CN107739927A

CN107739927A - 一种超薄7020铝合金工字梁的加工工艺

Info

Publication number: CN107739927A
Application number: CN201711041465.1A
Authority: CN
Inventors: 冯小东; 王睿; 李延军; 王爽; 王东辉; 徐宁; 满瑞平; 王志永; 刘勇凯; 蒋鑫伟
Original assignee: China Zhongwang Holdings Ltd
Current assignee: China Zhongwang Holdings Ltd
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2018-02-27

Abstract

本发明属于工字梁加工技术领域，涉及一种超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，铝合金原料组分为Si≤0.35％，Fe≤0.4％，Cu≤0.2％，Mn≤0.05％，Mg：1.0％～1.4％，Ti≤0.05％，Cr≤0.1％，Zn≤4％，Zr≤0.1％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，Fe＞Si+0.05％，通过合理控制铝合金工字梁熔铸、淬火与时效等工艺使得制备的工字梁能够获得高的强度、优良耐腐蚀性能与焊接性能，优化后的双级时效制度明显缩短了铝合金工字梁的时效时间，提高了生产效率；制备的铝合金工字梁还具有优良的抗腐蚀性能，提高了铝合金工字梁的安全系数，且延长了工字梁使用寿命。

Description

一种超薄7020铝合金工字梁的加工工艺

技术领域

本发明属于工字梁加工技术领域，涉及一种超薄7020铝合金工字梁的加工工艺。

背景技术

在汽车交通领域，牵引承重装置如工字钢等是汽车主要结构件，其具有强度高、抗冲击、耐疲劳、经久耐用等优点。目前汽车的牵引承重装置广泛使用钢制结构，虽然钢材能满足需求，但其结构尺寸大、比重大，增加了车身重量，减小有效载荷，增加油耗，无法满足货车节能环保、多拉快跑等需求；在运输中容易出现生锈和应力腐蚀开裂等现象，影响其安全与使用寿命。伴随汽车轻量化的要求，有厂家尝试使用6系铝合金生产工字牵引承重梁，虽能大幅降低重量，但其强度较低，结构尺寸仍较大，未能有效减小结构尺寸，降低生产成本。

7020铝合金具有较高强度，耐腐蚀性、疲劳性和可焊性好等综合优势，被广泛应于航空航天、轨道交通等结构件。但是7020铝合金挤压要求高，时效时间长，生产效率低，在特种汽车的承重结构上很少应用。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决7020铝合金对于挤压工艺要求高，时效时间长，生产效率低的问题，提供一种超薄7020铝合金工字梁的加工工艺。

为达到上述目的，本发明提供一种超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，包括以下步骤：

A、熔铸：按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si≤0.35％，Fe≤0.4％，Cu≤0.2％，Mn≤0.5％，Mg：1.0％～1.4％，Ti≤0.05％，Cr≤0.35％，Zn≤5％，Zr≤0.16％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，Fe＞Si+0.05％，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，其中熔炼温度为720～760℃；

B、均匀化：将熔铸得到铝合金铸锭均匀化处理，均匀化处理的温度为460～480℃，均匀化处理时间为10～12h，得到铝合金铸棒；

C、挤压：将均匀化处理后的铝合金铸棒送入挤压筒中进行挤压，得到铝合金工字梁，其中挤压机的挤压速度为1～1.5m/min，铝合金铸棒的温度为480～500℃；

D、在线淬火：将挤压后的铝合金工字梁进行淬火处理，淬火方式为水雾淬火，淬火后铝合金工字梁的温度≤90℃；

E、人工时效热处理：将淬火后的铝合金工字梁进行双级时效，即第一阶段时效为在100～110℃，时效7～9h，第二阶段时效为在130～150℃，时效9～12h。

进一步，步骤A中铝合金原料组分为Si≤0.35％，Fe≤0.4％，Cu≤0.2％，Mn≤0.05％，Mg：1.0％～1.4％，Ti≤0.05％，Cr≤0.1％，Zn≤4％，Zr≤0.1％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，Fe＞Si+0.05％，杂质中Na的含量≤6ppm。

进一步，步骤A中将熔炼炉中熔炼后的液体铝合金中加入精炼剂，精炼剂的加入按照0.016～0.018kg/t Al的比例加入，并通过电磁搅拌器将精炼剂与铝液均匀混合，然后将搅拌均匀后的精炼剂和铝液进行在线除气和除杂。

进一步，步骤A中除气方式为采用浓度99.99％的氮气从熔炼炉的炉底对炉中铝液吹气。

进一步，步骤A中除杂工艺为将除气后的铝液通过陶瓷管或双级陶瓷片过滤。

进一步，步骤A中除杂工艺为将除气后的铝液通过双级陶瓷片过滤，双级陶瓷片的孔径分别为30、50ppi以上。

进一步，步骤A中精炼剂为Al-Ti-B丝细化剂。

进一步，步骤D中淬火前铝合金工字梁的温度为420～450℃，铝合金工字梁的冷却速度为2～4℃/S。

本发明的有益效果在于：

1、通过本发明超薄7020铝合金工字梁的加工工艺制备的7020铝合金工字梁，铝合金工字梁替代传统的钢结构工字梁能够大幅降低工字梁的结构尺寸，工字梁的结构厚度≤16mm，最薄厚度达到8mm，工字梁整体重量大幅降低。通过控制铝合金工字梁熔铸、淬火与时效等工艺使得制备的工字梁能够获得高的强度、优良耐腐蚀性能与焊接性能。优化后的双级时效制度明显缩短了铝合金工字梁的时效时间，提高了生产效率；制备的铝合金工字梁具有优良的抗腐蚀性能，提高了铝合金工字梁的安全系数，且延长了工字梁使用寿命。通过该工艺成功实现了铝合金在特种车承重结构上的应用，有效的降低了车体结构尺寸与重量。

2、通过本发明超薄7020铝合金工字梁的加工工艺制备的7020铝合金工字梁，通过控制淬火与时效工艺使得制备的铝合金工字梁具有较高的力学性能，时效处理后的铝合金工字梁屈服强度为410～452MPa，拉伸强度为450～484MPa，强度高，冲击韧性好，满足产品力学要求，且具有良好的耐腐蚀性和可焊性，缩短了铝合金工字梁的生产周期，大幅降低了整车重量，提高货车装载量。

3、通过本发明超薄7020铝合金工字梁的加工工艺制备的7020铝合金工字梁，铝合金工字梁的表面能自然生成一层致密牢固的保护膜，能很好的使该工字梁不受腐蚀；在120h中性盐雾腐蚀试验中无明显腐蚀情况，抗晶间腐蚀性能高；导电率≥39.4％IACS，抗应力腐蚀能力优良。工字梁断面上低倍组织致密，晶粒细小，晶粒度达到八级，满足型材的焊接性能使用要求。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明7020铝合金工字梁断面结构示意图；

图2为本发明7020铝合金工字梁双级时效后的晶粒图。

具体实施方式

下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

一种超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，包括以下步骤：

A、熔铸：铝合金铸锭原料中各元素质量百分数配比如下：

元素	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ti	Cr	Zn	Zr	杂质	Al
												含量	0.35	0.40	0.2	0.5	1.4	0.05	0.35	5	0.16	0.15	余量

按照质量百分比称取上述质量份的各种原料组分备好，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，熔炼后的液体铝合金中加入Al-Ti-B丝细化剂，Al-Ti-B丝细化剂的加入按照0.016kg/t Al的比例加入，并通过电磁搅拌器将Al-Ti-B丝细化剂与铝液均匀混合，然后将搅拌均匀后的Al-Ti-B丝细化剂和铝液依次进行在线除气和除杂，在线除气方式为采用浓度99.99％的氮气从熔炼炉的炉底对炉中铝液吹气，除杂工艺为将除气后的铝液通过双级陶瓷片过滤，双级陶瓷片的孔径分别为30、50ppi。将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，其中，熔炼温度为760℃；

B、均匀化：将熔铸得到铝合金铸锭均匀化处理，均匀化处理的温度为480℃，均匀化处理时间为10h，得到铝合金铸棒；

C、挤压：将均匀化处理后的铝合金铸棒送入挤压筒中进行挤压，得到铝合金工字梁，铝合金工字梁断面结构如图1，挤压机的挤压速度为1m/min，铝合金铸棒的温度为500℃；

D、在线淬火：将挤压后的铝合金工字梁进行淬火处理，淬火方式为水雾淬火，淬火前铝合金工字梁的温度为420℃，淬火后铝合金工字梁的温度为90℃，铝合金工字梁的冷却速度为4℃/S；

E、人工时效热处理：将淬火后的铝合金工字梁进行双级时效，即第一阶段时效为在110℃，时效9h，第二阶段时效为在130℃，时效12h。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于步骤A中铝合金铸锭原料中各元素质量百分数配比如下：

元素	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ti	Cr	Zn	Zr	杂质	Al
												含量	0.35	0.40	0.2	0.05	1.0	0.05	0.1	4	0.10	0.15	余量

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于步骤A中Al-Ti-B丝细化剂的加入按照0.018kg/tAl的比例加入，铝合金熔炼温度为720℃。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于步骤B中均匀化处理的温度为470℃，均匀化处理时间为12h。

实施例5

实施例5与实施例1的区别在于步骤C中挤压机的挤压速度为1.5m/min，铝合金铸棒的温度为480℃。

实施例6

实施例6与实施例1的区别在于步骤D中淬火前铝合金工字梁的温度为450℃，淬火后铝合金工字梁的温度为90℃，铝合金工字梁的冷却速度为2℃/S。

实施例7

实施例7与实施例1的区别在于步骤E中将淬火后的铝合金工字梁进行双级时效，即第一阶段时效为在105℃，时效8h，第二阶段时效为在135℃，时效10h。

对比例

对比例与实施例7的区别在于步骤E中将淬火后的铝合金工字梁在100℃，时效15h。

将对比例与实施例1～7得到的铝合金工字梁进行力学性能测试，测试结果见表一：

表一

由上表可以看出，通过该加工工艺制备的铝合金工字梁屈服强度为410～452MPa，拉伸强度为450～484MPa，铝合金工字梁强度高，冲击韧性好，完全能够满足产品的力学要求。

将对比例与实施例1～7得到的铝合金工字梁置于中性盐雾中腐蚀120h后观察工字梁晶间腐蚀情况，可以看到实施例1～7制备的铝合金工字梁无明显腐蚀现象，抗晶间腐蚀性能高。由图2可以看到铝合金工字梁断面上低倍组织致密，晶粒细小，晶粒度能够达到八级，完全满足型材的焊接性能使用要求。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，其特征在于，步骤A中铝合金原料组分为Si≤0.35％，Fe≤0.4％，Cu≤0.2％，Mn≤0.05％，Mg：1.0％～1.4％，Ti≤0.05％，Cr≤0.1％，Zn≤4％，Zr≤0.1％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，Fe＞Si+0.05％。

3.如权利要求1或2所述的超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，其特征在于，步骤A中将熔炼炉中熔炼后的液体铝合金中加入精炼剂，精炼剂的加入按照0.016～0.018kg/t Al的比例加入，并通过电磁搅拌器将精炼剂与铝液均匀混合，然后将搅拌均匀后的精炼剂和铝液进行在线除气和除杂。

4.如权利要求3所述的超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，其特征在于，步骤A中除气方式为采用浓度99.99％的氮气从熔炼炉的炉底对炉中铝液吹气。

5.如权利要求4所述的超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，其特征在于，步骤A中除杂工艺为将除气后的铝液通过陶瓷管或双级陶瓷片过滤。

6.如权利要求4所述的超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，其特征在于，步骤A中除杂工艺为将除气后的铝液通过双级陶瓷片过滤，双级陶瓷片的孔径分别为30、50ppi以上。

7.如权利要求5或6所述的超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，其特征在于，步骤A中精炼剂为Al-Ti-B丝细化剂。

8.如权利要求6所述的超薄7020铝合金工字梁的加工工艺，其特征在于，步骤D中淬火前铝合金工字梁的温度为420～450℃，铝合金工字梁的冷却速度为2～4℃/S。