CN108774697A

CN108774697A - 一种铝型材及其加工方法与应用

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Publication number: CN108774697A
Application number: CN201810684708.1A
Authority: CN
Inventors: 程仁策; 张涵源; 程仁寨; 张洪辉; 肖栋; 赵海滨; 郑卓阳; 隋信增; 张启东; 赵巍; 李铸铁; 史春丽; 曲信磊
Original assignee: Hang Xin Mstar Technology Ltd; Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Current assignee: Hang Xin Mstar Technology Ltd; Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2018-11-09
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: CN108774697B

Abstract

本发明涉及一种铝型材及其加工方法与应用，属金属材料领域。其加工方法包括：熔炼铝合金原料，然后铸造，均匀化处理，得铸造坯料，热挤压铸造坯料，在线淬火，时效处理。原料包括0.92～1.02wt％的Si、0.25～0.35wt％的Fe、0.08～0.12wt％的Cu、0.5～0.6wt％的Mn、0.6～0.7wt％的Mg、0.05～0.08wt％的Cr、0.05～0.15wt％的Ti以及0.15～0.2wt％的稀土锡，余量为Al。该加工方法简单，易操作，能同时满足铝型材较佳的塑性和强度。由此得到的铝型材质量好，塑性和强度均较佳。将其用于制造轨道交通，能改善或提高轨道交通的碰撞性能。

Description

一种铝型材及其加工方法与应用

技术领域

本发明涉及金属材料领域，且特别涉及一种铝型材及其加工方法与应用。

背景技术

新能源汽车发展迅速，汽车轻量化已成为发展的方向，铝合金材料在汽车用铝方面得到大量应用，其中，对于应用汽车保险杠系统用铝合金吸能盒和纵梁而言，要求铝型材具有高速碰撞性能。准静压态压缩试验与其高速碰撞性能有很好的对应性，因此汽车制造商使用准静态压缩试验作为评估挤压型材碰撞性能的主要标准，对于准静态压缩试验结果的评级系统已经被提出，对于准静态压缩试验结果的解释仍是主观的，且难以进行定量，通常做法是选取300～500mm左右长度的全截面试样，在压力机上以50～100mm/min左右速度进行压缩，压缩至长度为100mm，铝型材压缩过程中折叠变形，根据裂纹情况进行评估，一般出现裂纹长度小于15mm可接受。

对于汽车保险杠吸能盒和纵梁而言，不仅需要具有很高塑性，能够较强碰撞性能，还需要具有较高强度，由于高强度和塑性往往是相互排斥的，难以同时满足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝型材的加工方法，该加工方法简单，易操作，能有效提高铝型材的抗拉强度以及屈服强度等力学性能，同时满足较佳的塑性和强度。

本发明的第二目的在于提供一种由上述加工方法加工而得的铝型材，该铝型材质量好，塑性和强度均较佳。

本发明的第三目的在于提供一种上述铝型材的应用，例如可将其用于制造轨道交通。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明提出一种铝型材的加工方法，包括以下步骤：

熔炼铝合金原料，然后铸造，均匀化处理，得铸造坯料，热挤压铸造坯料，在线淬火，时效处理。

原料包括0.92～1.02wt％的Si、0.25～0.35wt％的Fe、0.08～0.12wt％的Cu、0.5～0.6wt％的Mn、0.6～0.7wt％的Mg、0.05～0.08wt％的Cr、0.05～0.15wt％的Ti以及0.15～0.2wt％的稀土锡，余量为Al。

较佳地，将挤压后的铝型材置于-160～-150℃的液氮环境中保温8～10h，然后于190～195℃的条件下保温5～6h进行人工时效。

本发明还提出一种由上述加工方法加工而得的铝型材。

本发明还提出一种上述铝型材的应用，如可用于制造轨道交通。

本发明较佳实施例提供的铝型材及其加工方法与应用的有益效果包括：

本发明较佳实施例提供的铝型材的加工方法中通过合理配置合金成分，优化了合金中强化相Mg₂Si，并使各金属间化合物的种类与比例得以较佳搭配，以提高合金的塑性与力学性能。通过添加稀土元素Sn，不仅可以细化晶粒，还能进一步改善合金的力学性能。

并且，在原料中加入稀土元素锡，一方面能够控制强化相Mg₂Si的析出，改善材料的塑性；另一方面能与铝形成共晶系，使合金的晶粒得到细化，消除铝合金铸锭组织中的粗大共晶化合物，改善析出物的形状；再者，通过加入稀土元素锡，还可在合金的晶内析出部分粒状或短棒状的相态，该相态在起到弥散强化作用的同时还能减少对基体的割裂作用，从而提高铝合金的力学性能。此外，稀土元素锡还具有良好的精炼和净化作用，能够有效的除去氧、硫和氢等元素。

本发明较佳实施例提供的铝型材的加工方法简单，易操作，能有效提高铝型材的抗拉强度以及屈服强度等力学性能，同时满足较佳的塑性和强度。由此得到的铝型材质量好，塑性和强度均较佳。将其用于制造轨道交通可相应提高轨道交通的高速碰撞性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明试验例1中实施例5的铝型材的表面的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的铝型材及其加工方法与应用进行具体说明。

本发明实施例所提供的铝型材的加工方法，包括以下步骤：

上述原料包括0.92～1.02wt％的Si、0.25～0.35wt％的Fe、0.08～0.12wt％的Cu、0.5～0.6wt％的Mn、0.6～0.7wt％的Mg、0.05～0.08wt％的Cr、0.05～0.15wt％的Ti以及0.15～0.2wt％的稀土锡，余量为Al。

较佳地，上述原料包括0.95～1wt％的Si、0.28～0.32wt％的Fe、0.09～0.11wt％的Cu、0.54～0.56wt％的Mn、0.62～0.68wt％的Mg、0.06～0.07wt％的Cr、0.08～0.12wt％的Ti以及0.17～0.18wt％的稀土锡，余量为Al。

更较地，上述原料包括0.98wt％的Si、0.3wt％的Fe、0.1wt％的Cu、0.55wt％的Mn、0.65wt％的Mg、0.065wt％的Cr、0.1wt％的Ti以及0.175wt％的稀土锡，余量为Al。

本发明实施例通过合理配置合金成分，优化了合金中强化相Mg₂Si，并使各金属间化合物的种类与比例得以较佳搭配，以提高合金的塑性与力学性能。通过添加稀土元素Sn，不仅可以细化晶粒，还能进一步改善合金的力学性能。

具体地，在原料中加入稀土元素锡，一方面能够控制强化相Mg₂Si的析出，改善材料的塑性；另一方面能与铝形成共晶系，使合金的晶粒得到细化，消除铝合金铸锭组织中的粗大共晶化合物，改善析出物的形状；再者，通过加入稀土元素锡，还可在合金的晶内析出部分粒状或短棒状的相态，该相态在起到弥散强化作用的同时还能减少对基体的割裂作用，从而提高铝合金的力学性能。此外，稀土元素锡还具有良好的精炼和净化作用，能够有效的除去氧、硫和氢等元素。

可参照的，按上述合金元素成分组成配制原料，并熔铸(包括熔炼和铸造)成铸锭，然后采用双级均匀化处理，得到铸造坯料。

双级均匀化处理例如可以包括：于545～550℃的条件下保温8～12h，然后升温至555～560℃保温5～7h。采取双级均匀化处理，第一级均匀化处理温度设置为545～550℃，可减少合金铸态组织中的枝晶组织，使晶内组织相对均匀；第二级均匀化处理采取在较高温度下进行，能够在第一级均匀化的基础上进一步减少晶界上的共晶组织，基本消除枝晶组织，此外，该温度范围还能避免出现过烧现象。通过上述两级均匀化处理可使合金成分、组织更加均匀，提高铸锭的塑性。

本发明实施例中的挤压采用热挤压，包括将均匀化处理后所得的铸造坯料加热至500～530℃，铸造坯料的温度梯度为10～20℃，然后再挤压。上述条件有利于促进晶粒的细化，提高铝合金的机械加工性能。

进一步地，挤压过程中可选择机台为45MN，挤压筒温可以为430～470℃，挤压模具的温度可以为460～500℃，挤压速度为1.5～1.8m/min，然后在线水冷淬火。

进一步的，将挤压后的铝型材置于-160～-150℃的液氮环境中保温8～10h，然后于190～195℃的条件下保温5～6h进行人工时效。挤压生产后型材放于低温环境使得合金时效析出前引入大量的位错线和细晶组织，通过高温短时间时效(常规160～170℃保温10～12h)处理，使型材含有较少大尺寸弥散强化相，以改善型材的塑性和强度。

可参照地，时效处理前，还包括对在线淬火后的铝型材进行矫直拉伸，以得到品质优良的铝型材。

经上述加工方法加工而得的铝型材质量较好，其材料力学性能抗拉强度在310MPa以上，屈服强度在270MPa以上，断后伸长率在12％以上。并且在准静态压溃试验中，断裂长度在15mm以下或者没有明显裂纹。

此外，本发明实施例还提供了一种上述铝型材的应用，例如可将其用于制造轨道交通，如汽车，具体的，可用于制造汽车保险杠，从而使该部位具有高速碰撞性能。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

按合金元素成分组成配制原料，熔铸成铸锭。上述原料含有0.92wt％的Si、0.25wt％的Fe、0.08wt％的Cu、0.5wt％的Mn、0.6wt％的Mg、0.05wt％的Cr、0.05wt％的Ti以及0.15wt％的稀土锡，余量为Al。

于545℃的条件下保温12h，再升温至555℃保温7h，得铸造坯料。

将铸造坯料加热至500℃，铸造坯料温度梯度为10℃，然后于挤压筒温为430℃，挤压模具的温度为460℃，挤压速度为1.5m/min的条件下挤压成型，然后矫直拉伸。

将挤压后的铝型材置于-160℃的液氮环境中保温10h，然后于190℃的条件下保温6h，得铝型材。

实施例2

按合金元素成分组成配制原料，熔铸成铸锭。上述原料含有1.02wt％的Si、0.35wt％的Fe、0.12wt％的Cu、0.6wt％的Mn、0.7wt％的Mg、0.08wt％的Cr、0.15wt％的Ti以及0.2wt％的稀土锡，余量为Al。

于550℃的条件下保温8h，再升温至560℃保温5h，得铸造坯料。

将铸造坯料加热至530℃，铸造坯料温度梯度为20℃，然后于挤压筒温为470℃，挤压模具的温度为500℃，挤压速度为1.8m/min的条件下挤压成型，然后矫直拉伸。

将挤压后的铝型材置于-150℃的液氮环境中保温8h，然后于195℃的条件下保温5h，得铝型材。

实施例3

按合金元素成分组成配制原料，熔铸成铸锭。上述原料含有0.95wt％的Si、0.32wt％的Fe、0.09wt％的Cu、0.56wt％的Mn、0.62wt％的Mg、0.07wt％的Cr、0.08wt％的Ti以及0.18wt％的稀土锡，余量为Al。

于545℃的条件下保温12h，再升温至560℃保温7h，得铸造坯料。

将铸造坯料加热至505℃，铸造坯料温度梯度为12℃，然后于挤压筒温为440℃，挤压模具的温度为470℃，挤压速度为1.6m/min的条件下挤压成型，然后矫直拉伸。

将挤压后的铝型材置于-158℃的液氮环境中保温10h，然后于192℃的条件下保温6h，得铝型材。

实施例4

按合金元素成分组成配制原料，熔铸成铸锭。上述原料含有1wt％的Si、0.28wt％的Fe、0.11wt％的Cu、0.54wt％的Mn、0.68wt％的Mg、0.06wt％的Cr、0.12wt％的Ti以及0.17wt％的稀土锡，余量为Al。

于550℃的条件下保温8h，再升温至555℃保温5h，得铸造坯料。

将铸造坯料加热至525℃，铸造坯料温度梯度为18℃，然后于挤压筒温为460℃，挤压模具的温度为490℃，挤压速度为1.7m/min的条件下挤压成型，然后矫直拉伸。

将挤压后的铝型材置于-152℃的液氮环境中保温8h，然后于194℃的条件下保温5h，得铝型材。

实施例5

按合金元素成分组成配制原料，熔铸成铸锭。上述原料含有0.98wt％的Si、0.3wt％的Fe、0.1wt％的Cu、0.55wt％的Mn、0.65wt％的Mg、0.065wt％的Cr、0.1wt％的Ti以及0.175wt％的稀土锡，余量为Al。

于548℃的条件下保温10h，再升温至558℃保温6h，得铸造坯料。

将铸造坯料加热至515℃，铸造坯料温度梯度为15℃，然后于挤压筒温为450℃，挤压模具的温度为480℃，挤压速度为1.65m/min的条件下挤压成型，然后矫直拉伸。

将挤压后的铝型材置于-155℃的液氮环境中保温9h，然后于192.5℃的条件下保温5.5h，得铝型材。

实施例6

本实施例提供一种铝型材的应用，铝型材可以为实施例1-5中任意一种，具体地，将铝型材用于制造汽车保险杠。

试验例1

重复实施例1～5，得到足够多的铝型材。

以实施例5的铝型材为例，取出500mm型材在压力机上以80mm/min左右速度进行压缩，压缩至长度为100mm，请参见图1，折叠后型材表面未出现裂纹。

同样的，将实施例1～4的型材在上述测试条件下也未出现裂纹。

此外，以现有技术中6351铝合金为例，其在上述测试条件表面明显出现裂纹，裂纹长度大于15mm。

按照《GB228金属材料拉伸试验方法》对实施例1-5所得的铝型材以及现有技术中6351铝合金(对照组1)进行力学性能测试，其结果如表1所示。

表1力学性能

由此可以看出，本发明实施例提供的铝型材的加工方法能有效提高铝型材的抗拉强度以及屈服强度等力学性能，同时满足较佳的塑性和强度。

试验例2

设置对照组2-6，对照组2与实施例5的区别在于：对照组2中无稀土元素锡，对照组3中稀土元素锡的含量为0.05％，对照组4中稀土元素锡的含量为0.3％。测定对照组2～4的铝型材的力学性能及塑性，其结果显示，按照试验1中的测定方法，对照组2和对照组3的型材均出现裂纹，对照组3中裂纹不明显，对照组4的型材无裂纹。且对照组2-4的铝型材的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均低于实施例5。说明原料中稀土元素锡能同时影响型材的塑性和力学性能。

对照组5～7与实施例5的区别在于：对照组5的均匀化处理只有第一级，对照组6的均匀化处理只有第二级，对照组7的均匀化处理过程中第二级均匀化处理的温度为590℃。测定对照组5～7铝型材的塑性和力学性能。其结果显示，对照组5～7的铝型材无论是塑性还是力学性能均低于实施例5。

对照组8～10与实施例5的区别在于：对照组8无淬火步骤，对照组9的无淬火步骤中的液氮处理阶段，对照组10的淬火步骤中液氮处理后于160～170℃保温10～12h。其结果显示，对照组8～10的铝型材无论是塑性还是力学性能均低于实施例5。且对照组10中铝型材的综合性能强于对照组9和对照组9。

由此可以看出，本发明实施例中的铝型材的加工方法通过对原料进行改进以及对加工过程中的各加工步骤进行改进，从而综合改善型材的塑性和强度。

综上所述，本发明实施例提供的铝型材的加工方法简单，易操作，能有效提高铝型材的抗拉强度以及屈服强度等力学性能，同时满足较佳的塑性和强度。由此加工而得的铝型材，该铝型材质量好，塑性和强度均较佳。将其用于制造轨道交通，有利于提高轨道交通的高速碰撞性能。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种铝型材的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

熔炼铝合金原料，然后铸造，均匀化处理，得铸造坯料，热挤压所述铸造坯料，在线淬火，时效处理；

所述原料包括0.92～1.02wt％的Si、0.25～0.35wt％的Fe、0.08～0.12wt％的Cu、0.5～0.6wt％的Mn、0.6～0.7wt％的Mg、0.05～0.08wt％的Cr、0.05～0.15wt％的Ti以及0.15～0.2wt％的稀土锡，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述原料包括0.95～1wt％的所述Si、0.28～0.32wt％的所述Fe、0.09～0.11wt％的所述Cu、0.54～0.56wt％的所述Mn、0.62～0.68wt％的所述Mg、0.06～0.07wt％的所述Cr、0.08～0.12wt％的所述Ti以及0.17～0.18wt％的所述稀土锡，余量为所述Al。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述原料包括0.98wt％的所述Si、0.3wt％的所述Fe、0.1wt％的所述Cu、0.55wt％的所述Mn、0.65wt％的所述Mg、0.065wt％的所述Cr、0.1wt％的所述Ti以及0.175wt％的所述稀土锡，余量为所述Al。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，均匀化处理包括：于545～550℃的条件下保温8～12h，然后升温至555～560℃保温5～7h。

5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，挤压采用热挤压，包括将均匀化处理后所得的所述铸造坯料加热至500～530℃，所述铸造坯料的温度梯度为10～20℃，然后再挤压。

6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，挤压过程中挤压筒温为430～470℃，挤压模具的温度为460～500℃，挤压速度为1.5～1.8m/min。

7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，时效处理包括将挤压后的铝型材置于-160～-150℃的液氮环境中保温8～10h，然后于190～195℃的条件下保温5～6h。

8.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，时效处理前还包括对在线淬火后的所述铝型材矫直拉伸。

9.一种铝型材，其特征在于，所述铝型材由如权利要求1～8任一项所述的加工方法加工而得。

10.如权利要求9所述的铝型材的应用，其特征在于，所述铝型材用于制造轨道交通。