CN105838944B - 一种车辆车体用高强可焊铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有色金属技术领域，具体涉及一种车辆车体用高强可焊铝合金及其制备方法，合金中：Zn：4.8～6.6wt.％，Mg：1.0～2.0wt.％，Zr：0.08～0.16wt.％，Sc：0.03～0.06wt.％，Ti：0.01～0.03wt.％，Fe：<0.15wt.％，其他不可避免的杂质元素每种少于0.05wt.％，且总量少于0.15wt.％，余量为Al。其制备方法：将半连续铸造得到的铸锭在200～220℃下均匀化退火2小时，然后随炉升温至470～480℃下保温8小时后进行热挤压和在线穿水淬火，此后在480～490℃之间保温1～3小时进行固溶处理，水淬后在130～160℃之间保温12～24小时进行时效处理。该合金通过复合添加元素Zr、Sc、Ti三种元素，使合金中生成大量Al3Zr(Sc,Ti)弥散相，起到抑制再结晶晶粒的形核与长大、阻碍位错迁移的作用，从而获得优良的强韧性，适合于生产车辆车体用高强度轻质结构件中。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属技术领域，公开了一种车辆车体用高强可焊铝合金及其制备方法。
背景技术
随着汽车轻量化要求的不断提高，国内外对轨道车辆、汽车等车体用铝合金材料的研究已取得了一定的成果，但对车辆车体用高强可焊铝合金复杂断面型材制备的研究，尚处于空白。
目前国外已开发出7005、7N01、6005铝合金，用于轨道列车车体型材，上述合金具有良好的变形性和可焊性，但上述合金在挤压过程中容易发生再结晶现象，导致合金强度较低。
高强Al-Zn-Mg-Cu合金，如7075、7050铝合金，强度可以满足作为车体结构材料需要，但由于其焊接性能差，使其在车体用铝合金领域的应用受到了限制。因此，为满足实际生产与客户需要，急需开发出一种制备方法简单，强度高而焊接性也满足需要的新型Al-Zn-Mg-Zr-Sc-Ti合金。
发明内容
本发明为了克服上述缺陷，提供一种车辆车体用高强可焊铝合金及其制备方法，旨在有效解决目前国内铝合金的强度、焊接性不满足车辆车体结构件生产之要求；本发明铝合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率等特性以及生产成本均能满足高附加值车辆车体制造工业领域对铝合金材料的诸多要求。
本发明的一种Al-Mg-Si-Cu合金，其成份的百分比含量如下——
一种车辆车体用高强可焊铝合金，其成份的重量百分含量如下：
杂质元素每种少于0.05wt.％，且总量少于0.15wt.％，余量为Al。
作为本发明的进一步改进，上述的一种车辆车体用高强可焊铝合金，Zr、Sc、Ti含量优选为：Zr：0.10～0.12wt.％，Sc：0.05～0.06wt.％，Ti：0.01～0.02wt.％。
作为本发明的进一步改进，上述的一种车辆车体用高强可焊铝合金的铸锭制备方法，按如下步骤进行：
(1)原料配制：以纯金属铝、纯金属锌、纯金属镁、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Ti中间合金作为原料，进行备料；
(2)合金熔炼及浇注：在火焰反射式炉中进行熔炼，将纯金属铝加入炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Ti中间合金升温至730-740℃，加入纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至740-750℃，然后使用除气剂六氯乙烷或氩氯混合气体处理10-15min，处理完毕后搅拌合金熔体并在740℃静置10-20min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为730℃-740℃；
作为本发明的进一步改进，所述的纯金属铝、纯金属锌和纯金属镁的纯度均为99.7wt.％；
作为本发明的进一步改进，所述的Al-Zr中间合金的含量为Zr：3-5wt％，余量为Al；所述的Al-Sc中间合金的含量为Sc：1-2wt％，余量为Al；所述的Al-Ti中间合金的含量为Ti：5-10wt％，余量为Al。
作为本发明的进一步改进，上述的一种车辆车体用高强可焊铝合金的制备方法，按如下步骤进行：
(1)均匀化处理：将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为：200～220℃下保温2小时，然后随炉升温至470～480℃下保温8小时后，然后将铸锭取出强风冷至室温；
(2)挤压处理：变形系数为20-50，挤压温度380～420℃，保温1～2小时进行热挤压；
(3)固溶时效处理：在480～490℃之间保温1～3小时进行固溶处理，水淬后在130～160℃之间保温12～24小时后空冷至室温。
与现用技术相比，本发明的特点及其有益效果是：
(1)本发明技术方案提出Zr、Sc、Ti元素在Al-Zn-Mg-合金中的添加，并给出了一个合理的Zr、Sc、Ti含量范围，并通过控制加工过程的工艺参数，使合金在保证了可焊性的同时，显著提高了强度。
(2)本发明合金在固溶时效状态下，抗拉强度达到480MPa～550MPa，延伸率达到11％-14％，焊接系数可达65％以上，具有优异的综合性能，适合于生产需要高强度且需要焊接连接的的车辆车体结构件。
具体实施方式
实施例：一种车辆车体用高强可焊铝合金，该合金中的Zn：4.8～6.6wt.％，Mg：1.0～2.0wt.％，Zr：0.08～0.16wt.％，Sc：0.03～0.06wt.％，Ti：0.01～0.03wt.％，Fe：<0.15wt.％。Zr、Sc、Ti含量优选为：Zr：0.10～0.12wt.％，Sc：0.05～0.06wt.％，Ti：0.01～0.02wt.％。该合金在固溶时效状态下，抗拉强度达到480MPa～550MPa，延伸率达到11％-14％，焊接系数可达0.65以上。
本发明车辆车体用高强可焊铝合金的熔炼工艺：将纯金属铝加入炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Ti中间合金升温至730-740℃，加入纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至740-750℃，然后使用除气剂六氯乙烷或氩氯混合气体处理10-15min，处理完毕后搅拌合金熔体并在740℃静置10-20min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为730℃-740℃。
本发明车辆车体用高强可焊铝合金的制备方法：将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为：200～220℃下保温2小时，然后随炉升温至470～480℃下保温8小时后，然后将铸锭取出强风冷至室温；挤压温度380～420℃，保温1～2小时进行热挤压，变形系数为20-50；热挤后立刻进行在线穿水，然后在480～490℃之间保温1～3小时进行固溶处理，水淬后在130～160℃之间保温12～24小时后空冷至室温。
热处理和挤压工艺均会对材料的强度、塑性以及成品率产生影响。经半连续铸造得到的铸锭必须经过均匀化退火才能使非平衡相充分溶解、消除微观偏析、提高成份的均匀性，以利于后续的热挤压变形。均匀化退火分两级进行，第二级均匀化温度低于470℃时，不能充分均质，而超过480℃，容易产生过烧而使材料成为废品。同时，必须保证足够的均匀化时间，否则也不能充分均质。控制热挤压温度来获得所需的材料组织和性能。挤压温度过高，挤压制品中极易产生粗大晶，且容易使制品过烧；挤压温度过低，挤压力增大，容易损坏挤压模具或缩短其使用寿命，并且不利于合金塑性的发挥，降低复杂形状挤压制品的成品率；再者会造成储存能急剧增大，不利于后续的热处理对合金组织性能的控制。热挤并在线穿水后的挤压材在480℃～490℃下保温1～3h固溶处理，在此温度区间和保温时间的固溶处理，能保证挤压材在不发生过烧的前提下使合金元素充分溶入基体中。经过以上所述的制备方法，材料具有高强度和较好的焊接性，满足车辆车体用铝合金的生产要求。
本发明将Zr、Sc、Ti等合金元素按一定配比组合在一起后，在一定制备方法下获得兼顾强度及焊接性的车辆车体用Al-Zn-Mg-Zr-Sc-Ti合金。本发明的实际应用及其优点将由下面的例子来体现。
如表1所示组成(wt.％)的铝合金A，B，C。合金通过立式半连续铸造获得铸锭，将铸锭在470～480℃进行均匀化退火，退火8小时，然后在400℃保温1小时后进行挤压，挤压棒材直径为25mm，变形系数36。挤压的同时在线穿水。然后在480℃固溶处理2小时，并迅速水淬到室温，接着立刻进行130℃人工时效12小时。表2是棒材固溶时效处理后的性能。
表1 合金成分
表2 棒材固溶时效态力学性能
显然，此铝合金具有良好的抗拉强度、塑性和焊接性，是制造高附加值车辆车体结构件所需的良好原材料。
以上通过具体实施例对本发明技术方案作了进一步说明，给出的例子仅是应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的一种限制。
Claims (3)
1.一种车辆车体用高强可焊铝合金，其特征在于按如下步骤进行：
(1)合金成分为：Zn：4.8～6.6wt.％，Mg：1.0～2.0wt.％，Zr：0.08～0.16wt.％，Sc：0.03～0.06wt.％，Ti：0.01～0.03wt.％，Fe：<0.15wt.％，其他杂质元素每种少于0.05wt.％，且总量少于0.15wt.％，余量为Al；
(2)原料配制：以纯金属铝、纯金属锌、纯金属镁、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Ti中间合金作为原料，进行备料；
(3)合金熔炼及浇注：在火焰反射式炉中进行熔炼，将纯金属铝加入炉中熔化，熔化后加入纯金属锌、Al-Zr中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Ti中间合金升温至730-740℃，加入纯金属镁，待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至740-750℃，然后使用除气剂六氯乙烷或氩氯混合气体处理10-15min，处理完毕后搅拌合金熔体并在740℃静置10-20min，静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣，然后进行铸造，浇注使用半连续立式浇铸法进行，浇注温度为730℃-740℃；
(4)均匀化处理：将铸锭放入电阻炉中进行均匀化处理，均匀化处理具体工艺为：200～220℃下保温2小时，然后随炉升温至470～480℃下保温8小时后，然后将铸锭取出强风冷至室温；
(5)挤压处理：变形系数为20-50，挤压温度380～420℃，保温1～2小时进行热挤压；
(6)固溶时效处理：在480～490℃之间保温1～3小时进行固溶处理，水淬后在130～160℃之间保温12～24小时后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种车辆车体用高强可焊铝合金，其特征在于：所述的纯金属铝、纯金属锌和纯金属镁的纯度均为99.7wt.％。
3.根据权利要求1所述的一种车辆车体用高强可焊铝合金，其特征在于：所述合金挤压材固溶时效状态的抗拉强度达到480MPa～550MPa，延伸率达到11％-14％，焊接系数可达65％以上。
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