CN106435298B

CN106435298B - 一种应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金及其制备方法

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Publication number: CN106435298B
Application number: CN201610826770.0A
Authority: CN
Inventors: 陈东; 朱世安; 余琳玲
Original assignee: Luxe Canton New Material Co Ltd
Current assignee: Luxe Canton New Material Co Ltd
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2018-05-15
Anticipated expiration: 2036-09-14
Also published as: CN106435298A

Abstract

本发明公开了一种应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金，每100份中包含以下重量份的组分：Si 0.45～0.48份；Fe 0.20份；Mg 0.53～0.58份；Cu 0.05份；Zn 0.10份；Mn 0.01～0.03份；Ti 0.08份；Cr 0.01份；Al余量。本发明所述的铝合金采用天然气蓄热式矩形反射炉和立式半连续铸造机通过以下步骤制备：配料—熔炼—搅拌—合金化—精炼—静置—铸造—锯切—均匀化。本发明的应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金及其制备方法具有力学综合性能优异、表面质量高和成本低廉的特点。

Description

一种应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，具体为一种应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金车厢板，作为货车箱体板铝合金型材,主要要求有一定的力学性能及表面抗氧化腐蚀性能。铝合金在汽车上的应用可以追溯到20世纪早期，经过近一个世纪的发展，铝合金在车身上的应用比重正在不断上升，从发动机罩和行李箱盖开始，逐渐发展到全铝车身上。现在几乎所有的世界各大汽车公司都争相开发铝合金车身零部件，而如何使铝合金车身板代替传统的钢制板正是研究的热点。在国内，汽车铝合金型材的研发才刚刚起步，铝挤压型材在汽车上的应用仍然很少，目前的研究大多是小的零部件产品。在国外已经发展到大部分车身部件都可以实现铝材代替钢材，一些发达的欧美国家以及日本等在铝合金轻量化车身方面的研究已经取得了较大的成果，出现了像奥迪A8、捷豹XJ等全铝车身的车型。

目前，应用在铝合金车厢板的主要为6060T66状态合金，6060T66状态合金要求其抗拉强度控制在215-240MPa范围内，且屈服强度≥200MPa，较EN755-2：2008标准要求160MPa高出许多。综合力学性能保证成为技术难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金，具有力学综合性能优异、表面质量高和成本低廉的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金，每100重量份中包含以下重量份的组分：Si 0.45～0.48份；Fe 0.20份；Mg0.53～0.58份；Cu 0.05份；Zn 0.10份；Mn 0.01～0.03份；Ti 0.08份；Cr 0.01份；Al余量。

合金中Mn作用：能提高再结晶温度。型材MnAl₆化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，对提高伸长率效果较明显，Mn具有降低和消除晶间腐蚀倾向。

合金中Fe的作用：合金中含有少量的Fe(＜0.4％)时对力学性能没有坏影响，但Fe能使制品表面阳极化处理后表面色泽变坏。在合金中杂质Fe形成金属间化合物消耗Si，当Si无过剩时产生粗大的FeAl₆相在挤压时影响型材表面质量，在阳极氧化时使阳极氧化膜模糊、不透明。由于Fe是原铝锭中的正常杂质，基于目前的技术状态还不能保证熔炼过程中不发生增Fe的现象，因此从生产成本角度考虑，合金中Fe不超过0.3％，一般可控制在0.2％以内。

合金中Cu的作用：合金中加入Cu能形成CuAl₂，增加热处理强化效果。但加入Cu后合金抗腐蚀性能大大下降，成本明显增加。Si、Mg加入形成Mg₂Si可起到力学性能强化作用，加之考虑加入Cu带来的危害及成本增加，Cu可以不加，含量应控制在0.1％以内。

合金中Cr的作用：Cr在6060合金中当含量超过0.01％时，挤压表面毛刺缺陷严重。所以严格控制Cr在6060合金中的存在量。

合金中Ti的作用：Ti添加在0.02％-0.08％时，可以减少铸锭的柱状晶组织，改善铸造性能，细化制品的晶粒，但Ti含量过高，会影响阳极氧化表面处理质量。

合金中Zn的作用：Zn是合金中的杂质元素，对合金的性能影响不大，所以加入量越少越好，本发明合金一般控制在0.1％以内。

进一步地，在所述应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金中，其他金属元素杂质单一含量≤0.03份，所有金属元素杂质含量总和≤0.10份。

一种应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金的制备方法，采用天然气蓄热式矩形反射炉和立式半连续铸造机以上述应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金的配比，通过以下步骤制备：配料—熔炼—搅拌—合金化—精炼—静置—铸造—锯切—均匀化。通过上述变化，其挤压性能和型材质量将得到很大改善。晶内偏析消失将降低挤压时金属流动的不均匀性，提高挤压型材的表面光洁度；组织中粗大不平衡相Mg、Si质点和粗大Al-Fe-Si相粒子的减少、细化将减轻型材表面裂纹倾向，提高挤压速度；Mg₂Si相充分固溶则是强化合金，提高其力学性能的首要条件。

进一步地，所述配料步骤为：采用牌号为Al99.70的重熔铝锭、Mg99.80的原生镁锭、Si95F的速熔硅、牌号为75Mn的锰剂。熔体的细化处理采用Φ9.5mmAl-5Ti-B以线状在线加入。

进一步地，所述熔炼步骤为：合金熔炼在蓄热式天然气熔化保温炉中进行；首先将炉底和炉壁表面的渣清理干净，预热炉体至800℃，在使用小块炉料铺底，再将铝锭和中间合金一次性装入炉内升温熔化，烧嘴过剩空气比例系数控制在1.05，炉内压力控制在15Pa，紧闭炉门；当表层金属熔化后，探底，若仍有未熔化的金属，则应将未熔化的金属推到高温区推移，此时调整烧嘴天然气流量，过剩空气系数控制在1.10，当炉底金属全部熔化后，首先扒去熔体表面的浮渣，然后用纯度不低于99.999％的氮气搅拌10～15min。精炼管出口沿炉底前后左右平稳移动确保均匀、充分；然后加入速熔硅，升温到730-750℃，加入镁锭。加镁时将镁锭压入铝液内使其熔化，使用高纯氮气喷粉一次精炼，精炼剂使用量为2kg/t，精炼时间一次不得少于15min。在精炼和搅拌的过程中，液面被吹起的高度100～150mm；最后平稳地扒去表面浮渣，开始取样，取样温度720℃～750℃。在本步骤中，通过熔体净化，可以获得高质量的熔体，具体说来，本步的熔体的净化主要通过三方面来控制，首先，保证原材料的干净和干燥；其次，精炼过程、转流、铸造过程中，避免铝液的翻滚，减少新的氧化物和吸气的产生；最后，加强熔体的除气除渣，不仅采用了先进的惰性气体炊(喷)粉精炼法，而且采用了玻璃丝布和泡沫陶瓷过滤板和玻璃丝布三级过滤。在本步中，采用惰性气体除气，利用氢的扩散性，在铝液中通入高纯惰性气体，形成小气泡，游离的氢将会扩散到惰性气体的气泡中，并随着惰性气体气泡的上升带出铝液，达到除气的效果。惰性气体小气泡的体积越小，弥散度越高，除气效果就越好。在惰性气体小气泡上升的过程中，可将表面吸附的细小的夹杂带出铝液，达到除渣的目的，只有非常细小的颗粒可以被吸附除去，对于较大颗粒的夹杂，仍然需要通过过滤的方式去除。经过在线除气和过滤后，使熔体的含氢量稳定的控制在0.18ml/100gAl以下，采用溴甲醇法对熔体中的氧化铝分析表明，金属中最终的氧化铝含量为0.001％左右。对经过在线除气过滤处理和未经处理的铸棒进行力学性能测试结果表明，经过处理的铸锭，抗拉强度平均提高15Mpa以上，而且延伸率平均提高20％以上。

进一步地，所述精炼包括一次精炼和二次精炼，在一次精炼后静候进行一次取样，所述精炼和静置的步骤包括：一次精炼后，转炉至静置炉进行二次精炼，通过一次取样的分析结果，进行补料或者冲淡；精炼过程采用氮气纯度不低于99.999％的高纯氮气喷粉精炼，还原性粉状精炼剂，高纯氮气的精炼压力控制以铝液面有轻微翻滚为宜；精炼时，精炼管出口在炉内前后左右平稳移动，精炼时间控制在15min以上，精炼结束后，扒去表面浮渣,取样分析，静置15min～30min，二次精炼完成后进行取样，检验合格后，开始铸造。

进一步地，在进行铸造前，进行铸造前准备，清洁和干燥流槽、过滤箱、分流盘；50ppi陶瓷过滤板提前安装在过滤箱内，过滤板周围不得有缝隙，并且预热至700℃以上；在过滤箱入口前端要安装玻璃丝过滤网。

进一步地，所述铸造中，根据铸棒的规格，其工艺参数为：

铸棒规格为178mm时，铸造温度为690～715℃，冷却水压为0.12～0.14Mpa，铸造速度为105～115mm/min，Al-Ti-B丝速度为35dm/min；

铸棒规格为203mm时，铸造温度为690～715℃，冷却水压为0.12～0.14Mpa，铸造速度为95～105mm/min，Al-Ti-B丝速度为30dm/min；

铸棒规格为240mm时，铸造温度为690～720℃，冷却水压为0.12～0.14Mpa，铸造速度为80～85mm/min，Al-Ti-B丝速度为27dm/min。

进一步地，所述均匀化的参数为：铸棒规格为Φ178～Φ240mm，设定温度为570℃，保温时间为6h，冷却方式为雾冷。本发明的合金铸棒在未均匀化之前，变形抗力大，挤压困难，力学性能指标偏高。通过均匀化处理后，合金组织发生如下变化：①晶内偏析消失；②Ms₂Si相溶入α(Al)中，不平衡共晶消失；③β(Al₉Fe₂Si₂)相向α(Al₁₂Fe₃Si₂)相转变，并细化含铁相粒子。

本发明一种应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金，具有如下的有益效果：

第一、力学综合性能优异.本发明所得的铝合金在抗拉强度、规定非比例延伸强度、断后伸长率和硬度等力学性能相比国内外同类型产品均有明显优势，具备应用在汽车铝合金箱体型材的良好前景；

第二、表面质量高，本发明的铝合金平均晶粒度尺寸不大于150μm，铸锭的平均枝晶间距30μm，不存在金属间化合物一次晶核悬浮晶，具有较高的表面质量；

第三、成本低廉，本发明的工艺步骤简单，采用原料均为常规原料，采用的设备没有特殊要求，有效降低了生产的成本。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及对本发明产品作进一步详细的说明。

本发明公开了一种应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金，每100重量份中包含以下重量份的组分：Si 0.45～0.48份；Fe 0.20份；Mg0.53～0.58份；Cu 0.05份；Zn 0.10份；Mn 0.01～0.03份；Ti 0.08份；Cr 0.01份；Al余量；其他金属元素杂质单一含量≤0.03份，所有金属元素杂质含量总和≤0.10份。

上述应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金的制备方法为：采用天然气蓄热式矩形反射炉和立式半连续铸造机以上述应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金的配比，通过以下步骤制备：配料—熔炼—搅拌—合金化—精炼—静置—铸造—锯切—均匀化。

进一步地，所述熔炼步骤为：合金熔炼在蓄热式天然气熔化保温炉中进行；首先将炉底和炉壁表面的渣清理干净，预热炉体至800℃，在使用小块炉料铺底，再将铝锭和中间合金一次性装入炉内升温熔化，烧嘴过剩空气比例系数控制在1.05，炉内压力控制在15Pa，紧闭炉门；当表层金属熔化后，探底，若仍有未熔化的金属，则应将未熔化的金属推到高温区推移，此时调整烧嘴天然气流量，过剩空气系数控制在1.10，当炉底金属全部熔化后，首先扒去熔体表面的浮渣，然后用纯度不低于99.999％的氮气搅拌10～15min。精炼管出口沿炉底前后左右平稳移动确保均匀、充分；然后加入速溶硅，升温到730-750℃，加入镁锭。加镁时将镁锭压入铝液内使其熔化，使用高纯氮气喷粉一次精炼，精炼剂使用量为2kg/t，精炼时间一次不得少于15min。在精炼和搅拌的过程中，液面被吹起的高度100～150mm；最后平稳地扒去表面浮渣，开始取样，取样温度720℃～750℃。

进一步地，所述铸造中，根据铸棒的规格，其工艺参数为：

进一步地，所述均匀化的参数为：铸棒规格为Φ178～Φ240mm，设定温度为570℃，保温时间为6h，冷却方式为雾冷。

以下结合实施例对本发明进行介绍，具体如表1所示：

表1实施例1～5中每100重量份中包含的组分份数

实施例1～5均采用上述方法制备，唯一差异在于其合金组分的差异。

为了验证本发明所述合金的性能，对本发明所得的合金进行显微组织和铸锭组织检查，检查结果如下：

显微组织显示，平均晶粒度尺寸不大于150μm，铸锭的平均枝晶间距30μm，不存在金属间化合物一次晶核悬浮晶。该性能的取得，主要基于三方面组成：

①合金化处理技术：

采用速熔硅代替铝硅中间合金，保证配料的快速准确。加长人工搅拌精炼时间，保证合金成分的均匀一致。严格按操作规程配料，确保每炉次的主成分保持一致，绝对偏差不超过±0.02。

②同水平热顶铸造技术：

同水平热顶铸造使用的是矮结晶器，铸锭周边见水早，基本上杜绝了二次复熔现象，可以获得平整光滑的铸锭表面，热顶铸造结晶速度高，偏析层非常薄，确保在0.15mm以内，铸锭内部组织更加致密。

③高温均匀化处理技术：

为使铸造过程中形成的富含Mg、Si元素的低熔点物质基本固溶，也为了使得β-AlFeSi相转变为α-AlFeSi相，在冷却的时候均匀析出，经过试验确定了在570℃保温360min的最佳均质方案，最后经过风冷+水冷混合冷却，使合金中的析出相分布均匀，满足挤压对铸锭的组织要求。

铸锭组织检查显示，经取样做低倍组织检查，晶粒度达到1级，在铸锭边部大约1mm范围内有少量成分偏析，呈现出黑色颗粒状，不影响挤压型材质量。

本发明所得的合金作为铝合金车厢板作为货车的结构部件，不仅具有严格的力学性能要求，还要有优良的耐腐蚀性、高的表面质量及高的产品尺寸精度等综合性能，及各项性能指标的合理匹配。采用本发明所得的合金制备得到的铝合金车厢板采用先进的熔铸设备与优化工艺参数制备了优质的铸棒。

采用本发明铝合金制备的铝合金车厢板产品具有严格的力学性能要求，大大超过了EN755-2:2008的标准水平，同时也超过了国内外许多厂家同类产品的水平。具体如表2和表3所示：

表2 EN755-2:2008室温力学性能要求

表3本发明铝合金车厢板与国内外车厢板性能比较

从表2和表3可以看到，本发明所得的铝合金在抗拉强度、规定非比例延伸强度、断后伸长率和硬度等力学性能相比国内外同类型产品均有明显优势，具备应用在汽车铝合金箱体型材的良好前景。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书所述和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims

1. 一种应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金，其特征在于：每100重量份中包含以下重量份的组分： Si 0.45～0.48份；Fe 0.20份；Mg 0.53～0.58份；Cu 0.05份；Zn 0.10份；Mn 0.01～0.03份；Ti 0.08份；Cr 0.01份； Al余量；

其中，在所述应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金中，其他金属元素杂质单一含量≤0.03份，所有金属元素杂质含量总和≤0.10份；

所述的应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金的制备方法，包括采用天然气蓄热式矩形反射炉和立式半连续铸造机以上述的配比，通过以下步骤制备：配料—熔炼—搅拌—合金化—精炼—静置—铸造—锯切—均匀化；

所述配料步骤为：采用牌号为Al99.70的重熔铝锭、Mg99.80的原生镁锭、Si95F的速熔硅、牌号为75Mn的锰剂；熔体的细化处理采用Φ9.5mmAl-5Ti-B以线状在线加入；

所述熔炼步骤为：合金熔炼在蓄热式天然气熔化保温炉中进行；首先将炉底和炉壁表面的渣清理干净，预热炉体至800℃，在使用小块炉料铺底，再将铝锭和中间合金一次性装入炉内升温熔化，烧嘴过剩空气比例系数控制在1.05，炉内压力控制在15Pa，紧闭炉门；当表层金属熔化后，探底，若仍有未熔化的金属，则应将未熔化的金属推到高温区，此时调整烧嘴天然气流量，过剩空气系数控制在1.10，当炉底金属全部熔化后，首先扒去熔体表面的浮渣，然后用纯度不低于99.999%的氮气搅拌10～15min；精炼管出口沿炉底前后左右平稳移动确保均匀、充分；然后加入速熔硅，升温到730~750℃，加入镁锭；加镁时将镁锭压入铝液内使其熔化，使用高纯氮气喷粉一次精炼，精炼剂使用量为2kg/t，精炼时间一次不得少于15min；在精炼和搅拌的过程中，液面被吹起的高度100～150mm；最后平稳地扒去表面浮渣，开始取样，取样温度720℃～750℃。

2.根据权利要求1所述的应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金的制备方法，其特征在于：所述精炼包括一次精炼和二次精炼，在一次精炼后静候进行一次取样，所述精炼和静置的步骤包括：一次精炼后，转炉至静置炉进行二次精炼，通过一次取样的分析结果，进行补料或者冲淡；精炼过程采用氮气纯度不低于99.999%的高纯氮气喷粉精炼，还原性粉状精炼剂，高纯氮气的精炼压力控制以铝液面有轻微翻滚为宜；精炼时，精炼管出口在炉内前后左右平稳移动，精炼时间控制在15min以上，精炼结束后，扒去表面浮渣,取样分析，静置15min～30min，二次精炼完成后进行取样，检验合格后，开始铸造。

3.根据权利要求1所述的应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金的制备方法，其特征在于：在进行铸造前，进行铸造前准备，清洁和干燥流槽、过滤箱、分流盘；50ppi陶瓷过滤板提前安装在过滤箱内，过滤板周围不得有缝隙，并且预热至700℃以上；在过滤箱入口前端要安装玻璃丝过滤网。

4.根据权利要求1所述的应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金的制备方法，其特征在于：所述铸造中，根据铸棒的规格，其工艺参数为：

铸棒规格为178mm时，铸造温度为690～715℃ ，冷却水压为0.12～0.14Mpa，铸造速度为115～125mm/min，Al-Ti-B丝速度为35dm/min；

铸棒规格为203mm时，铸造温度为690～715℃ ，冷却水压为0.12～0.14Mpa，铸造速度为100～110mm/min，Al-Ti-B丝速度为30dm/min；

铸棒规格为240mm时，铸造温度为690～720℃ ，冷却水压为0.12～0.14Mpa，铸造速度为90～100mm/min，Al-Ti-B丝速度为27dm/min。

5.根据权利要求1所述的应用在汽车铝合金箱体型材的铝合金的制备方法，其特征在于：所述均匀化的参数为：铸棒规格为Φ178～Φ240mm，设定温度为570℃，保温时间为6h，冷却方式为雾冷。