CN107739917A - 一种高强度防倾杆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防倾杆，具体涉及一种铝合金高强度防倾杆，属于合金材料技术领域。本发明高强度防倾杆采用铝合金材料制成，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Si：11.2‑11.8％，Mg：1.0‑1.5％，Cr：0.1‑0.2％，Cu：0.25‑0.3％，Mn：0.15‑0.25％，Zr：0.1‑0.3％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。本发明高强度防倾杆采用铝合金材料制备而成，并在制备过程中加入覆盖剂和K/Na变质剂，使得合金兼具高强度和良好的抗应力腐蚀性能。

Description

一种高强度防倾杆
技术领域
本发明涉及一种防倾杆，具体涉及一种铝合金高强度防倾杆，属于合金材料技术领域。
背景技术
杆件，是指纵向(长度方向)尺寸比横向(垂直于长度方向)尺寸要大得多的构件。杆件的形状和尺寸可由杆的横截面和轴线两个主要几何元素来描述。横截面是指与杆长方向垂直的截面，而轴线是各横截面中心的连线。横截面与杆轴线是互相垂直的。轴线为直线、横截面相同的杆称为等截面直杆。汽车在高速转弯时，由于受到离心力的影响，车辆会产生倾轧，甚至侧翻，车辆容易失控，甚至会发生车毁人亡的事故。现代汽车为防止汽车发生倾轧，一般都装有防倾杆，但防倾杆如果强度不足，则其作用不能充分发挥，汽车倾轧现象依然存在。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种强度高、使用寿命长的高强度防倾杆。
本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种高强度防倾杆，该高强度防倾杆采用铝合金材料制成，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Si：11.2-11.8％，Mg：1.0-1.5％，Cr：0.1-0.2％，Cu：0.25-0.3％，Mn：0.15-0.25％，Zr：0.1-0.3％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。
本发明高强度防倾杆采用铝硅合金材料制成，在这类合金中Si是主要合金化元素，Si改善合金的流动性，降低热裂倾向，减少疏松，提高气密性。这类合金具有好的耐腐蚀性能机加工性能，具有高强度和硬度。本发明铝合金中Si的含量为11.2-11.8％，为二元共晶铝硅合金，具有优良的铸造性能。
另外，在本发明高强度防倾杆中，还加入了Mg元素。Mg是铝硅合金中主要的强化元素，Mg与Si经热处理强化形成Mg2Si沉淀相，有效提高了合金的性能。Mg之所以成为能使础固溶强化率最大的合金元素，是因为它在固溶体中溶解度很大，且原子半径比Al大13％。当Mg融入固溶体后，使其结晶点阵发生很大扭曲，导致合金的机械性能得到很大提高。若镁的加入量过多，则有一部分粗大的Mg2Si不能溶入固溶体，使合金变脆。同时，Mg可抑制Fe相的有害作用。当Fe的含量较低时，Mg与Si仍然形成Mg2Si相，当含Fe量增加时，可形成Al-Fe-Si-Mg化合物，从而减少Fe的危害。
在本发明高强度防倾杆的铝合金材料中，Cu元素和Mn元素的加入能使铝合金到达时效峰的时间降低，同时合金硬化效果增加，耐腐蚀性能增强；Zr元素的加入能细化合金的铸态组织，提高合金力学性能，但Zr元素的含量过多，容易生成Al3Zr粒子，从而降低合金力学性能，本发明采用上述含量的Zr，能够使得到的铝合金强度以及后续焊接强度增强，并细化了两者的组织。
在上述一种高强度防倾杆中，在铝合金材料中复合添加Sc元素和Zr元素。稀土元素Sc具有强烈的变质作用，它可以细化焊缝区晶粒，降低焊接裂纹倾向性，改变晶界第二相形貌，当Sc含量继续提高，甚至可以使晶界低熔点第二相由连续状转变为断续状。另外，Sc可以抑制焊缝热影响区的再结晶组织。因此，含Sc的铝合金材料，不仅有高的强度，而且还有高的SCR稳定性。在合金中复合添加的Sc、Zr会在合金中形成弥散分布的中的A13(Sc，Zr)粒子，该粒子可以钉扎晶界，提高再结晶温度。因此相应合金在热处理后，大部分未发生回复再结晶，发生再结晶的小部分晶粒非常细小。因此，Sc和Zr的复合添加降低了晶界与基体的电极电位，避免了晶界腐蚀。
一种高强度防倾杆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将制备高强度防倾杆的铝合金材料进行熔炼，熔炼的同时加入质量为铝合金材料质量2-5％的覆盖剂，用C2Cl6进行扒渣除气后静置20-30min，加入K/Na变质剂，再降温铸造得高强度防倾杆铸件；将高强度防倾杆铸件进行热处理、稀土改性阳极氧化处理、封孔处理后得高强度防倾杆成品。
在上述一种高强度防倾杆的制备方法中，所述覆盖剂包括如下质量百分比的组分：40-50％KCl，40-50％NaCl，15-20％冰晶石。铝在高温熔融状态下，极易形成Al2O3氧化膜，因此要对铝熔体进行保护。本发明通过加入上述覆盖剂，由于其熔点比熔体温度低，比重比熔体小，具有良好的润湿性能，在熔体表面能形成一层连续的液体覆盖膜，将熔体和炉料隔开，且具有一定的精炼能力，能防止熔体氧化和吸氢，同时还具有排氢的效果。
在上述一种高强度防倾杆的制备方法中，所述K/Na变质剂的加入量为铝合金材料的0.5-1％。本发明通过加入一定量的K/Na变质剂，能使组织中碳化物明显断网，形状趋近于球状，杂质含量相对减少。其中K、Na属于碱金属，其熔点低，原子半径较大，很容易失去最外层电子。O、S是钢铁中的主要杂质，是表面活性元素，能够降低熔体的表面张力和界面张力。K/Na强烈的脱氧、脱硫作用，使得铁水中O、S含量迅速下降，从而导致表面张力和界面张力增大。表面活性元素(O、S)等会干扰碳化物生长，减缓某些方向上的生长速度，使碳化物呈不均匀的形状，变质处理可以阻止这种干扰作用；变质剂也会以薄膜的形式，吸附在碳化物表面，降低碳化物优先生长方向的生长速度，使得各方向上的成生长速度趋于均匀，碳化物形貌也趋于团球化，细化了模具钢中的碳化物。
在上述一种高强度防倾杆的制备方法中，所述热处理包括短时均匀化处理、热挤压、固溶处理及时效处理。其中，短时均匀处理的温度为450-480℃，时间为1-1.2h。经过均匀化处理后存在Al3(Sc，Zr)的峰，说明其热稳定性较高。本发明采用短时均匀处理后水冷，能使合金经均匀化处理后水冷其基体内析出相减少，有利于后续的变形，这是由于在均匀化处理过程中大量低熔点共晶相溶入到基体当中形成过饱和固溶体，当其在较快冷却速度下冷却时(水冷)，过饱和固溶体来不及析出即到室温。而当材料缓慢冷却时，过饱和固溶体分解导致材料中第二相增加。因此选择均匀化后水冷的冷却方式。
在上述一种高强度防倾杆的制备方法中，热挤压处理的温度为430-470℃，挤压比为15-16:1。随着挤压温度的提高，材料中的第二相含量也随之增加，这些第二相的存在破坏了材料的连续性并可成为材料变形过程中的裂纹源，从而导致材料力学性能下降。当挤压温度太高，则第二相析出的动力越强。因此本发明采用上述温度和挤压比进行热挤压处理。
在上述一种高强度防倾杆的制备方法中，所述固溶处理的温度为450-500℃，时间为1-2h。固溶处理后性能的改变与相成分、合金原始组织及淬火状态组织特征、淬火条件等一系列因素有关，不同合金性能变化大不相同，本发明铝硅合金能使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工或成型。
在上述一种高强度防倾杆的制备方法中，所述时效处理的温度为100-130℃，时间为2-3h。时效处理可提高材料的屈强比从而提高材料的变形抗力，这是由于时效后材料内部产生大量纳米相，可以有效地钉扎位错运动，提高材料屈服强度。随着时效时间延长，延长基体中弥散分布有大量纳米析出相，提高了材料的强度。
在上述一种高强度防倾杆的制备方法中，所述稀土改性阳极氧化处理所用的电解液包括如下成分:硫酸108ml/L、丙三醇8ml/L、草酸129-130g/L、氯化铈O.59-0.71g/L、氯化镧0.59-0.71g/L，稀土改性阳极氧化处理的电压为12-15V，时间为1.5-2h，氧化膜层的厚度为20-30μm。本发明采用稀土改性阳极氧化膜的方法，稀土元素的加入能改变氧化膜层的结构，使得膜层硬度发生变化，从而提高制得的高强度防倾杆表面的硬度。铈盐感性阳极氧化膜，能有效减小膜孔的直径，致使腐蚀介质难以进入膜孔，因而耐蚀性提高。同时，氧化膜孔径变小，阳极氧化膜致密度提高。因此本发明通过稀土改性阳极氧化膜，能使处理后得到的氧化膜层对高强度防倾杆铸件起到了保护作用，可以提高防倾杆铸件的耐蚀性、耐磨性、耐候性、绝缘性和外观等性能。
在上述一种高强度防倾杆的制备方法中，所述封孔处理的封孔液包括：CeCl3·7H20：0.39-0.45g/L、H3B03：0.5-0.6g/L、H202：0.3-0.4ml/L。本发明采用上述成分的封孔液，能使得到的封孔膜表面呈颗粒状，表面平整，说明铈盐产物沉积较为均匀，在氧化膜表面沉积吸附形成一层致密的防护膜层，使基体与外界隔绝，起到了良好的机械防腐作用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明高强度防倾杆采用铝合金材料制备而成，且合理配伍了铝合金的组成成分及其质量百分比，能使得到的高强度防倾杆具有质量轻、强度高、耐腐蚀等效果。
2、本发明高强度防倾杆通过加入覆盖剂，防止熔体氧化和吸氢，同时还具有排氢的效果，同时加入一定量的K/Na变质剂，能使组织中碳化物明显断网，形状趋近于球状，杂质含量相对减少。
3、本发明高强度防倾杆制备过程中的热处理采用短时均匀化处理后水冷、热挤压、固溶处理及时效处理的方式，同时采用稀土改性阳极氧化膜和封孔处理，使得合金兼具高强度和良好的抗应力腐蚀性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
将制备高强度防倾杆的铝合金材料进行熔炼，其中，铝合金材料的组成为：Si：11.2％，Mg：1.0％，Cr：0.1％，Cu：0.25％，Mn：0.15％，Zr：0.1％，余量为Al以及不可避免的杂质元素；熔炼的同时加入质量为铝合金材料质量2％的覆盖剂，覆盖剂包括如下质量百分比的组分：40％KCl，40％NaCl，20％冰晶石；用C2Cl6进行扒渣除气后静置20min，加入质量为铝合金材料0.5％的K/Na变质剂，再降温铸造得高强度防倾杆铸件；将高强度防倾杆铸件进行热处理、稀土改性阳极氧化处理、封孔处理后得高强度防倾杆成品，其中，热处理包括如下步骤：短时均匀处理的温度为450℃，时间为1h；热挤压处理的温度为430℃，挤压比为15:1；固溶处理的温度为450℃，时间为1h；稀土改性阳极氧化处理所用的电解液包括如下成分：硫酸108ml/L、丙三醇8ml/L、草酸129g/L、氯化铈O.59g/L、氯化镧0.59g/L，稀土改性阳极氧化处理的电压为12V，时间为1.5h；封孔处理的封孔液包括：CeCl3·7H20：0.39g/L、H3B03：0.5g/L、H202：0.3ml/L。
实施例2
将制备高强度防倾杆的铝合金材料进行熔炼，其中，铝合金材料的组成为：Si：11.4％，Mg：1.2％，Cr：0.13％，Cu：0.26％，Mn：0.18％，Zr：0.15％，余量为Al以及不可避免的杂质元素；熔炼的同时加入质量为铝合金材料质量2.8％的覆盖剂，覆盖剂包括如下质量百分比的组分：43％KCl，41％NaCl，16％冰晶石；用C2Cl6进行扒渣除气后静置23min，加入质量为铝合金材料0.65％的K/Na变质剂，再降温铸造得高强度防倾杆铸件；将高强度防倾杆铸件进行热处理、稀土改性阳极氧化处理、封孔处理后得高强度防倾杆成品，其中，热处理包括如下步骤：短时均匀处理的温度为458℃，时间为1.06h；热挤压处理的温度为440℃，挤压比为15.3:1；固溶处理的温度为460℃，时间为1.3h；稀土改性阳极氧化处理所用的电解液包括如下成分：硫酸108ml/L、丙三醇8.5ml/L、草酸129.3g/L、氯化铈O.59.8g/L、氯化镧0.59.5g/L，稀土改性阳极氧化处理的电压为12.8V，时间为1.65h；封孔处理的封孔液包括：CeCl3·7H20：0.41g/L、H3B03：0.53g/L、H202：0.33ml/L。
实施例3
将制备高强度防倾杆的铝合金材料进行熔炼，其中，铝合金材料的组成为：Si：11.5％，Mg：1.25％，Cr：0.15％，Cu：0.28％，Mn：0.2％，Zr：0.2％，余量为Al以及不可避免的杂质元素；熔炼的同时加入质量为铝合金材料质量3.5％的覆盖剂，覆盖剂包括如下质量百分比的组分：45％KCl，40％NaCl，15％冰晶石；用C2Cl6进行扒渣除气后静置25min，加入质量为铝合金材料0.75％的K/Na变质剂，再降温铸造得高强度防倾杆铸件；将高强度防倾杆铸件进行热处理、稀土改性阳极氧化处理、封孔处理后得高强度防倾杆成品，其中，热处理包括如下步骤：短时均匀处理的温度为465℃，时间为1.1h；热挤压处理的温度为450℃，挤压比为15.5:1；固溶处理的温度为475℃，时间为1.5h；稀土改性阳极氧化处理所用的电解液包括如下成分：硫酸109ml/L、丙三醇9ml/L、草酸129.5g/L、氯化铈O.6g/L、氯化镧0.6g/L，稀土改性阳极氧化处理的电压为13.5V，时间为1.75h；封孔处理的封孔液包括：CeCl3·7H20：0.42g/L、H3B03：0.55g/L、H202：0.35ml/L。
实施例4
将制备高强度防倾杆的铝合金材料进行熔炼，其中，铝合金材料的组成为：Si：11.6％，Mg：1.4％，Cr：0.17％，Cu：0.27％，Mn：0.22％，Zr：0.25％，余量为Al以及不可避免的杂质元素；熔炼的同时加入质量为铝合金材料质量4％的覆盖剂，覆盖剂包括如下质量百分比的组分：42％KCl，41％NaCl，17％冰晶石；用C2Cl6进行扒渣除气后静置27min，加入质量为铝合金材料0.85％的K/Na变质剂，再降温铸造得高强度防倾杆铸件；将高强度防倾杆铸件进行热处理、稀土改性阳极氧化处理、封孔处理后得高强度防倾杆成品，其中，热处理包括如下步骤：短时均匀处理的温度为485℃，时间为1.15h；热挤压处理的温度为460℃，挤压比为15.8:1；固溶处理的温度为490℃，时间为1.8h；稀土改性阳极氧化处理所用的电解液包括如下成分：硫酸109.5ml/L、丙三醇9.5ml/L、草酸129.8g/L、氯化铈O.65g/L、氯化镧0.65g/L，稀土改性阳极氧化处理的电压为14V，时间为1.85h；封孔处理的封孔液包括：CeCl3·7H20：0.44g/L、H3B03：0.57g/L、H202：0.37ml/L。
实施例5
将制备高强度防倾杆的铝合金材料进行熔炼，其中，铝合金材料的组成为：Si：11.8％，Mg:1.5％，Cr：0.2％，Cu:0.3％，Mn：0.25％，Zr：0.3％，余量为Al以及不可避免的杂质元素；熔炼的同时加入质量为铝合金材料质量5％的覆盖剂，覆盖剂包括如下质量百分比的组分：40％KCl，40％NaCl，20％冰晶石；用C2Cl6进行扒渣除气后静置30min，加入质量为铝合金材料1％的K/Na变质剂，再降温铸造得高强度防倾杆铸件；将高强度防倾杆铸件进行热处理、稀土改性阳极氧化处理、封孔处理后得高强度防倾杆成品，其中，热处理包括如下步骤：短时均匀处理的温度为480℃，时间为1.2h；热挤压处理的温度为470℃，挤压比为16:1；固溶处理的温度为500℃，时间为2h；稀土改性阳极氧化处理所用的电解液包括如下成分：硫酸110ml/L、丙三醇10ml/L、草酸130g/L、氯化铈0.71g/L、氯化镧0.71g/L，稀土改性阳极氧化处理的电压为15V，时间为2h；封孔处理的封孔液包括：CeCl3·7H20：0.45g/L、H3B03：0.6g/L、H202：0.4ml/L。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度防倾杆的铝合金材料采用普通铝合金材料，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度防倾杆的制备方法中不加入覆盖剂，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度防倾杆的制备方法中不添加变质剂，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度防倾杆的制备方法中采用普通热处理，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例5
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度防倾杆的制备方法中采用普通阳极氧化处理，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例6
与实施例1的区别仅在于，该对比例高强度防倾杆的制备方法中采用普通封孔处理，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对上述实施例1-5及对比例1-6中高强度防倾杆进行性能测试，测试结果如表1中所示。
表1：实施例1-5及对比例1-6中高强度防倾杆性能测试结果
从以上结果可以看出，本发明高强度防倾杆采用铝合金材料制备而成，且合理配伍了铝合金的组成成分及其质量百分比，能使得到的高强度防倾杆具有质量轻、强度高、耐腐蚀等效果。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种高强度防倾杆，其特征在于，所述高强度防倾杆采用铝合金材料制成，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Si：11.2-11.8％，Mg：1.0-1.5％，Cr：0.1-0.2％，Cu：0.25-0.3％，Mn：0.15-0.25％，Zr：0.1-0.3％，余量为Al以及不可避免的杂质元素。
2.一种如权利要求1所述的高强度防倾杆的制备方法，其特征在于，所述高强度防倾杆的制备方法包括如下步骤：将制备高强度防倾杆的铝合金材料进行熔炼，熔炼的同时加入质量为铝合金材料质量2-5％的覆盖剂，用C2Cl6进行扒渣除气后静置20-30min，加入K/Na变质剂，再降温铸造得高强度防倾杆铸件；将高强度防倾杆铸件进行热处理、稀土改性阳极氧化处理、封孔处理后得高强度防倾杆成品。
3.根据权利要求2所述的一种高强度防倾杆的制备方法，其特征在于，所述覆盖剂包括如下质量百分比的组分：40-50％KCl，40-50％NaCl，15-20％冰晶石。
4.根据权利要求2所述的一种高强度防倾杆的制备方法，其特征在于，所述K/Na变质剂的加入量为铝合金材料的0.5-1％。
5.根据权利要求2所述的一种高强度防倾杆的制备方法，其特征在于，所述热处理包括短时均匀化处理、热挤压、固溶处理及时效处理。
6.根据权利要求5所述的一种高强度防倾杆的制备方法，其特征在于，所述短时均匀处理的温度为450-480℃，时间为1-1.2h。
7.根据权利要求5所述的一种高强度防倾杆的制备方法，其特征在于，所述热挤压处理的温度为430-470℃，挤压比为15-16:1。
8.根据权利要求5所述的一种高强度防倾杆的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为450-500℃，时间为1-2h。
9.根据权利要求2所述的一种高强度防倾杆的制备方法，其特征在于，所述稀土改性阳极氧化处理所用的电解液包括如下成分:硫酸108ml/L、丙三醇8ml/L、草酸129-130g/L、氯化铈O.59-0.71g/L、氯化镧0.59-0.71g/L，稀土改性阳极氧化处理的电压为12-15V，时间为1.5-2h。
10.根据权利要求2所述的一种高强度防倾杆的制备方法，其特征在于，所述封孔处理的封孔液包括：CeCl3·7H20：0.39-0.45g/L、H3B03：0.5-0.6g/L、H202：0.3-0.4ml/L。
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