CN105612265A

CN105612265A - 铝合金线材及线材组合件

Info

Publication number: CN105612265A
Application number: CN201480042121.0A
Authority: CN
Inventors: 罗纳德·丹尼尔·麦克劳德; 斯蒂芬·艾伦·莫尔
Original assignee: Magna Closures Inc
Current assignee: Magna Closures Inc
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-05-25
Also published as: US20150030496A1; WO2015013400A2; DE112014003452T5; WO2015013400A3

Abstract

公开了由非热处理的锻造铝合金制造的运载工具部件，更特别的是线材和线材组合件。所述线材和线材组合件成形为满足一定强度和弯曲性要求并且能够使用成型、攻丝和旋锻制造的不同形式。用于制造所述部件的铝合金是主要由铝(Al)金属形成的非热处理的锻造合金，所述锻造铝合金是主要与镁(Mg)合金化，并且还包含硅(Si)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、铬(Cr)、锌(Zn)、钛(Ti)、铍(Be)及其他元素。

Description

铝合金线材及线材组合件

本发明涉及运载工具部件，并且更特别地涉及使用铝合金组合物制造的线材和线材组合件。

背景技术

公司平均燃油经济性(CorporateAverageFuelEconomy，CAFE)是美国为了提高在美国售出的汽车和轻型卡车(其包括货车和运动型多用途车)的平均燃油经济性而颁布的规定。在历史上，制造商的CAFE是制造商用于在美国销售制造的当前车型年客车和轻型货车的车辆总体的销量加权调和平均燃油经济性(sales-weightedharmonicmeanfueleconomy)(以英里/美国加仑(mpg)表示)，所述客车和轻型货车的车辆总重额定值(grossvehicleweightrating，GVWR)为8500磅(3,856kg)或更低。如果制造商的年度车辆产生车辆总体的平均燃油经济性低于限定标准，则制造商必须支付一定的罚金，其等于每低于标准0.1mpg的指定美元金额乘以制造商在美国国内市场的总产量。

最近，汽车产业已受到以下挑战：截止2026年将其CAFE要求从当前的26mpg燃油经济性提高到52mpg。有多种方法可以帮助实现这一目标，但是可能使用的主要方法将是降低汽车的重量。为此，期望开发可以通过汽车部件成型设备而成型并且能够满足指定汽车部件的强度要求的轻质材料。

在这方面，汽车、卡车、货车和运动型多用途车通常包括具有不同形状和形式的多种线材及线材组合件作为其结构的一部分。这些部件可以包括例如门的锁放杆，引擎罩支撑杆，座椅安全带导向装置，电池压紧杆，发动机支撑和导向线材，排气装置吊环(exhausthanger)，座椅支撑、座椅调节和座椅结构线材。

对于许多线材部件应用，待使用的部件必须包括锐转弯曲部以在给定环境或应用中适当安装，而且它们还必须包括特殊的端部处理部以使杆与门闩和连接机构连接。这些部件还必须满足制造商通常指定的某些强度要求以确保它们将正常操作，例如，如在车辆门中使用的连杆适当地致动门的把手和释放机构。所述杆还必须能够使用成型、攻丝(threading)和旋锻制造。

目前，线材和线材装配的汽车制造中的最佳做法是使用钢(通常为1008-1010低碳钢)来形成所述部件。任何替代钢的材料均将需要可被制造成具有一定的预定强度、耐久性和耐腐蚀性并能够成型、压制、机械加工、冷加工和焊接的产品。

发明内容

本发明涉及由非热处理的锻造铝合金制造的运载工具部件，并且更特别地涉及由所述合金制造并成形为以下不同形式的线材和线材组合件，所述不同形式的线材和线材组合件满足一定的预定强度和弯曲性要求，并且能够使用制造方法例如成型、攻丝和旋锻来制造。所述铝合金可用于制造汽车、船舶和航空航天交通工具的部件。合金为其中铝主要与镁合金化的受控5000系列类型铝合金。5000系列型铝合金的一个实例是5356合金组合物，其包含以最大重量百分比标识的以下元素，即：0.25％硅(Si)、0.4％铁(Fe)、0.1％铜(Cu)、0.05％至0.2％锰(Mn)、0.05％至0.2％铬(Cr)、0.1％锌(Zn)、0.06％至0.2％钛(Ti)、4.5％至5.5％镁(Mg)、0.0003％铍(Be)、0.15％“其他”元素，其中所述其他元素中的每个不超过0.05％，且该合金的余量为作为主要金属的铝(Al)。

用于制造本发明的运载工具部件的铝合金已知被用来将铝件焊接在一起。其是主要由铝(Al)形成的一种非热处理的锻造合金，并且包含以下作为其合金化元素：硅(Si)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、铬(Cr)、锌(Zn)、钛(Ti)、镁(Mg)、铍(Be)及其他元素。镁(Mg)的重量百分比小于铝，但大于形成所述铝合金的所述剩余元素。特别地，所述合金组合物包含以最大重量百分比标识的以下元素，即：0.09％硅(Si)、0.19％铁(Fe)、0.01％铜(Cu)、0.1％至0.15％锰(Mn)、0.1％至0.13％铬(Cr)、0.01％锌(Zn)、0.06％至0.11％钛(Ti)、4.8％至5.05％镁(Mg)、0.0003％铍(Be)、0.1％“其他”元素，其中所述其他元素中的每个不超过0.02％，且该合金的余量为作为主要金属的铝(Al)。

“其他”元素的浓度典型地如下：As(砷)＜0.005％；Ga(镓)＜0.01％；V(钒)＜0.01％；Pb(铅)＜0.001％；Ni(镍)＜0.01％；Na(钠)＜0.0002％；以及Ca(钙)＜0.003％。应当指出的是，“其他”元素的这一浓度可以变化。

由所述铝合金形成的运载工具部件能够使用成型、攻丝和旋锻制造。“成型”使用应力(如压缩、张力、剪切或组合应力)以引起材料的塑性变形以产生所需形状。“攻丝”是产生螺纹的过程。产生螺纹的变形或转化方法包括滚压和成型。“旋锻”是其中通过使用压缩力使铝合金成形来改变部件的尺寸的一种方法。

所述铝合金还能够成型为具有弯曲部，特别是具有90°或更小的锐转弯曲部的部件。由所述铝合金形成的部件还满足所需的强度要求。由所述铝合金形成的部件的拉伸强度为50至60千磅/平方英寸(ksi)或345兆帕至415兆帕(MPa)。所述部件还具有≥7％的断裂伸长率。

可以使用所述铝合金形成的部件包括例如车辆的所有线材成型部件，例如，门的锁放杆、引擎罩支撑杆、座椅安全带导向装置、电池压紧杆、发动机支撑和导向线材、排气装置吊环以及座椅支撑、座椅调节和座椅结构线材。

由所述铝合金组合物形成的线材和线材组合件可以包括用于连接的特殊端部处理部和锐转弯曲部。这些部件也将满足预定的制造商强度要求，并且能够使用成型、攻丝和旋锻制造。已经发现，当产品成本略有增加(例如，5％至10％)时，制造商可以通过使用所述铝合金组合物制造线材和线材组合件在重量节省上实现约300％的改善。

附图简述

图1是车辆门的锁放杆的示例性线材部件的透视图。

图2是车辆引擎罩支撑杆的示例性线材部件的透视图。

图3是车辆消音器挂钩的示例性线材部件的透视图。

图4是车辆电池压紧杆的示例性线材部件的透视图。

图5是车辆座椅支撑线材的示例性线材部件的透视图。

发明详述

本发明涉及由非热处理的锻造铝合金制造的运载工具部件，并且更特别地涉及由所述合金制造的用于车辆的线材和线材组合件。根据不同应用，所述线材和线材组合件典型地成形为不同的形式。这些部件可以包括：例如门的锁放杆、引擎罩支撑杆、座椅安全带导向装置、电池压紧杆、发动机支撑和导向线材、排气装置吊环、以及座椅支撑、座椅调节和座椅结构线材。图1至5为示例性线材和线材组合件的透视图，其分别为门的锁放杆10、引擎罩支撑杆20、消音器吊环30、电池压紧杆40和座椅支撑线材50。通常，这些部件用于汽车，但是它们也可用于船舶或航空航天交通工具。

图1描绘了门的锁放杆10的一个实例。所述门的锁放杆10包括一个成型的弯曲部12和两个成型的锐转弯曲部17，所述锐转弯曲部17，使得杆10在其中使用所述杆的运载工具的门中适当地安装。杆10还包括用于使杆10与门上的门闩或连接机构连接的特殊端部处理部18。两个锐转弯曲部17用于形成特殊端部处理部18。杆10还包括旋锻部14，其是所述杆的部分“颈缩”，并且在与特殊端部处理部18相反的一端，在杆10上滚压有螺纹16。

门的锁放杆10使用所述公开的用于形成线材和线材组合件的非热处理的锻造铝合金组合物来形成，使得杆10满足一定的预定强度和弯曲性要求，并且使得杆10能够使用制造方法例如成型、攻丝和旋锻制造。

由铝合金形成的运载工具部件能够使用成型、攻丝和旋锻制造。“成型”使用应力(如压缩、张力、剪切或组合应力)以引起材料的塑性变形以产生所需形状。“攻丝”是产生螺纹的过程。产生螺纹的变形或转化方法包括滚压和成型。“旋锻”是其中使用局部压缩力利用铝合金的成形改变部件尺寸的一种方法。

制造图1至5中所示的部件的铝合金是其中铝主要与镁合金化的受控5000系列型铝合金。所述铝合金是主要由铝(Al)金属形成的一种非热处理的锻造合金，并且其包含硅(Si)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、铬(Cr)、锌(Zn)、钛(Ti)、镁(Mg)、铍(Be)及其他元素。所述铝合金组合物包含以最大重量百分比标识的以下元素，即：0.09％硅(Si)、0.19％铁(Fe)、0.01％铜(Cu)、0.1％至0.15％锰(Mn)、0.1％至0.13％铬(Cr)、0.01％锌(Zn)、0.06％至0.11％钛(Ti)、4.8％至5.05％镁(Mg)、0.0003％铍(Be)、0.1％“其他”预定元素，其中其他预定元素各自不超过0.02％，且合金的余量以铝(Al)作为主要金属。

“其他”预定元素的浓度典型地如下：As(砷)＜0.005％；Ga(镓)＜0.01％；V(钒)＜0.01％；Pb(铅)＜0.001％；Ni(镍)＜0.01％；Na(钠)＜0.0002％；以及Ca(钙)＜0.003％。应当指出的是，“其他”元素的这一浓度可以变化。

在图1-5中示出的使用所述铝合金制成的线材和线材组合件，能够形成具有弯曲部，特别是具有90°或更小的锐转弯曲部的部件。例如，图1中所示的杆10包括弯曲部12和用于形成特殊端部处理部18的两个锐转弯曲部17。图2中所示的引擎罩支撑杆20包括两个弯曲部22和一个锐转弯曲部27，其导致接合车辆的引擎罩以使引擎罩保持直立状态的突出部。图3中所示的消声器吊环30包括两个锐转弯曲部37。图4中所示的电池压紧杆40包括使得杆40横跨在电池之上的两个弯曲42和两个锐转弯曲部47，其中一个锐转弯曲部与用于使所述电池在安装板上保持就位的第一支架接合，并且其中第二个锐转弯曲部用于形成特殊端部处理部48，通过特殊端部处理部48插入螺栓以接合用于使电池在安装板上保持就位的第二支架中的螺纹。最后，图5中所示的座椅支撑线材50包括三个弯曲52和超过半打的锐转弯曲部57，其中一些锐转弯曲部用于形成特殊处理部58，通过特殊处理部58插入螺栓以接合运载工具地板中或数个安装支架中的螺纹，其用于使座椅支撑线材50以及通过连接支架53与其连接的任何座椅在车辆内部保持就位。

使用所述铝合金制成的线材和线材组合件(其示于图1-5)还满足了指定的强度要求。这些部件的拉伸强度为50至60千磅/平方英寸(ksi)或345兆帕至415兆帕(MPa)。“拉伸强度”定义为当材料被拉伸或拉扯时在损坏或断裂之前其可以承受的最大应力。

图1-5中所示的线材或线材组合件还具有≥7％的断裂伸长率。“断裂伸长率”(也称为“断裂应变”)是在测试样品断裂之后改变的长度和初始长度之间的比率。其表示材料抵抗形状变化而不形成裂纹的能力。因此，例如，在断裂成两截之前拉伸至1.1米的1米的样品的断裂伸长率为10％。断裂伸长率也称为“伸长率”。

尽管已经结合目前被认为是最实际和优选的实施方案的内容对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的实施方案，而且相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种变化和等同布置。

Claims

1.一种由非热处理的锻造铝合金形成的运载工具部件，所述铝合金包含以下元素：铝(Al)、镁(Mg)、硅(Si)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、铬(Cr)、锌(Zn)、钛(Ti)、镁(Mg)、铍(Be)及其他预定元素，所述铝的重量百分比占所述合金的主要部分，且所述镁(Mg)的重量百分比小于所述铝的重量百分比，但大于形成所述铝合金的剩余元素的重量百分比。

2.根据权利要求1所述的运载工具部件，其中按所述合金的重量百分比计，所述铝合金的元素是：0.09％硅(Si)、0.19％铁(Fe)、0.01％铜(Cu)、0.05％至0.15％锰(Mn)、0.1％至0.15％铬(Cr)、0.01％锌(Zn)、0.06％至0.11％钛(Ti)、4.8％至5.05％镁(Mg)、0.0003％铍(Be)、0.1％其他预定元素，其中每种所述其他预定元素不超过0.02％，且所述合金的余量为作为主要金属的铝(Al)。

3.根据权利要求2所述的运载工具部件，其中按所述合金的重量百分比计，所述铝合金的所述其他预定元素为小于0.005％的砷、0.01％的镓(Ga)、小于0.01％的钒(V)、小于0.001％的铅(Pb)、小于0.01％的镍(Ni)、小于0.0002％的钠(Na)和小于0.003％的钙(Ca)。

4.根据权利要求2所述的运载工具部件，其中所述合金的拉伸强度为至少50千磅每平方英寸(ksi)。

5.根据权利要求2所述的运载工具部件，其中所述合金的拉伸强度为至少345兆帕(MPa)。

6.根据权利要求3所述的运载工具部件，其中所述合金的拉伸强度为50至60千磅每平方英寸(ksi)。

7.根据权利要求3所述的运载工具部件，其中所述合金的拉伸强度为345兆帕至415兆帕(MPa)。

8.根据权利要求2所述的运载工具部件，其中所述合金的断裂伸长率为至少7％。

9.根据权利要求3所述的运载工具部件，其中所述合金的断裂伸长率等于或大于7％。

10.根据权利要求2所述的运载工具部件，其中所述运载工具部件是线材或线材组合件。

11.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件形成为预定形状。

12.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述运载工具部件是汽车部件。

13.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件是门的锁放杆。

14.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件是引擎罩支撑杆。

15.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件是座椅安全带导向装置。

16.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件是电池压紧杆。

17.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件是发动机支撑和导向线材。

18.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件是排气装置吊环。

19.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件是座椅支撑、座椅调节和座椅结构线材。

20.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件具有至少一个弯曲部。

21.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件具有至少一个锐转弯曲部。

22.根据权利要求21所述的运载工具部件，其中所述锐转弯曲部是90°或更小的弯曲部。

23.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件具有滚压到所述部件上的螺纹。

24.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述线材或线材组合件的预定部分是经旋锻的。

25.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述运载工具部件是船舶部件。

26.根据权利要求10所述的运载工具部件，其中所述运载工具部件是航空航天部件。

27.一种由非热处理的锻造铝合金形成的线材或线材组合件，按所述合金的重量百分比计，所述铝合金包含以下元素：0.09％硅(Si)、0.19％铁(Fe)、0.01％铜(Cu)、0.05％至0.15％锰(Mn)、0.1％至0.15％铬(Cr)、0.01％锌(Zn)、0.06％至0.11％钛(Ti)、4.8％至5.05％镁(Mg)、0.0003％铍(Be)、0.1％其他预定元素，且所述合金的余量为作为主要金属的铝(Al)。

28.根据权利要求27所述的线材或线材组合件，其中按所述合金的重量百分比计，所述铝合金的所述其他预定元素是：小于0.005％的砷、0.01％的镓(Ga)、小于0.01％的钒(V)、小于0.001％的铅(Pb)、小于0.01％的镍(Ni)、小于0.0002％的钠(Na)和小于0.003％的钙(Ca)。

29.根据权利要求27所述的线材或线材组合件，其中所述合金的拉伸强度为50至60千磅每平方英寸(ksi)。

30.根据权利要求27所述的线材或线材组合件，其中所述合金的拉伸强度为345兆帕至415兆帕(MPa)。

31.根据权利要求27所述的线材或线材组合件，其中所述合金的断裂伸长率等于或大于7％。

32.根据权利要求27所述的线材或线材组合件，其中所述线材或线材组合件为选自以下的部件：门的锁放杆，引擎罩支撑杆，座椅安全带导向装置，电池压紧杆，发动机支撑和导向线材，排气装置吊环，以及座椅支撑、座椅调节和座椅结构线材。

33.根据权利要求27所述的线材或线材组合件，其中所述线材或线材组合件为选自以下的汽车部件：门的锁放杆，引擎罩支撑杆，座椅安全带导向装置，电池压紧杆，发动机支撑和导向线材，排气装置吊环，以及座椅支撑、座椅调节和座椅结构线材。