CN107858563B - 新能源物流车厢骨架轻量化用铝合金及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新能源物流车厢骨架轻量化用铝合金及制备方法，其特征在于，其化学组分按重量百分比为：Mg:0.55‑0.65％、Si:0.6‑0.7％、Cr:0.1‑0.18％、Mn:0.18‑0.25％、Zr:0.1‑0.2％、Nb:0.1‑0.2％、Sc:0.05‑0.1％、Fe≤0.25％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％、Cu≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.02％、其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。本发明通过严格控制合金的成分，调整合金元素的含量，添加微量的Zr、Nb、Sc元素及制备工艺及参数，使得铝合金型材的强度得到极大的提高，制备的铝合金骨架厚度更薄，节省材料，节约成本。

Description

新能源物流车厢骨架轻量化用铝合金及制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金加工技术领域，具体涉及一种适用于新能源物流车厢骨架轻量化 的铝合金及制备方法。
背景技术
新能源汽车产业是我国的战略性新兴产业。发展新能源汽车是解决能源环境问题的重要 途径。所谓的汽车车身和结构轻量化，就是采用科学的方法和手段对汽车产品进行优化设计， 在确保汽车综合性能指标的前提下，通过使用新型材料，尽可能降低汽车产品自身重量，达 到减重、降耗、环保、安全的综合目标。研究表明，汽车所用燃料约60％消耗于汽车自重， 汽车的质量每减轻100kg，每公里所用燃料将减少0.4L-0.8L，CO2排放也将减少。燃油效率 提高，意味着降低汽车的耗油量和排污量，在同样的输出功率下，较轻的车对于发动机来说 就是较轻的负载，汽车的操控稳定性也有所提高。所以减少汽车车体重量对降低发动机的功 耗和减少汽车总重量具有双重的效应。
对于物流车辆而言，车厢自重占整车重量比例较大，而骨架又占车厢重量比例较大，因 此，减轻车厢骨架的重量已成为物流企业关注的焦点。由于铝的比重约为钢的1/3，铝合金 被公认是汽车轻量化的理想材料。物流车辆车厢轻量化是大势所趋，铝合金车厢与其他材料 相比，能有效降低非载荷重量，而且铝材可回收性强，造型美观，节约能耗，散热性好，耐 腐蚀，耐疲劳，成为未来物流车厢制造业替代钢材的首先材料。
虽然经过多年的研究开发、示范运行和推广应用，我国新能源汽车已经具备一定的产业 基础，但于先进国家相比，我国新能源汽车在整车控制系统、汽车车身和结构轻量化等方面 还存在较大差距。主要表现在目前车厢骨架采用的铝合金存在着强度不够的问题，安全性能 得不到保证，因此，只能采用增加铝合金型材厚度来保证骨架的强度，导致铝合金车厢生产 成本高，车厢重量也比较重。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种新能源物流车厢骨架轻量化用铝合 金及制备方法，本发明通过严格控制合金的成分，调整合计元素的含量，添加微量的Zr、Nb、 Sc元素及制备工艺及参数，使得铝合金型材的强度得到极大的提高，制备的铝合金骨架厚度 更薄，节省材料，节约成本。
本发明是这样实现的：
一种新能源物流车厢骨架轻量化用铝合金，其特征在于，其化学组分按重量百分比为： Mg:0.55-0.65％、Si:0.6-0.7％、Cr:0.1-0.18％、Mn:0.18-0.25％、Zr:0.1-0.2％、Nb:0.1-0.2％、 Sc:0.05-0.1％、Fe≤0.25％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％、Cu≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤ 0.02％、其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
进一步优选，其化学组分按重量百分比为：Mg:0.6％、Si:0.65％、Cr:0.15％、Mn:0.20％、 Zr:0.15％、Nb:0.15％、Sc:0.08％、Fe≤0.25％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％、Cu≤0.05％，其它杂 质元素单个含量≤0.02％、其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
本发明的新能源物流车厢骨架轻量化用铝合金的制备方法，其特征在于：包括熔炼、精 炼、铸造、均匀化、挤压和人工时效的步骤，过程如下：
(1)熔炼：将纯度为99.75％以上的铝锭投入熔炼炉中，按比例加入镁锭、铝硅中间合 金、铝铬中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝铌中间合金和铝钪中间合金，镁锭加 入方式为将镁锭放入铁笼中，采用叉车铁笼吊起送入熔炼炉，并在熔炼炉内缓慢移动，直到 镁锭完全融化，并加入精炼剂进行熔炼，炉料在熔炼炉加热融化后搅拌20-30min，扒渣后取 样进行成分分析合格后转入保温炉，熔炼温度为700-750℃，熔炼时间为7-8小时；
(2)精炼：将保温炉内的铝液进行炉内精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入至保温炉 的铝液中，由旋转吹头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的 液态氢含量，精炼完成后进行过滤除渣，铝液进入过滤装置之前，在铝液中加入铝钛硼晶粒 细化剂进行晶粒细化；
(3)铸造：将精炼后的铝液进行铸造，所述铸造速度为40-60mm/min，铸造水压为0.05-0.1MPa，铸造温度为700℃-720℃；
(4)均匀化：将铸造后铝铸送入热处理炉中均匀化退火处理，在560-580℃温度下保温 12-15h，然后将铝铸转移至风冷却炉内进行强力冷却；
(5)挤压：采用1200T挤压机对铝铸进行挤压，得到铝型材，挤压前先将铝棒、挤压筒 和模具加热到一定温度，铝棒、挤压筒和模具达到设定的温度后上模进行挤压，挤压后立即 对铝型材进行强风冷却；
(6)人工时效:将挤压后的铝型材放入时效炉进行人工时效，先在200℃的温度下保温 150-200min，然后在50-60℃的温度下保温120-150min，降温速率为80℃/h，出炉空冷。
进一步优选，所述精炼剂加入量为铝锭重量的0.5-1％，精炼剂的成分和重量比为氯化钾： 氟钛酸钠：氟化钙：氟铝酸钾：氮化镁:纳米碳酸钙:稀土＝40-50:20-30:10:5:5:3:0.5。
进一步优选，所述步骤2中氩气流量为130-140L/min，氯气流量为110-140L/min，转子 转速为450-550rpm/min。
进一步优选，所述挤压的主缸速度为2-4mm/s，铝棒温度为480-500℃，挤压筒温度为 450-460℃，模具温度为480-500℃。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
本发明通过严格控制合金的成分，调整合金元素的含量，添加微量的Zr、Nb、Sc元素及 制备工艺及参数，使得铝合金型材的强度得到极大的提高，抗压强度达到500MPa以上，屈服 强度达到450MPa以上，并且制备同样强度的铝合金厚度比原来的减少了三分之一，节省材料， 节约成本。
具体实施方式
实施例1
按重量百分比为：Mg:0.55％、Si:0.6％、Cr:0.1％、Mn:0.18％、Zr:0.1％、Nb:0.1％、Sc:0.05％、 Fe≤0.25％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％、Cu≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.02％、其它杂质 元素总含量≤0.15％，余量为Al，进行配料，并按如下步骤进行制备：
(1)熔炼：将纯度为99.75％以上的铝锭投入熔炼炉中，按比例加入镁锭、铝硅中间合 金、铝铬中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝铌中间合金和铝钪中间合金，镁锭加 入方式为将镁锭放入铁笼中，采用叉车铁笼吊起送入熔炼炉，并在熔炼炉内缓慢移动，直到 镁锭完全融化，并加入精炼剂进行熔炼，所述精炼剂加入量为铝锭重量的0.5-1％，炉料在熔 炼炉加热融化后搅拌20-30min，扒渣后取样进行成分分析合格后转入保温炉，熔炼温度为 700-750℃，熔炼时间为7-8小时；
(2)精炼：将保温炉内的铝液进行炉内精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入至保温炉 的铝液中，由旋转吹头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的 液态氢含量，精炼完成后进行过滤除渣，铝液进入过滤装置之前，在铝液中加入铝钛硼晶粒 细化剂进行晶粒细化；所述氩气流量为130-140L/min，氯气流量为110-140L/min，转子转速 为450-550rpm/min；
(3)铸造：将精炼后的铝液进行铸造，所述铸造速度为40-60mm/min，铸造水压为0.05-0.1MPa，铸造温度为700℃-720℃；
(4)均匀化：将铸造后铝铸送入热处理炉中均匀化退火处理，在560-580℃温度下保温 12-15h，然后将铝铸转移至风冷却炉内进行强力冷却；
(5)挤压：采用1200T挤压机对铝铸进行挤压，得到铝型材，挤压前先将铝棒、挤压筒 和模具加热到一定温度，铝棒、挤压筒和模具达到设定的温度后上模进行挤压，挤压后立即 对铝型材进行强风冷却；所述挤压的主缸速度为2-4mm/s，铝棒温度为480-500℃，挤压筒温 度为450-460℃，模具温度为480-500℃；
(6)人工时效:将挤压后的铝型材放入时效炉进行人工时效，先在200℃的温度下保温 150-200min，然后在50-60℃的温度下保温120-150min，降温速率为80℃/h，出炉空冷。
实施例2
按重量百分比为：Mg:0.62％、Si:0.68％、Cr:0.6％、Mn:0.22％、Zr:0.18％、Nb:0.18％、 Sc:0.06％、Fe≤0.25％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％、Cu≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.02％、 其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al，进行配料，并按如下步骤进行制备：
(1)熔炼：将纯度为99.75％以上的铝锭投入熔炼炉中，按比例加入镁锭、铝硅中间合 金、铝铬中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝铌中间合金和铝钪中间合金，镁锭加 入方式为将镁锭放入铁笼中，采用叉车铁笼吊起送入熔炼炉，并在熔炼炉内缓慢移动，直到 镁锭完全融化，并加入精炼剂进行熔炼，所述精炼剂加入量为铝锭重量的0.5-1％，炉料在熔 炼炉加热融化后搅拌20-30min，扒渣后取样进行成分分析合格后转入保温炉，熔炼温度为 700-750℃，熔炼时间为7-8小时；
(2)精炼：将保温炉内的铝液进行炉内精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入至保温炉 的铝液中，由旋转吹头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的 液态氢含量，精炼完成后进行过滤除渣，铝液进入过滤装置之前，在铝液中加入铝钛硼晶粒 细化剂进行晶粒细化；所述氩气流量为130-140L/min，氯气流量为110-140L/min，转子转速 为450-550rpm/min；
(3)铸造：将精炼后的铝液进行铸造，所述铸造速度为40-60mm/min，铸造水压为0.05-0.1MPa，铸造温度为700℃-720℃；
(4)均匀化：将铸造后铝铸送入热处理炉中均匀化退火处理，在560-580℃温度下保温 12-15h，然后将铝铸转移至风冷却炉内进行强力冷却；
(5)挤压：采用1200T挤压机对铝铸进行挤压，得到铝型材，挤压前先将铝棒、挤压筒 和模具加热到一定温度，铝棒、挤压筒和模具达到设定的温度后上模进行挤压，挤压后立即 对铝型材进行强风冷却；所述挤压的主缸速度为2-4mm/s，铝棒温度为480-500℃，挤压筒温 度为450-460℃，模具温度为480-500℃；
(6)人工时效:将挤压后的铝型材放入时效炉进行人工时效，先在200℃的温度下保温 150-200min，然后在50-60℃的温度下保温120-150min，降温速率为80℃/h，出炉空冷。
实施例3
按重量百分比为：Mg:0.6％、Si:0.65％、Cr:0.15％、Mn:0.20％、Zr:0.15％、Nb:0.15％、 Sc:0.08％、Fe≤0.25％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％、Cu≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.02％、 其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al，进行配料，并按如下步骤进行制备：
(1)熔炼：将纯度为99.75％以上的铝锭投入熔炼炉中，按比例加入镁锭、铝硅中间合 金、铝铬中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝铌中间合金和铝钪中间合金，镁锭加 入方式为将镁锭放入铁笼中，采用叉车铁笼吊起送入熔炼炉，并在熔炼炉内缓慢移动，直到 镁锭完全融化，并加入精炼剂进行熔炼，所述精炼剂加入量为铝锭重量的0.5-1％，炉料在熔 炼炉加热融化后搅拌20-30min，扒渣后取样进行成分分析合格后转入保温炉，熔炼温度为 700-750℃，熔炼时间为7-8小时；
(2)精炼：将保温炉内的铝液进行炉内精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入至保温炉 的铝液中，由旋转吹头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的 液态氢含量，精炼完成后进行过滤除渣，铝液进入过滤装置之前，在铝液中加入铝钛硼晶粒 细化剂进行晶粒细化；所述氩气流量为130-140L/min，氯气流量为110-140L/min，转子转速 为450-550rpm/min；
(3)铸造：将精炼后的铝液进行铸造，所述铸造速度为40-60mm/min，铸造水压为0.05-0.1MPa，铸造温度为700℃-720℃；
(4)均匀化：将铸造后铝铸送入热处理炉中均匀化退火处理，在560-580℃温度下保温 12-15h，然后将铝铸转移至风冷却炉内进行强力冷却；
(5)挤压：采用1200T挤压机对铝铸进行挤压，得到铝型材，挤压前先将铝棒、挤压筒 和模具加热到一定温度，铝棒、挤压筒和模具达到设定的温度后上模进行挤压，挤压后立即 对铝型材进行强风冷却；所述挤压的主缸速度为2-4mm/s，铝棒温度为480-500℃，挤压筒温 度为450-460℃，模具温度为480-500℃；
(6)人工时效:将挤压后的铝型材放入时效炉进行人工时效，先在200℃的温度下保温 150-200min，然后在50-60℃的温度下保温120-150min，降温速率为80℃/h，出炉空冷。
实施例4
按重量百分比为：Mg:0.65％、Si:0.7％、Cr:0.18％、Mn:0.25％、Zr:0.2％、Nb:0.2％、Sc:0.1％、 Fe≤0.25％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％、Cu≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.02％、其它杂质 元素总含量≤0.15％，余量为Al，进行配料，并按如下步骤进行制备：
(1)熔炼：将纯度为99.75％以上的铝锭投入熔炼炉中，按比例加入镁锭、铝硅中间合 金、铝铬中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝铌中间合金和铝钪中间合金，镁锭加 入方式为将镁锭放入铁笼中，采用叉车铁笼吊起送入熔炼炉，并在熔炼炉内缓慢移动，直到 镁锭完全融化，并加入精炼剂进行熔炼，所述精炼剂加入量为铝锭重量的0.5-1％，炉料在熔 炼炉加热融化后搅拌20-30min，扒渣后取样进行成分分析合格后转入保温炉，熔炼温度为 700-750℃，熔炼时间为7-8小时；
(2)精炼：将保温炉内的铝液进行炉内精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入至保温炉 的铝液中，由旋转吹头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的 液态氢含量，精炼完成后进行过滤除渣，铝液进入过滤装置之前，在铝液中加入铝钛硼晶粒 细化剂进行晶粒细化；所述氩气流量为130-140L/min，氯气流量为110-140L/min，转子转速 为450-550rpm/min；
(3)铸造：将精炼后的铝液进行铸造，所述铸造速度为40-60mm/min，铸造水压为0.05-0.1MPa，铸造温度为700℃-720℃；
(4)均匀化：将铸造后铝铸送入热处理炉中均匀化退火处理，在560-580℃温度下保温 12-15h，然后将铝铸转移至风冷却炉内进行强力冷却；
(5)挤压：采用1200T挤压机对铝铸进行挤压，得到铝型材，挤压前先将铝棒、挤压筒 和模具加热到一定温度，铝棒、挤压筒和模具达到设定的温度后上模进行挤压，挤压后立即 对铝型材进行强风冷却；所述挤压的主缸速度为2-4mm/s，铝棒温度为480-500℃，挤压筒温 度为450-460℃，模具温度为480-500℃；
(6)人工时效:将挤压后的铝型材放入时效炉进行人工时效，先在200℃的温度下保温 150-200min，然后在50-60℃的温度下保温120-150min，降温速率为80℃/h，出炉空冷。
本发明通过严格控制合金的成分，调整合金元素的含量，添加微量的Zr、Nb、Sc元素及 制备工艺及参数，使得铝合金型材的强度得到极大的提高，抗压强度达到500MPa以上，屈服 强度达到450MPa以上，并且制备同样强度的铝合金厚度比原来的减少了三分之一，节省材料， 节约成本。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用， 它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另 外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的 细节。

Claims (2)

1.一种新能源物流车厢骨架轻量化用铝合金，其特征在于，其化学组分按重量百分比为：
Mg:0.55-0.65％、Si:0.6-0.7％、Cr:0.1-0.18％、Mn:0.18-0.25％、Zr:0.1-0.2％、Nb:0.1-0.2％、Sc:0.05-0.1％、Fe≤0.25％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％、Cu≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.02％、其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al；
所述的新能源物流车厢骨架轻量化用铝合金的制备方法，包括熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压和人工时效的步骤，过程如下：
(1)熔炼：将纯度为99.75％以上的铝锭投入熔炼炉中，按比例加入镁锭、铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝铌中间合金和铝钪中间合金，镁锭加入方式为将镁锭放入铁笼中，采用叉车铁笼吊起送入熔炼炉，并在熔炼炉内缓慢移动，直到镁锭完全融化，并加入精炼剂进行熔炼，炉料在熔炼炉加热融化后搅拌20-30min，扒渣后取样进行成分分析合格后转入保温炉，熔炼温度为700-750℃，熔炼时间为7-8小时；
(2)精炼：将保温炉内的铝液进行炉内精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入至保温炉的铝液中，由旋转吹头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量，精炼完成后进行过滤除渣，铝液进入过滤装置之前，在铝液中加入铝钛硼晶粒细化剂进行晶粒细化；
(3)铸造：将精炼后的铝液进行铸造，所述铸造速度为40-60mm/min，铸造水压为0.05-0.1MPa，铸造温度为700℃-720℃；
(4)均匀化：将铸造后铝铸送入热处理炉中均匀化退火处理，在560-580℃温度下保温12-15h，然后将铝铸转移至风冷却炉内进行强力冷却；
(5)挤压：采用1200T挤压机对铝铸进行挤压，得到铝型材，挤压前先将铝棒、挤压筒和模具加热到一定温度，铝棒、挤压筒和模具达到设定的温度后上模进行挤压，挤压后立即对铝型材进行强风冷却；
(6)人工时效:将挤压后的铝型材放入时效炉进行人工时效，先在200℃的温度下保温150-200min，然后在50-60℃的温度下保温120-150min，降温速率为80℃/h，出炉空冷；
所述精炼剂加入量为铝锭重量的0.5-1％，精炼剂的成分和重量比为氯化钾：氟钛酸钠：氟化钙：氟铝酸钾：氮化镁:纳米碳酸钙:稀土＝40-50:20-30:10:5:5:3:0.5；
所述步骤2中氩气流量为130-140L/min，氯气流量为110-140L/min，转子转速为450-550rpm/min；
所述挤压的主缸速度为2-4mm/s，铝棒温度为480-500℃，挤压筒温度为450-460℃，模具温度为480-500℃。
2.根据权利要求1所述的新能源物流车厢骨架轻量化用铝合金，其特征在于：其化学组分按重量百分比为：Mg:0.6％、Si:0.65％、Cr:0.15％、Mn:0.20％、Zr:0.15％、Nb:0.15％、Sc:0.08％、Fe≤0.25％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％、Cu≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.02％、其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。
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