CN107236881A - 一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝合金领域，尤其涉及一种用于生产汽车防撞梁的铝合金及其制备工艺。该铝合金中各元素质量百分含量如下：Si 0.51‑0.68％、Mg 0.8‑0.9％、Cu 0.15‑0.3％、Mn 0.02‑0.04％、Cr 0.05‑0.09％、Ti 0.01‑0.02％、(Zr，B)0.02‑0.03％、Li 0.03‑0.05％、(Na，K，Ca)0.01‑0.02％、余量为Al。制备工艺包括如下步骤：(1)加热模具、挤压筒和铸锭；(2)挤压成型；(3)对挤压型材固溶处理(4)淬火处理；(5)拉伸矫直；(6)人工时效。制备出来的铝合金挤压型材质量好，强度高，尺寸规整，成品率高，而且工艺简单，成本低廉，环保易于操作。

Description

一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种铝合金领域，尤其涉及一种用于生产汽车防撞梁的铝合金及其制备工艺。
背景技术
汽车产业是我国国民经济的重要支柱，是推动新一轮科技革命和产业升级的重要力量，也是我国建设制造强国的重要支撑。未来一个时期，我国汽车市场将保持平稳增长。实施制造强国战略和建设“一带一路”也为汽车产业发展提供了重要支撑和海外发展机遇。自2009年起，我国汽车产销量已连续8年位居世界第一。2016年产销量更是突破了2800万辆。我国新能源汽车产业自2009年起步，经过近几年的快速发展，生产技术水平得到显著提升，企业竞争能力大幅增强。2016年生产51.7万辆，连续两年产销量居世界第一，占全球市场保有量50％以上，产业规模全球领先。针对汽车的燃油消耗，国家已于2011年出台了《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》，规定到2015年我国乘用车平均燃油消耗量应限制在6.9L/100KM，到2020年限制达到5.0L/100km；发展目标为乘用车新车平均燃料消耗量2020年和2025年分别降到5.0L/100km、4.0L/100km，商用车燃料消耗量逐渐达到国际领先水平，新能源汽车能耗达到国际先进水平。
为了达到上述目标，车辆减重是一个重要手段。研究表明，车身质量每降低100kg，百公里油耗可减少0.3升，每公里排放的二氧化碳也可以减少7.5～12.5g。因此车身的轻量化是汽车轻量化的发展方向，其中一个重要途径就是采用轻质高强度材料。应用高强度和轻质材料是汽车用材料的发展方向。铝合金减重效果显著优于钢铁。汽车使用1kg铝可替代自重2.25kg钢材，减重比例高达125％，整个使用寿命周期内可减少废气排放20kg。以铝代钢的结构设计优化可以实现二次减重，效果可达直接减重的50％-100％。国产汽车用铝迎来战略机遇期。2014年中国汽车平均每辆用铝不到110kg，远低于北美的158kg/辆和欧洲的145kg/辆。预计未来五年CAGR高达10％，到2020年可以达到170kg/辆，单车使用量提升50％左右，车用铝材迎来快速成长的窗口期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种方法简单、操作方便、易于保证超长铝合金挤压型材制件强度和直线度的工艺方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金，该铝合金中各元素质量百分含量如下：
进一步，上述所述Mg和Si的摩尔比为2:1.1-1.3。
进一步，上述所述Zr和B的质量比为10:1-2。
进一步，上述所述K的质量百分含量为0.01。
进一步，上述该铝合金中各元素质量百分含量如下：
进一步，一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金的制备工艺，具体包括如下步骤：
(1)将模具加热到温度为440-480℃，挤压筒加热到温度为400-430℃，铝合金铸锭加热到温度为410-450℃；
(2)将加热后的模具装配到挤压机上，并确定挤压机中模具、挤压杆和挤压筒的中心在同一条直线上，将加热后的铝合金铸锭放入加热后的挤压筒内，以一定的挤压速度进行挤压；
(3)对挤压后的挤压材进行固溶处理，加热至485-495℃进行保温，保温时间为3-5h；
(4)将固溶处理后的铝合金挤压材在所述挤压筒的出口先进行局部在线水雾处理定形，再进行整体在线水雾处理且铝合金型材出淬火区时的温度低于50℃；
(5)对降温后的挤压铝合金制品进行拉伸矫直，得到拉伸矫直后的型材；
(6)对拉伸处理后的铝合金挤压材进行人工时效处理。
进一步，上述所述步骤(2)中的挤压速度为1-3m/min。
进一步，上述所述步骤(5)中的拉伸率为1-3％。
进一步，上述所述步骤(6)中人工时效的温度为130-170℃，保温时间为8-10h。
本发明的有益效果是：
(1)Mg和Si元素对Al-Mg-Si系合金的强度和腐蚀性能有重要影响。通过形成强化相Mg2Si，使合金强化。而且随着Mg2Si含量增大，对合金强化效果增加。生产中应严格控制其含量，在充分形成Mg2Si强化相后不应该有过剩Mg存在。Si过剩有助于改善材料的综合力学性能，降低淬火敏感性。但是，随着Si过剩量增大，合金的脆性增大。所以要合理控制Si的过剩量。
(2)Cu是铝合金中重要的合金化元素，有一定的固溶强化作用。它通过改变析出序列而提高动力学。在Mg2Si含量高的合金会发生时效滞后现象，即停放效应，微量的Cu能降低自然时效速度，从而减轻停放效应的不良影响。
(3)微量Mn在Al-Mg-Si合金中主要以粒状含Mn的α-Al(FeMn)Si弥散相的形式存在，这些弥散相质点可阻止合金在热挤压变形过程中的再结晶，并促进时效强化相P'(Mg2Si)的析出。Mn也可使非常有害的针状AlFeSi相完全转变为粒状，减轻杂质元素Fe的有害作用。
(4)Cr在铝合金中的固溶度很小，最大溶解度为2.8％(660℃)，室温时基本上不溶解。主要以Al7(CrFe)、Al12(CrMn)等化合物存在，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用。
(5)Ti的主要作用是细化铸造组织，减小开裂倾向，提高合金性能，和B—起加入，效果更为显著。
(6)Na，K，Ca的加入，这些元素的原子尺寸小，有利于原子在微观形态上的堆积，能够有效抑制金属液体在冷却过程中的晶化。
(7)Zr在熔融状态下与杂质O原子的亲和度高，易形成低密度的氧化物浮在金属液表面，并于真空气氛下分解，有利于各个原子在微观形态上堆积。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金，该铝合金中各元素质量百分含量如下：
一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金的制备工艺，具体包括如下步骤：
(1)将模具加热到温度为440℃，挤压筒加热到温度为400℃，铝合金铸锭加热到温度为430℃；
(2)将加热后的模具装配到挤压机上，并确定挤压机中模具、挤压杆和挤压筒的中心在同一条直线上，将加热后的铝合金铸锭放入加热后的挤压筒内，以3m/min挤压速度进行挤压；
(3)对挤压后的挤压材进行固溶处理，加热至485℃进行保温，保温时间为5h；
(4)将固溶处理后的铝合金挤压材在所述挤压筒的出口先进行局部在线水雾处理定形，再进行整体在线水雾处理且铝合金型材出淬火区时的温度低于50℃；
(5)对降温后的挤压铝合金制品进行拉伸矫直，得到拉伸率为2％的拉伸矫直后的型材；
(6)对拉伸处理后的铝合金挤压材进行人工时效处理，人工时效的温度为130℃，保温时间为10h。
实施例2-4，对比例1-4实施例基本相同，不同之处如表1，
表1：
采用上述实施例1-4制备的铝合金型材，在T6热处理状态下，其抗拉强度相比较现有技术的310-320MPa提高至360-370MPa，T6状态下的材料化学抛光时间由原先的80s缩短至20-30s，T6状态的材料经银白氧化后氧化膜细腻，无偏色，结晶均匀。对比例1的铝合金容易晶化，降低材料的韧性，对比例2的铝合金容易非晶化，降低了其强度，对比例3不利于各个原子在微观形态上堆积，导致结晶不均匀，偏色严重，对比例4容易晶化，降低材料的韧性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金，该铝合金中各元素质量百分含量如下：
。
2.如权利要求1所述的一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金，其特征在于：所述Mg和Si的摩尔比为2:1.1-1.3。
3.如权利要求1所述的一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金的制备工艺，其特征在于：所述Zr和B的质量比为10:1-2。
4.如权利要求1所述的一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金的制备工艺，其特征在于：所述K的质量百分含量为0.01。
5.如权利要求1所述的一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金，其特征在于：该铝合金中各元素质量百分含量如下：
6.一种如权利要求1所述的汽车防撞梁用铝合金的制备工艺，其特征在于：具体包括如下步骤：
(1)将模具加热到温度为440-480℃，挤压筒加热到温度为400-430℃，铝合金铸锭加热到温度为410-450℃；
(2)将加热后的模具装配到挤压机上，并确定挤压机中模具、挤压杆和挤压筒的中心在同一条直线上，将加热后的铝合金铸锭放入加热后的挤压筒内，以一定的挤压速度进行挤压；
(3)对挤压后的挤压材进行固溶处理，加热至485-495℃进行保温，保温时间为3-5h；
(4)将固溶处理后的铝合金挤压材在所述挤压筒的出口先进行局部在线水雾处理定形，再进行整体在线水雾处理且铝合金型材出淬火区时的温度低于50℃；
(5)对降温后的挤压铝合金制品进行拉伸矫直，得到拉伸矫直后的型材；
(6)对拉伸处理后的铝合金挤压材进行人工时效处理。
7.如权利要求6所述的一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金的制备工艺，其特征在于：所述步骤(2)中的挤压速度为1-3m/min。
8.如权利要求6所述的一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金的制备工艺，其特征在于：所述步骤(5)中的拉伸率为1-3％。
9.如权利要求6所述的一种高性能低成本汽车防撞梁用铝合金的制备工艺，其特征在于：所述步骤(6)中人工时效的温度为130-170℃，保温时间为8-10h。
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