压铸的工艺参数和随后的时效工艺步骤和 参数,从而获得板材产品最佳的合金力学性能,具体的,所有实施例的力学性能均能实现拉

Claims (3)

1. 一种压铸铝合金的汽车板材,其具体通过以下步骤制备得到: 1) 原料准备:合金的成分配比为(wt. % ) :Si 3. 5-4. 0、Mg L 5-1. 8、Cu 0• 05-0. 1、Cr 0. 04-0. 06、Fe彡0. 02、Mn彡0. 03,余量为铝和不可避免的杂质,同时满足Si/Mg的比值在 2. 2-2. 5之间;其中上述合金成分来自于纯度为99. 9%的纯铝、硅含量为12-15%的铝硅合 金、铬含量为10-12的铝铬合金、电解铜和工业纯镁,其中Mn来自于10-12%的铝锰合金原 料; 2) 熔炼:先将上述各原料预热至至少150°C,然后将纯铝置于熔炼炉中加热升温至 750-780°C,随后加入铝铬合金和电解铜并持续搅拌直至铝铬合金和电解铜全部熔化, 之后降温至700-730°C并加入铝硅合金并持续搅拌直至铝硅合金全部熔化,随后降温 至650-670°C并将工业纯镁按压至熔体底部维持至少4min,之后搅拌熔体并再次升温至 750-780°C同时加入精炼剂进行精炼,静置10_15min后,检验熔体成分合格后完成熔炼; 3) 压铸:将成分合格的熔体降温至680-700°C后压铸到经过预热至至少200°C的模具 的型腔中,其中充型开始时的熔体流速为0. 2-0. 4m/s、铸造压力为70-75MPa,充型率超过 60%后,提高熔体的流速至2-2. 5m/s、铸造压力为85-90MPa,直至充型压铸结束; 4) 热轧:将压铸铸件多道次热轧至3-6_厚的板材; 5) 冷轧:将热轧后的板材以80-90%的总压下率冷轧至Imm以下; 6) 固溶-淬火处理:将压铸铸件经过热轧和冷轧加工后得到的铝合金板材在 570-600°C条件下盐浴固溶处理I. 5min后进行水淬冷却,板材出炉入水的时间小于2秒且 冷却水的温度小于20°C ; 7) 两级时效:首先将经固溶-淬火处理的铝合金板材在100-120°C的条件下盐浴保温 2. 5-3h,随后再将铝合金板材在50-60°C的条件下盐浴保温120-150h,从而得到所述的汽 车板材。
2. 根据权利要求1所述的汽车板材,其特征在于:板材产品的拉伸强度为280MPa以 上,延伸率为28%以上,屈服强度为150MPa以上。
3. 根据权利要求1所述的汽车板材的应用,其特征在于:所述应用为汽车的车身、门 板、行李舱隔板。
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