CN107723536A - 一种用于交通型材的铝合金淬火工艺 - Google Patents

一种用于交通型材的铝合金淬火工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于交通型材的铝合金淬火工艺，所述的铝合金包括以下原料：铝、镁、铜、锆、钛、锰、硅、铁、锌、铋、钒、钨、钇、镍、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡，所述铝合金淬火工艺包括：制备铝合金、固溶处理、淬火处理、时效处理、中温回火处理等步骤。本发明工艺制得的铝合金材件拉伸强度、延伸率高，淬火敏感性低，可大大满足汽车制造业对于新型高性能轻质铝合金材料的要求。

Description

一种用于交通型材的铝合金淬火工艺
【技术领域】
本发明属于铝合金淬火技术领域，具体涉及一种用于交通型材的铝合金淬火工艺。
【背景技术】
汽车轻量化是汽车的发展方向之一，而汽车的铝合金化则是轻量化的重要手段。近年来，汽车车身铝合金板的开发一直是国内外研究的重点，其主要集中在2xxx系、5xxx系和6xxx系三大系列。6xxx系铝合金相对于5xxx系铝合金，具有更高的烘烤硬化性能及抗冲击性能；低Cu的6xxx系铝合金通常比高Cu的2xxx系铝合金，具有更好的屈服强度、拉伸强度和耐蚀性能。
铝合金汽车车身板(代码32401419)厚度0.7-1.2mm，宽度1600-2300mm，在板材固溶处理水淬后再经预处理的交货状态下：屈服强度≥200MPa，拉伸强度300≥300MPa，总延伸率≥15％。高性能合金作为汽车车身板材料已经在欧美生产的汽车中得到应用。
AA6111合金烘烤硬化性较好，但其冲压前的屈服强度较高(通常超过150MPa甚至更高)，造成该材料成形性能下降、翻边延性较差，难以全部满足汽车车身板的成形性要求。
另外，中国专利文献“一种低淬火敏感性Al-Zn-Mg-Cu系列铝合金”(授权公告号：CN103266245B)，公开了一种铝合金，该铝合金含有以下重量百分比的成分：锌4.5％-6.5％、镁3.0％-4.0％、铜1.0％-1.5％、锆0.08％-0.15％、钛小于0.06％、硅小于0.3％、铁小于0.3％、锰小于0.15％、余量为铝。该发明制得的铝合金具有较高的硬度和较好的塑性等特点，但存在着拉伸强度、延伸率较小，淬火敏感性较高的问题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种用于交通型材的铝合金淬火工艺，以解决现有淬火工艺制得的铝合金拉伸强度、延伸率较小，淬火敏感性较高，已不满足汽车制造业对于新型高性能轻质铝合金材料的要求的技术问题。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于交通型材的铝合金淬火工艺，所述的铝合金，包括以下原料：铝、镁、铜、锆、钛、锰、硅、铁、锌、铋、钒、钨、钇、镍、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡；
所述氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡的重量比为(0.4-1):(0.6-1.2):(0.8-1.5):(1.5-2.5):(0.6-1)；
所述铝合金淬火工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金:以铝、镁、铜、锆、钛、锰、硅、铁、锌、铋、钒、钨、钇、镍、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡为原料，制备铝合金；
S2、固溶处理：将步骤S1制得的铝合金制成铝合金材件A，接着将铝合金材件A置于以150-170℃/min升温至670-760℃的环境中保温2.5-4h，制得铝合金材件B；
S3、淬火处理：向步骤S2制得的铝合金材件B急速淬入温度为100-135℃的硝酸钠溶液中在超声波功率为300-410W环境下处理3-4min，接着转入温度为20-35℃的硝酸钠溶液中，待铝合金材件B恢复至室温，制得铝合金材件C；
S4、时效处理：将步骤S3制得的铝合金材件C放在温度为80-120℃、超声波功率为300-410W的密闭环境中时效处理1.5-2h，再撤去超声波并升温至150-180℃处理30-55min，制得铝合金材件D；
S5、中温回火处理：将步骤S4制得的铝合金材件D置于400-500℃环境中回火处理20-40min后冷却，完成铝合金中温回火处理。
优选地，步骤S3中硝酸钠的浓度为3.5g/mL。
优选地，步骤S4中撤去超声波并升温至150-180℃需要在10-15s内完成。
优选地，步骤S5中铝合金材件D回火处理15min时迅速移出，在干冰中进行快冷10-12s后进行第二次回火处理。
优选地，步骤S5中冷却是在常温下冷却的。
本发明具有以下有益效果：
(1)由实施例1-3的数据可见，实施例2为最优实施例，获得的拉伸强度σb、延伸率δ、淬火敏感性指标的综合性能最好。
(2)由实施例1-3和对比例8的数据可见，实施例1-3铝合金的拉伸强度显σb、延伸率δ著高于对比例8铝合金的拉伸强度显σb、延伸率δ；实施例1-3铝合金的淬火敏感性显著低于对比例8铝合金的淬火敏感性。
(3)由实施例2和对比例1-6的数据可见，氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡一起添加在制备铝合金材件中起到了协同作用，显著提高了铝合金材件的拉伸强度σb、延伸率δ，降低了淬火敏感性；这可能是：1)氯乙烯醋酸乙烯共聚物由于在分子链中引入了醋酸乙烯单体，从而提高了柔韧性、抗冲击性，氯乙烯醋酸乙烯共聚物的加入可提高铝合金材件的延伸率δ；2)过氧化二碳酸二环己酯可引发硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡之间发生交联作用，生成交联固化物，提高了铝合金材料的拉伸强度σb、延伸率δ；3)硝酸铅起到活化组分的作用，可活化氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡，促进这几种组分之间的粘合，降低了铝合金材料的淬火敏感性；4)二月桂酸二丁基锡可促进过氧化二碳酸二环己酯与硝酸铅发生交联作用，从而提高铝合金材件的拉伸强度σb、延伸率δ；5)硬脂酸钡可使氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡颗粒分散均匀，使铝合金晶粒组织均匀，从而提高铝合金材件的拉伸强度σb、延伸率δ。
【具体实施方式】
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，所述的铝合金，以重量份为单位，包括以下原料：铝150-260份、镁2.5-3.5份、铜1-2份、锆0.6-1份、钛0.5-0.8份、锰0.4-0.8份、硅1.2-2份、铁1-1.5份、锌3-4.5份、铋0.4-0.6份、钒0.2-0.5份、钨0.5-0.8份、钇0.3-0.5份、镍0.2-0.3份、氯乙烯醋酸乙烯共聚物1-1.6份、过氧化二碳酸二环己酯0.6-1.2份、硝酸铅0.8-1.5份、二月桂酸二丁基锡1.5-2.5份、硬脂酸钡0.6-1份；
所述铝合金淬火工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金:以铝、镁、铜、锆、钛、锰、硅、铁、锌、铋、钒、钨、钇、镍、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡为原料，制备铝合金；
S2、固溶处理：将步骤S1制得的铝合金制成铝合金材件A，接着将铝合金材件A置于以150-170℃/min升温至670-760℃的环境中保温2.5-4h，制得铝合金材件B；
S3、淬火处理：向步骤S2制得的铝合金材件B急速淬入温度为100-135℃、浓度为3.5g/mL的硝酸钠溶液中在超声波功率为300-410W环境下处理3-4min后转入温度为20-35℃、浓度为3.5g/mL的硝酸钠溶液中，待铝合金材件B恢复至室温，制得铝合金材件C；
S4、时效处理：将步骤S3制得的铝合金材件C放在温度为80-120℃、超声波功率为300-410W的密闭环境中时效处理1.5-2h，再撤去超声波并升温至150-180℃，撤去超声波并升温至150-180℃需要在10-15s内完成，然后处理30-55min，制得铝合金材件D；
S5、中温回火处理：将步骤S4制得的铝合金材件D置于400-500℃环境中回火处理20-40min，回火处理15-25min时迅速移出，在干冰中进行快冷10-12s后进行第二次回火处理，完成后常温下冷却，完成铝合金中温回火处理。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种用于交通型材的铝合金淬火工艺，所述铝合金以重量份为单位，包括以下原料：铝152份、镁2.6份、铜1份、锆0.6份、钛0.5份、锰0.4份、硅1.2份、铁1份、锌3份、铋0.4份、钒0.2份、钨0.5份、钇0.3份、镍0.2份、氯乙烯醋酸乙烯共聚物1份、过氧化二碳酸二环己酯0.6份、硝酸铅0.8份、二月桂酸二丁基锡1.5份、硬脂酸钡0.6份；
所述铝合金淬火工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金:以铝、镁、铜、锆、钛、锰、硅、铁、锌、铋、钒、钨、钇、镍、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡为原料，制备铝合金；
S2、固溶处理：将步骤S1制得的铝合金制成铝合金材件A，接着将铝合金材件A置于以152℃/min升温至670℃的环境中保温4h，制得铝合金材件B；
S3、淬火处理：向步骤S2制得的铝合金材件B急速淬入温度为100℃、浓度为3.5g/mL的硝酸钠溶液中在超声波功率为300W环境下处理4min后转入温度为20℃、浓度为3.5g/mL的硝酸钠溶液中，待铝合金材件B恢复至室温，制得铝合金材件C；
S4、时效处理：将步骤S3制得的铝合金材件C放在温度为80℃、超声波功率为300W的密闭环境中时效处理2h，再撤去超声波并升温至150℃，撤去超声波并升温至150℃需要在15s内完成，然后处理55min，制得铝合金材件D；
S5、中温回火处理：将步骤S4制得的铝合金材件D置于400℃环境中回火处理40min，回火处理25min时迅速移出，在干冰中进行快冷10s后进行第二次回火处理，完成后常温下冷却，完成铝合金中温回火处理。
实施例2
一种用于交通型材的铝合金淬火工艺，所述铝合金以重量份为单位，包括以下原料：铝200份、镁3份、铜1.5份、锆0.9份、钛0.7份、锰0.6份、硅1.5份、铁1.3份、锌4份、铋0.5份、钒0.4份、钨0.6份、钇0.4份、镍0.2份、氯乙烯醋酸乙烯共聚物1.4份、过氧化二碳酸二环己酯0.9份、硝酸铅1.2份、二月桂酸二丁基锡2份、硬脂酸钡0.8份；
所述铝合金淬火工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金:以铝、镁、铜、锆、钛、锰、硅、铁、锌、铋、钒、钨、钇、镍、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡为原料，制备铝合金；
S2、固溶处理：将步骤S1制得的铝合金制成铝合金材件A，接着将铝合金材件A置于以160℃/min升温至720℃的环境中保温3h，制得铝合金材件B；
S3、淬火处理：向步骤S2制得的铝合金材件B急速淬入温度为125℃、浓度为3.5g/mL的硝酸钠溶液中在超声波功率为350W环境下处理3.5min后转入温度为30℃、浓度为3.5g/mL的硝酸钠溶液中，待铝合金材件B恢复至室温，制得铝合金材件C；
S4、时效处理：将步骤S3制得的铝合金材件C放在温度为100℃、超声波功率为360W的密闭环境中时效处理1.8h，再撤去超声波并升温至170℃，撤去超声波并升温至180℃需要在12s内完成，然后处理40min，制得铝合金材件D；
S5、中温回火处理：将步骤S4制得的铝合金材件D置于460℃环境中回火处理32min，回火处理20min时迅速移出，在干冰中进行快冷10s后进行第二次回火处理，完成后常温下冷却，完成铝合金中温回火处理。
实施例3
一种用于交通型材的铝合金淬火工艺，所述铝合金以重量份为单位，包括以下原料：铝255份、镁3.5份、铜2份、锆1份、钛0.8份、锰0.8份、硅2份、铁1.5份、锌4.5份、铋0.6份、钒0.5份、钨0.8份、钇0.5份、镍0.3份、氯乙烯醋酸乙烯共聚物1.6份、过氧化二碳酸二环己酯1.2份、硝酸铅1.5份、二月桂酸二丁基锡2.5份、硬脂酸钡1份；
所述铝合金淬火工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金:以铝、镁、铜、锆、钛、锰、硅、铁、锌、铋、钒、钨、钇、镍、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡为原料，制备铝合金；
S2、固溶处理：将步骤S1制得的铝合金制成铝合金材件A，接着将铝合金材件A置于以170℃/min升温至760℃的环境中保温2.5h，制得铝合金材件B；
S3、淬火处理：向步骤S2制得的铝合金材件B急速淬入温度为135℃、浓度为3.5g/mL的硝酸钠溶液中在超声波功率为410W环境下处理3min后转入温度为35℃、浓度为3.5g/mL的硝酸钠溶液中，待铝合金材件B恢复至室温，制得铝合金材件C；
S4、时效处理：将步骤S3制得的铝合金材件C放在温度为120℃、超声波功率为410W的密闭环境中时效处理1.5h，再撤去超声波并升温至180℃，撤去超声波并升温至180℃需要在10s内完成，然后处理30min，制得铝合金材件D；
S5、中温回火处理：将步骤S4制得的铝合金材件D置于500℃环境中回火处理20min，回火处理15min时迅速移出，在干冰中进行快冷12s后进行第二次回火处理，完成后常温下冷却，完成铝合金中温回火处理。
对比例1
与实施例2的铝合金淬火工艺基本相同，唯有不同的是制备铝合金的原料中缺少氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡。
对比例2
与实施例2的铝合金淬火工艺基本相同，唯有不同的是制备铝合金的原料中缺少氯乙烯醋酸乙烯共聚物。
对比例3
与实施例2的铝合金淬火工艺基本相同，唯有不同的是制备铝合金的原料中缺少过氧化二碳酸二环己酯。
对比例4
与实施例2的铝合金淬火工艺基本相同，唯有不同的是制备铝合金的原料中缺少硝酸铅。
对比例5
与实施例2的铝合金淬火工艺基本相同，唯有不同的是制备铝合金的原料中缺少二月桂酸二丁基锡。
对比例6
与实施例2的铝合金淬火工艺基本相同，唯有不同的是制备铝合金的原料中缺少硬脂酸钡。
对比例7
采用中国专利文献“一种低淬火敏感性Al-Zn-Mg-Cu系列铝合金”(授权公告号：CN103266245B)实施例1-16的淬火工艺进行制备铝合金材件。
实施例1-3和对比例1-8制得的铝合金材件进行性能测试，结果如下表所示。其中，室温拉伸实验按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，拉伸实验在CSS-44100万能材料力学拉伸机上进行，拉伸速度为2mm/min。淬火敏感性实验采用中国专利：测量铝合金材料淬透深度的装置及方法(专利号：ZL200710034410.8)。采用末端淬火试验，将样品置于装置上后进行一端喷淋冷却。将距离淬火端面硬度下降10％的深度定义为淬透层深度，淬透层深度越大，淬火敏感性越低。
(1)由实施例1-3的数据可见，实施例2为最优实施例，获得的拉伸强度σb、延伸率δ、淬火敏感性指标的综合性能最好。
(2)由实施例1-3和对比例7的数据可见，实施例1-3铝合金的拉伸强度显σb、延伸率δ著高于对比例7铝合金的拉伸强度显σb、延伸率δ；实施例1-3铝合金的淬火敏感性显著低于对比例7铝合金的淬火敏感性。
(3)由实施例2和对比例1-6的数据可见，氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡一起添加在制备铝合金材件中起到了协同作用，显著提高了铝合金材件的拉伸强度σb、延伸率δ，降低了淬火敏感性；这可能是：1)氯乙烯醋酸乙烯共聚物由于在分子链中引入了醋酸乙烯单体，从而提高了柔韧性、抗冲击性，氯乙烯醋酸乙烯共聚物的加入可提高铝合金材件的延伸率δ；2)过氧化二碳酸二环己酯可引发硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡之间发生交联作用，生成交联固化物，提高了铝合金材料的拉伸强度σb、延伸率δ；3)硝酸铅起到活化组分的作用，可活化氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡，促进这几种组分之间的粘合，降低了铝合金材料的淬火敏感性；4)二月桂酸二丁基锡可促进过氧化二碳酸二环己酯与硝酸铅发生交联作用，从而提高铝合金材件的拉伸强度σb、延伸率δ；5)硬脂酸钡可使氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡颗粒分散均匀，使铝合金晶粒组织均匀，从而提高铝合金材件的拉伸强度σb、延伸率δ。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于交通型材的铝合金淬火工艺，其特征在于，所述的铝合金，包括以下原料：铝、镁、铜、锆、钛、锰、硅、铁、锌、铋、钒、钨、钇、镍、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡；
所述氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡的重量比为(1-1.6):(0.6-1.2):(0.8-1.5):(1.5-2.5):(0.6-1)；
所述铝合金淬火工艺，包括以下步骤：
S1、制备铝合金:以铝、镁、铜、锆、钛、锰、硅、铁、锌、铋、钒、钨、钇、镍、氯乙烯醋酸乙烯共聚物、过氧化二碳酸二环己酯、硝酸铅、二月桂酸二丁基锡、硬脂酸钡为原料，制备铝合金；
S2、固溶处理：将步骤S1制得的铝合金制成铝合金材件A，接着将铝合金材件A置于以150-170℃/min升温至670-760℃的环境中保温2.5-4h，制得铝合金材件B；
S3、淬火处理：向步骤S2制得的铝合金材件B急速淬入温度为100-135℃的硝酸钠溶液中在超声波功率为300-410W环境下处理3-4min，接着转入温度为20-35℃的硝酸钠溶液中，待铝合金材件B恢复至室温，制得铝合金材件C；
S4、时效处理：将步骤S3制得的铝合金材件C放在温度为80-120℃、超声波功率为300-410W的密闭环境中时效处理1.5-2h，再撤去超声波并升温至150-180℃处理30-55min，制得铝合金材件D；
S5、中温回火处理：将步骤S4制得的铝合金材件D置于400-500℃环境中回火处理20-40min后冷却，完成铝合金中温回火处理。
2.根据权利要求1所述的铝合金淬火工艺，其特征在于，步骤S3中硝酸钠的浓度为3.5g/mL。
3.根据权利要求1所述的铝合金淬火工艺，其特征在于，步骤S4中撤去超声波并升温至150-180℃需要在10-15s内完成。
4.根据权利要求1所述的铝合金淬火工艺，其特征在于，步骤S5中铝合金材件D回火处理15-25min时迅速移出，在干冰中进行快冷10-12s后进行第二次回火处理。
5.根据权利要求1所述的铝合金淬火工艺，其特征在于，步骤S5中冷却是在常温下冷却的。
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