CN108034871A - 一种两幅式方向盘骨架铸造用的铝镁合金及其制备方法 - Google Patents

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张秋合
沈佳栋
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Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及镁铝合金制备领域，尤其一种两幅式方向盘骨架铸造用的铝镁合金及其制备方法，组分及重量百分比含量如下：Mg4.9‑5.4％、Si1.8‑2.3％、Mn0.6‑1.0％、Ti0.07‑0.10％、V0.025‑0.035％、Be0.003‑0.004％、Al余量；杂质元素控制：Fe≤0.13％、Zn≤0.03％、Cu≤0.01％、Cr≤0.0005％、P≤0.001％、Na≤0.0005％、Ca≤0.0005％、Li≤0.001％、Al余量。

Description

一种两幅式方向盘骨架铸造用的铝镁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及镁铝合金制备领域，尤其一种两幅式方向盘骨架铸造用的铝镁合金及其制备方法。
背景技术
随着汽车技术的普及，家用车市场大量开放，汽车厂商之间的竞争也日趋激烈，轻量化设计作为有效的提高燃油竞技性的方法，是大部分汽车厂商的主要研究方向。
在轻量化的设计中，除结构型改进外，其本质还需要更多新材料的参与，从而在保证其结构性能的基础上，降低相应结构的自重，或配合新的结构设计取代较为笨重的原有结构。
如在汽车方向盘的制造领域中，现有方向盘多采用镁合金作为其材料，在现有镁合金的结构强度和韧性条件下，现有方向盘多采用三幅或四幅式结构，为实现方向盘的轻量化设计，则需将方向盘进行两幅式设计，但这就需要对于现有的镁合金进行优化，从而使得新的镁合金在两幅式的结构下可实现比原有材料的三幅式方向盘更高的强度和韧性，除此之外，还可解决目前镁合金在生产和重熔使用的过程中氧化严重，烧损大所导致的成本问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构合理，充分搅拌，受热均匀，溶解完全的一种增塑剂用溶解装置。
本发明采取的技术方案是：
主要元素添加：
杂质元素控制：
本发明的优点和积极效果是：
本发明中铝镁合金的制备方法，采用如下步骤：
所需材料和材料的杂质元素要求如上表所示。
(1)合金炉内加入电解铝升温融化，剩余少量电解铝做降温使用；
(2)将铝液温度升温至700℃加入工业硅和电解锰，继续升温至780-800℃时停火，检测Si、Mn含量，确认达到设计要求；
(3)加入剩余电解铝和AlTi、AlV、AlBe中间合金，使铝液温度降至740-750℃；
(4)加入原生镁锭，利用工具将其按压入铝液液面下，使其完全熔化，避免在液面上熔化时剧烈燃烧，增加损耗；完全熔化后，充分搅拌不少于5分钟；
(5)铝液温度调整至710-730℃，使用除气罩将1‰C2Cl6压入铝液液面下进行精炼，保证覆盖整个熔池，精炼彻底；待反应完全后，搅拌3min、静置2min后将铝液表面浮渣完全扒出，检测化学成分，保证其符合技术要求；
(6)使用氮气除气，除气时间不低于20min，氮气压力0.25±0.05MPa；
(7)浇铸温度700-710℃。
本发明的优点和积极效果：
1、本发明中，加入Mg元素，会形成弥散相，可提高合金强度和耐磨性能，但又不会使其塑性过分降低，铝镁合金由于表面可形成Al2O3·MgO尖晶石形氧化膜，具有良好的耐蚀性。镁对铝的强化较明显，向铝中每增加1％的镁，可使强度提高约35MPa。镁在铝中的室温溶解度为0.34％，极限溶解度为14.9％。当镁含量小于5％时，基本上都固溶在基体中，且不改变基体的电极电位，无晶间腐蚀。当镁含量较高时，铝镁合金中会析出β相Al2O3和Al5Mg8，β相与基体间的电位差较大，会使耐蚀性明显下降，因而，铝镁合金中的Mg含量一般低于8％。低镁含量的铝镁合金具有优良的成形性能及抗腐蚀性，而高镁含量的铝镁合金具有良好的铸造性能及高强度，综合对性能的考虑，该合金设计Mg含量为4.9-5.4％。
2、本发明中，加入Si元素，保证其基本的浇铸流动性能，一定程度上提高合金强度，同时较低的Si含量可保证原本纯铝基合金具有较高韧性的特质；
3、本发明中，加入Mn元素，可使Mg相沉淀均匀，提高合金的抗蚀性，特别是抗应力腐蚀开裂能力，Mn还可提高合金的强度和再结晶温度，并确保合金具有更高的稳定性。
4、本发明中，加入Ti元素，铝镁合金中加入少量Ti，可在铝合金中形成金属间化合物TiAl3晶体，成为Al的固溶体初晶α枝晶组织的有效异质结晶核，并有抑制其成长的作用而使晶粒细化，但当Ti含量超过0.15％时出现偏析和沉降的几率增大，所以该合金设计Ti范围为0.07-0.10％。
5、本发明中，加入V元素，V与Ti作用相似，可与Al形成化合物细化合金的晶粒、提高合金的高温强度。该合金设计V元素范围为0.025-0.035％。
6、本发明中，加入Be元素，在铝镁合金中加入Be，因Be元素较为活泼，在生产或重熔使用时可在合金液表面形成致密的氧化膜，从而保护其免气体污染，减少烧损。
7、本发明中，较其它类合金不同的是，合金选用C2Cl6作为精炼剂，在合金中加入1‰的C2Cl6，置换出的Cl2会通过浮游原理带走熔体中的氢，使熔体得到净化；另外，C2Cl6加入熔体后会形成大量弥散的Al4C3,其作为形核基底使合金晶粒得到明显的细化，在晶界上的少量C在结晶过程中被推挤到结晶前沿，在一定程度上也能阻碍晶粒的继续长大，从而达到晶粒细化的目的，进而提高合金的力学性能。
8、本发明中，采用符合上述杂质元素要求的相关金属材料并采用的相应制备方法，所制备的镁铝合金的力学性能压铸态达到：抗拉强度≥240MPa，伸长率≥17％。可满足两幅式方向盘的设计要求，从而取代三幅式和四副式方向盘结构，符合汽车的轻量化设计的要求。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种两幅式方向盘骨架铸造用的铝镁合金，本发明的创新在于，组分及重量百分比含量如下：
本实施例中，杂质元素控制：
Fe≤0.13％、Zn≤0.03％、Cu≤0.01％、Cr≤0.0005％、P≤0.001％、Na≤0.0005％、Ca≤0.0005％、Li≤0.001％、Al余量。
本实施例中，所用原料包括：
采用等级为Al99.85的电解铝，其杂质元素要求：Fe≤0.12％、Zn≤0.03％、Cu≤0.005％，其他单个元素≤0.005％；
采用等级为Mg99.95的原生镁锭，其杂质元素要求：Fe≤0.003％、Zn≤0.01％、Cu≤0.002％，其他单个元素≤0.005％；
采用等级为Si-1的冶金用硅，其杂质元素要求：Fe≤0.20％、Ca≤0.05％；
采用等级为DJMn99.7的电解金属锰，其杂质元素要求：P≤0.005％；
AlTi/AlV/AlBe中间合金，其杂质元素要求：Fe≤0.20％、Zn≤0.03％、Cu≤0.01％、Ca≤0.002％、P≤0.002％，其他单个元素≤0.005％；
本实施例中，其特征在于：
(1)合金炉内加入电解铝升温熔化，剩余少量电解铝做降温使用；
(2)将铝液温度升温至700℃加入工业硅和电解锰，继续升温至780-800℃时停火，检测Si、Mn含量，确认达到设计要求；
(3)加入剩余电解铝和AlTi、AlV、AlBe中间合金，使铝液温度降至740-750℃；
(4)加入原生镁锭，利用工具将其按压入铝液液面下，使其完全熔化，避免在液面上熔化时剧烈燃烧，增加损耗；完全熔化后，充分搅拌不少于5分钟；
(5)铝液温度调整至710-730℃，使用除气罩将1‰C2Cl6压入铝液液面下进行精炼，保证覆盖整个熔池，精炼彻底；待反应完全后，搅拌3min、静置2min后将铝液表面浮渣完全扒出，检测化学成分，保证其符合技术要求；
(6)使用氮气除气，除气时间不低于20min，氮气压力0.25±0.05MPa；
(7)浇铸温度700-710℃。
将采用上述材料并使用相应方法制备的镁铝合金铸造样品在拉伸机内进行相关参数测试方法：Zwick-20kN拉伸机，测试温度：室温，测试标准：GB/T228-2002
样品编号 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％)
- - - -
7 230 310 17.5
9 185 265 19
12 215 295 18.5
14 195 280 17
19 200 280 20.5
23 200 285 20
25 205 270 22
28 189 270 19
31 188 280 21.5
- - - -
38 245 310 17
40 240 310 21
41 205 275 21.5
44 235 305 17.5
从表中可以看出，合金的平均屈服强度在185-240MPa之间，平均延伸率在17-22％之间，抗拉强度在265-310MPa。

Claims (5)

1.一种两幅式方向盘骨架铸造用的铝镁合金，其特征在于：组分及重量百分比含量如下：
2.根据权利要求1所述的一种两幅式方向盘骨架铸造用的铝镁合金，其特征在于：杂质元素控制：
Fe≤0.13％、Zn≤0.03％、Cu≤0.01％、Cr≤0.0005％、P≤0.001％、Na≤0.0005％、Ca≤0.0005％、Li≤0.001％、Al余量。
3.根据权利要求1或2所述的一种两幅式方向盘骨架铸造用的铝镁合金的制造方法,其特征在于：所用原料为：
采用等级为Al99.85的电解铝，其杂质元素要求：Fe≤0.12％、Zn≤0.03％、Cu≤0.005％，其他单个元素≤0.005％；
采用等级为Mg99.95的原生镁锭，其杂质元素要求：Fe≤0.003％、Zn≤0.01％、Cu≤0.002％，其他单个元素≤0.005％；
采用等级为Si-1的冶金用硅，其杂质元素要求：Fe≤0.20％、Ca≤0.05％；
采用等级为DJMn99.7的电解金属锰，其杂质元素要求：P≤0.005％；
AlTi/AlV/AlBe中间合金，其杂质元素要求：Fe≤0.20％、Zn≤0.03％、Cu≤0.01％、Ca≤0.002％、P≤0.002％，其他单个元素≤0.005％。
4.根据权利要求3所述的一种两幅式方向盘骨架铸造用的铝镁合金的制造方法,其特征在于：
(1)合金炉内加入电解铝升温熔化，剩余少量电解铝做降温使用；
(2)将铝液温度升温至700℃加入工业硅和电解锰，继续升温至780-800℃时停火，检测Si、Mn含量，确认达到设计要求；
(3)加入剩余电解铝和AlTi、AlV、AlBe中间合金，使铝液温度降至740-750℃；
(4)加入原生镁锭，利用工具将其按压入铝液液面下，使其完全熔化，避免在液面上熔化时剧烈燃烧，增加损耗；完全熔化后，充分搅拌不少于5分钟；
(5)铝液温度调整至710-730℃，使用除气罩将1‰C2Cl6压入铝液液面下进行精炼，保证覆盖整个熔池，精炼彻底；待反应完全后，搅拌3min、静置2min后将铝液表面浮渣完全扒出，检测化学成分，保证其符合技术要求；
(6)使用氮气除气，除气时间不低于20min，氮气压力0.25±0.05MPa；
(7)浇铸温度700-710℃。
5.根据权利要求4所述的一种两幅式方向盘骨架铸造用的铝镁合金的制造方法,其特征在于：所述镁铝合金的力学性能压铸态达到：抗拉强度≥240MPa，伸长率≥17％。
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