CN108660343A - 一种汽车专用高强韧铝合金材料及制造工艺 - Google Patents

一种汽车专用高强韧铝合金材料及制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种汽车专用高强韧铝合金材料及制造工艺，属于铝合金加工技术领域，包括以下质量分数的原料：Si：0.80%～1.20%；Mg：0.80%～1.0%；Mn：0.50%～0.80%；Cr：0%～0.20%；Ti：0%～0.10%；Cu：0%～0.10%；Fe：0%～0.30%；稀土元素：0.15%～0.25%；Zn：0%～0.20%；余量为Al，所述稀土元素为La和Ce，所述La和Ce的质量比的范围为40:60～45:55。本发明的腐蚀性能敏感指数ISSRT<6%，极限强度σb≥295MPa，屈服强度σs≥195MPa，延伸率δ≥10%，疲劳强度≥110MPa（R=0），性能大大优于现有技术的性能。

Description

一种汽车专用高强韧铝合金材料及制造工艺
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种汽车专用高强韧铝合金材料及制造工艺。
背景技术
汽车车身结构件、防撞梁、门槛、侧面构件骨架多采用6082铝合金制成，但是对市面6082铝合金进行分析发现市面6082铝合金中Mg/Si的比例过大，导致材料的抗腐蚀性能下降，同时，铝合金中Fe、Si、Mn在材料中容易与Al反应生成FeMnAlSi等难熔相，这些难熔相由于难变形，易成为应力腐蚀源，因此，现有技术用于制造汽车部件的铝合金存在的应力腐蚀开裂敏感性高，使用寿命短的缺陷。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的用于制造汽车部件的铝合金应力腐蚀敏感性高、使用寿命短的问题，本发明提出了一种汽车专用高强韧铝合金材料及制造工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种汽车专用高强韧铝合金材料，包括以下质量分数的原料：
Si：0.80％～1.20％；Mg：0.80％～1.0％；Mn：0.50％～0.80％；Cr：0％～0.20％；Ti：0％～0.10％；Cu：0％～0.10％；Fe：0％～0.30％；稀土元素：0.15％～0.25％；Zn：0％～0.20％；余量为Al，所述稀土元素为La和Ce，所述La和Ce的质量比的范围为40:60～45:55。
进一步的，各原料的质量分数为Si：0.95％；Mg：0.82％；Mn：0.61％；Cr：0.10％；Ti：0.10％；Cu：0.10％；Fe：0.24％；Zn：0.20％；稀土元素：0.20％；余量为Al。
进一步的，所述La和Ce的质量比为41.5:58.5。
进一步的，所述汽车专用高强韧铝合金材料还包括化学元素B，所述Ti与B的质量比为5:1～10:1。
所述汽车专用高强韧铝合金材料的制造工艺，包括以下步骤：
S1配料：选用铝锭、镁锭、Al-Si中间合金锭和Al-稀土中间合金锭作为炉料；
S2熔铸：向熔化炉中装入铝锭、Al-Si中间合金锭和Al-稀土中间合金锭，升温熔化炉料，等炉料加热至软化下塌时，撒上覆盖剂保护熔体，继续加热；当炉料熔化呈水平时，对熔体进行搅拌，当温度达到650～700℃时，将镁锭加入熔化炉中，保温3min～5min，扒渣，将熔体进行浇注得铝合金棒；
S3均质化退火：520℃～580℃，保温4h～8h；
S4挤压成型：对均质化退火并锯切得到的铝合金棒进行挤压成型，挤压成型工序的参数为：挤压机温度为510℃～520℃，挤压筒温度为480℃～500℃，挤压比为29.4；
S5在线淬火：采用水雾淬火或者穿水淬火；
S6时效：对产品进行人工时效处理，时效工序的参数为：时效温度为175℃，时长10h。
进一步的，所述炉料还包括铝钛硼中间合金锭。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用了稀土元素对铝合金进行改性，改性后铝合金在稀土元素的作用下，改变了其微观组织，从而使得其难熔相变得易于熔化，大大降低腐蚀性能敏感指数，增长了铝合金的使用寿命；同时本发明铝合金成分中保持了足够的过剩Si，避免了铝合金中Mg/Si的比例过大而导致的抗腐蚀性能下降；
(2)本发明中La和Ce的质量比为41.5:58.5，在此条件下，铝合金的腐蚀性能敏感指数最低，铝合金防腐蚀性能达到最佳；
(3)本发明中加入B，B的加入降低了Ti的添加量，同时B协同Ti细化铸造组织和焊缝组织，减小开裂倾向，进一步提高了铝合金的力学性能；
(4)本发明的腐蚀性能敏感指数ISSRT<6％，极限强度σb≥295MPa，屈服强度σs≥195MPa，延伸率δ≥10％，疲劳强度≥110MPa(R＝0)，性能大大优于现有技术的性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
一种汽车专用高强韧铝合金材料，包括以下质量分数的原料：
Si：1.20％；Mg：1.0％；Mn：0.80％；Cr：0.20％；Ti：0.10％；Cu：0.10％；Fe：0.30％；Zn：0.20％；La：0.06％；Ce：0.09％；余量为Al。
本实施例的制造工艺，包括以下步骤：
S1配料：选用铝锭、镁锭、Al-Si中间合金锭和Al-稀土中间合金锭作为炉料，各元素的质量分数为Si：1.20％；Mg：1.0％；Mn：0.80％；Cr：0.20％；Ti：0.10％；Cu：0.10％；Fe：0.30％；Zn：0.20％；La：0.06％；Ce：0.09％；余量为Al；
S2熔铸：向熔化炉中装入铝锭、Al-Si中间合金锭和Al-稀土中间合金锭，升温熔化炉料，等炉料加热至软化下塌时，撒上覆盖剂保护熔体，继续加热；当炉料熔化呈水平时，对熔体进行搅拌，当温度达到650～700℃时，将镁锭加入熔化炉中，保温3min～5min，扒渣，将熔体进行浇注得铝合金棒；
S3均质化退火：520℃，保温8h；
S4挤压成型：对均质化退火并锯切得到的铝合金棒进行挤压成型，挤压成型工序的参数为：挤压机温度为510℃～520℃，挤压筒温度为480℃～500℃，挤压比为29.4；
S5在线淬火：采用水雾淬火或者穿水淬火；
S6时效：对产品进行人工时效处理，时效工序的参数为：时效温度为175℃，时长10h。
实施例二
一种汽车专用高强韧铝合金材料，包括以下质量分数的原料：
Si：0.80％；Mg：0.80％；Mn：0.50％；Cr：0.10％；Ti：0.08％；Cu：0.04％；Fe：0.20％；Zn：0.10％；La：0.11％；Ce：0.14％；余量为Al。
所述汽车专用高强韧铝合金材料的制造工艺，包括以下步骤：
S1配料：选用铝锭、镁锭、Al-Si中间合金锭和Al-稀土中间合金锭作为炉料，各元素的质量分数为Si：0.80％；Mg：0.80％；Mn：0.50％；Cr：0.10％；Ti：0.08％；Cu：0.04％；Fe：0.20％；Zn：0.10％；La：0.11％；Ce：0.14％；余量为Al；
S2熔铸：向熔化炉中装入铝锭、Al-Si中间合金锭和Al-稀土中间合金锭，升温熔化炉料，等炉料加热至软化下塌时，撒上覆盖剂保护熔体，继续加热；当炉料熔化呈水平时，对熔体进行搅拌，当温度达到650～700℃时，将镁锭加入熔化炉中，保温3min～5min，扒渣，将熔体进行浇注得铝合金棒；
S3均质化退火：540℃，保温6h；
S4挤压成型：对均质化退火并锯切得到的铝合金棒进行挤压成型，挤压成型工序的参数为：挤压机温度为510℃～520℃，挤压筒温度为480℃～500℃，挤压比为29.4；
S5在线淬火：采用水雾淬火或者穿水淬火；
S6时效：对产品进行人工时效处理，时效工序的参数为：时效温度为175℃，时长10h。
实施例三
一种汽车专用高强韧铝合金材料，包括以下质量分数的原料：
Si：0.95％；Mg：0.82％；Mn：0.61％；Cr：0.10％；Ti：0.10％；Cu：0.10％；Fe：0.24％；Zn：0.20％；La：0.08％；Ce：0.12％；余量为Al。
所述汽车专用高强韧铝合金材料的制造工艺，包括以下步骤：
S1配料：选用铝锭、镁锭、Al-Si中间合金锭和Al-稀土中间合金锭作为炉料，各元素的质量分数为Si：0.95％；Mg：0.82％；Mn：0.61％；Cr：0.10％；Ti：0.10％；Cu：0.10％；Fe：0.24％；Zn：0.20％；La：0.08％；Ce：0.12％；余量为Al；
S2熔铸：向熔化炉中装入铝锭、Al-Si中间合金锭和Al-稀土中间合金锭，升温熔化炉料，等炉料加热至软化下塌时，撒上覆盖剂保护熔体，继续加热；当炉料熔化呈水平时，对熔体进行搅拌，当温度达到650～700℃时，将镁锭加入熔化炉中，保温3min～5min，扒渣，将熔体进行浇注得铝合金棒；
S3均质化退火：540℃，保温6h；
S4挤压成型：对均质化退火并锯切得到的铝合金棒进行挤压成型，挤压成型工序的参数为：挤压机温度为510℃～520℃，挤压筒温度为480℃～500℃，挤压比为29.4；
S5在线淬火：采用水雾淬火或者穿水淬火；
S6时效：对产品进行人工时效处理，时效工序的参数为：时效温度为175℃，时长10h。
实施例四
一种汽车专用高强韧铝合金材料，包括以下质量分数的原料：
Si：0.80％；Mg：0.80％；Mn：0.50％；Cr：0.10％；Ti：0.05％；Cu：0.04％；Fe：0.20％；Zn：0.10％；B：0.01％；La：0.11％；Ce：0.14％；余量为Al。
本实施例的制造工艺，包括以下步骤：
S1配料：选用铝锭、镁锭、Al-Si中间合金锭、Al-稀土中间合金锭和铝钛硼中间合金锭作为炉料，各元素的质量分数为Si：0.80％；Mg：0.80％；Mn：0.50％；Cr：0.10％；Ti：0.05％；Cu：0.04％；Fe：0.20％；Zn：0.10％；B：0.01％；La：0.11％；Ce：0.14％；余量为Al；
S2熔铸：向熔化炉中装入铝锭、Al-Si中间合金锭、Al-稀土中间合金锭和铝钛硼中间合金锭，升温熔化炉料，等炉料加热至软化下塌时，撒上覆盖剂保护熔体，继续加热；当炉料熔化呈水平时，对熔体进行搅拌，当温度达到650～700℃时，将镁锭加入熔化炉中，保温3min～5min，扒渣，将熔体进行浇注得铝合金棒；
S3均质化退火：540℃，保温6h；
S4挤压成型：对均质化退火并锯切得到的铝合金棒进行挤压成型，挤压成型工序的参数为：挤压机温度为510℃～520℃，挤压筒温度为480℃～500℃，挤压比为29.4；
S5在线淬火：采用水雾淬火或者穿水淬火；
S6时效：对产品进行人工时效处理，时效工序的参数为：时效温度为175℃，时长10h。
对本发明的各实施例做性能检测，检测结果如表1所示。从表1的对比结果可以看出，本发明的性能远高于现有指标，其中实施例三的腐蚀性能敏感指数最低，实施例二和实施例四进行对比，实施例四的力学性能高于实施例二的力学性能，证明B的加入一方面降低了Ti的需求量，另一方面提高了铝合金的力学性能。
表1本发明个实施例铝合金材料的性能检测结果

Claims (6)

1.一种汽车专用高强韧铝合金材料，其特征在于：包括以下质量分数的原料：
Si：0.80%～1.20%；Mg：0.80%～1.0%；Mn：0.50%～0.80%；Cr：0%～0.20%；Ti：0%～0.10%；Cu：0%～0.10%；Fe：0%～0.30%；稀土元素：0.15%～0.25%；Zn：0%～0.20%；余量为Al，所述稀土元素为La和Ce，所述La和Ce的质量比的范围为40:60～45:55。
2.根据权利要求1所述的一种汽车专用高强韧铝合金材料，其特征在于：包括以下质量分数的原料：Si：0.95%；Mg：0.82%；Mn：0.61%；Cr：0.10%；Ti：0.10%；Cu：0.10%；Fe：0.24%；Zn：0.20%；稀土元素：0.20%；余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种汽车专用高强韧铝合金材料，其特征在于：所述La和Ce的质量比为41.5:58.5。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种汽车专用高强韧铝合金材料，其特征在于：所述汽车专用高强韧铝合金材料还包括化学元素B，所述Ti与B的质量比为5:1～10:1。
5.根据权利要求1～3任一项所述的汽车专用高强韧铝合金材料的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1配料：选用铝锭、镁锭、Al-Si中间合金锭和Al-稀土中间合金锭作为炉料；
S2熔铸：向熔化炉中装入铝锭、Al-Si中间合金锭和Al-稀土中间合金锭，升温熔化炉料，等炉料加热至软化下塌时，撒上覆盖剂保护熔体，继续加热；当炉料熔化呈水平时，对熔体进行搅拌，当温度达到650～700℃时，将镁锭加入熔化炉中，保温3 min～5min，扒渣，将熔体进行浇注得铝合金棒；
S3均质化退火：520℃～580℃，保温4h～8h；
S4挤压成型：对均质化退火并锯切得到的铝合金棒进行挤压成型，挤压成型工序的参数为：挤压机温度为510℃～520℃，挤压筒温度为480℃～500℃，挤压比为29.4；
S5在线淬火：采用水雾淬火或者穿水淬火；
S6时效：对产品进行人工时效处理，时效工序的参数为：时效温度为175℃，时长10h。
6.根据权利要求5所述的汽车专用高强韧铝合金材料的制造工艺，其特征在于：所述炉料还包括铝钛硼中间合金锭。
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