CN109023141A

CN109023141A - 一种用于生产定位零件的特种铁铬铝合金棒材及其制备方法

Info

Publication number: CN109023141A
Application number: CN201811028995.7A
Authority: CN
Inventors: 姚璋璋
Original assignee: Jiangsu Yashide Welding Equipment Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Yashide Welding Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-09-06
Filing date: 2018-09-06
Publication date: 2018-12-18

Abstract

本发明涉及一种用于生产定位零件的特种铁铬铝合金棒材及其制备方法，属于特种合金熔炼及加工技术领域。本发明的特种铁铬铝合金主要成分包括Al：2～4％、Cr：19～23wt％、Ni：0.15～0.25％、Mn：0.5～0.7％、Si：0.1～0.3％、Cu：0.05～0.15％，余量为Fe；绝缘电阻＞5.0×10¹¹Ω，击穿电压＞1200V，绝缘层厚度15～25μm。所述方法包括：将金属Fe粉、金属Al粉、金属Cr粉、金属Ni粉、金属Mn粉、金属Si粉、金属Cu粉及合金添加剂按照一定比例进行混合均匀，随后见混合均匀的粉末装入胶套，在冷等静压机中进行压制，然后将压坯焊接成电极，然后在真空自耗电弧炉中进行熔炼获得锭坯，将锭坯进行热锻和热轧后获得棒坯，最后进行剥皮和抛光获得直径Φ8～16mm的FeCrAl合金棒材。

Description

一种用于生产定位零件的特种铁铬铝合金棒材及其制备方法

技术领域

本发明属于特殊合金熔炼及加工技术领域，具体涉及一种用于生产定位零件的特种铁铬铝合金棒材及其制备方法。

技术背景

随着中国汽车制造行业的迅速发展，2016年中国汽车的产销量均超过2800万台量，成为世界上第一汽车生产与消费的大国。中国企业在产销量提高后越来越重视各个生产工序生产效率的提升。作为汽车生产过程的四大工艺之一，焊装工序是关键工序，是整个车身制造的核心。焊接质量的高低对汽车车身尺寸的影响至关重要。在汽车焊装工艺流水线上，用于实际焊接操作的工作量仅占30％-40％，而60-79％浪费在工件的辅助和装夹工作当中。

定位螺母或螺柱电阻焊是在汽车焊接中主要采用的一种焊接方法，实际生产中往往因为定位零件的质量达不到要求，而严重影响生产效率。目前，使用的定位零件材料有5种：普通氧化铝陶瓷、电木、表面陶瓷喷涂金属以及国外进口K系合金、氮化硅增韧陶瓷等。普通陶瓷具有良好的绝缘性，材料脆性大，在使用环境中受冲击力时破碎和折断，由此而产生的更换时间成本十分昂贵。另外，材料成型需要模具，非标器件加工就更困难，生成周期较长。电木也称酚醛树脂，是除氧化铝陶瓷定位零件外的另一选择，由于不耐高温、抗冲击力弱等缺点，严重影响了定位零件的使用寿命。表面陶瓷喷涂金属兼具绝缘性和韧性，但涂层与基体材料结合性能较差，在大电流和应力冲击下，涂层易从基体上脱落，造成定位零件的失效，大大缩短了定位零件的使用寿命。氮化硅增韧陶瓷是绝缘材料，且硬度高，耐磨性。相对导电材料而言，氮化硅定位零件焊接后工件不需除渣工作，缩短流程，提高效率，提升焊接品质，使用寿命高于其他几种材料，但材料成本昂贵，很难大面积推广。

国外进口K系合金经过热处理后的获得优良绝缘性能的陶瓷层。该陶瓷层具有很高的电阻，表面硬度高，并获得陶瓷层与基体材料具有良好的附着力，从而达到良好的耐磨能力。该材料具有合金材料所具有的优良机械加工性能，合金热处理后表面绝缘陶瓷层具有优良的耐磨性和抗冲击性，同时基体材料具有良好的抗拉强度和韧性，从而在汽车生产线的焊装工序中作为绝缘定位零件使用中相比其他材料都占据了绝对优势。山东瑞泰新材料科技有限公司(CN201110329153.7)采用真空感应熔炼法制备了一种特殊的铁铬铝合金，该方法采用耐火材料坩埚作为容器，熔化过程中不可避免的引入有害杂质，在凝固过程中容易形成偏析等铸造缺陷，在制备成定位零件后破坏其绝缘层，导致绝缘性和耐磨性下降，从而造成材料报废。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于生产定位零件的特种铁铬铝合金棒材及其制备方法，容易实现规模化生产，且生产效率高、效果好。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于生产定位零件的特种铁铬铝合金棒材，具有以下特性：

(1)主要成分：所述FeCrAl合金棒材：Al：2～4％、Cr：19～23wt％、Ni：0.15～0.25％、Mn：0.5～0.7％、Si：0.1～0.3％、Cu：0.05～0.15％，余量为Fe；

(2)绝缘电阻：＞5.0×10¹¹Ω；

(3)击穿电压：＞1200V；

(4)绝缘层平均厚度：15～25μm。

本发明另一个目的是提供一种用于生产定位零件的特种铁铬铝合金棒材的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料混合：金属Fe、Al、Cr、Ni、Mn、Si、Cu粉及微量元素合金添加剂粉末进行混合，使得各种金属粉末分散均匀；

(2)粉末压制：将所述混合粉末采用冷等静压进行压制成型，获得圆柱形压坯；

(3)电极焊接：将所得圆柱形压坯在手套箱中进行焊接，获得自耗电极；

(4)真空自耗熔炼：将所述的自耗电极装入真空自耗炉中，抽真空、熔炼、冷却、出炉，获得合金铸锭；

(5)热锻造开坯：将所述合金铸锭在空气锤上进行开坯锻造，最终获得60×60mm的方坯；

(6)孔型轧制：将所述方坯在孔型轧机上进行加工，获得所需要的半成品棒材；

(7)剥皮和抛光：将所述的半成品棒材通过无心车床进行剥皮，随后进行抛光，最终获得适用定位零件的铁铬铝合金棒材。

进一步，步骤(1)中所述金属Fe、Al、Cr、Ni、Mn、Si、Cu粉及微量元素合金添加剂粉末的纯度大于99.9％，粒度要求为-200目以上。

进一步，步骤(3)中所述电极焊接在真空手套焊接箱中进行，真空手套焊接箱中氩气洗箱两次，焊接电流：80～150A。

进一步，步骤(4)中真空自耗熔炼工艺为：真空度5×10^-2Pa，熔炼电流为1200～1800A，熔炼电压：20～45V，冷却时间：1～1.5小时，获得直径Φ80-160mm合金铸锭。

进一步，步骤(5)中热锻造开坯开坯在750kg空气锤上进行，锻前加热温度900-1100℃，保温时间为1.5小时，一次锻打到位，不需要中间回炉加热，生产效率高。

进一步，步骤(6)中所述孔型轧制在孔型轧机上进行，轧制前的加热温度900-950℃，保温1小时，按照所需成品直径设计半成品直径，半成品直径＝成品直径+(1-2mm)。

进一步，步骤(7)中剥皮和抛光目的是去除孔型轧制后的氧化皮、夹渣、叠层等加工缺陷，并提高材料的表面质量和尺寸精度。剥皮和抛光的总量为直径方向的1-2mm。

本发明的制备方法，采用真空自耗熔炼将金属原料(Fe、Cr、Al、Ni、Mn、Si、Cu等)制备成合金铸锭，随后通过锻轧拔将合金铸锭加工成棒材，该方法可降低熔炼过程中杂质元素的引入，提高产品性能和产品良品率，且易实现规模化生产，且生产效率高。

本发明中低杂质含量、成分均匀、用于生产定位零件的铁铬铝合金棒材，为汽车生产线中焊装工序中螺母焊接提供了原料保障，提高定位零件的使用寿命，推动我国汽车工业中高端零部件的发展。

附图说明

图1为本发明用于生产定位零件的铁铬铝合金棒材的制备方法工艺流程图。图2为本发明采用本发明合金棒材制备的定位零件的绝缘层图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的实施例，但本发明并不局限于此，在不改变本发明权利要求的范围内适当进行调整，同样能够实施本发明。

本发明的用于生产定位零件的铁铬铝合金棒材的制备方法工艺流程如图1所示，图中：1原料混合；2粉末压制；3电极焊接；4真空自耗熔炼；5热锻开坯；6孔型轧制；7剥皮和抛光。

实施例1

一种生产定位零件的直径Φ16mm铁铬铝合金棒材，其制备工艺包括以下步骤：

(1)原料混合：将纯度为99.95％，粒度为-300目的金属Fe、Al、Cr、Ni、Mn、Si、Cu粉及微量元素合金添加剂粉末按照一定比例称量后，置入100L双锥混料机中混合16小时，使得各种金属粉末分散均匀；

(2)粉末压制：将所述混合粉末装入冷等静压专用软胶套中并密封，随后将胶套置入冷等静压机中，压力逐渐上升180MPa，保压8分钟，获得直径Φ80mm的圆柱形压坯。

(3)电极焊接：将所得圆柱形压坯在置入500L焊接手套箱中，将圆柱形压坯与电极头进行焊接，获得自耗电极，焊接电流为100A；

(4)真空自耗熔炼：将所述的自耗电极装入真空自耗炉中，开启真空系统对炉体进行抽真空，当真空度到2.4×10^-2Pa时，熔炼电压调至30V，启动熔炼，熔炼电流逐渐增加至1600A，熔炼末期需要逐步降低电流实现熔池的补缩；合金熔炼过程结束后，铸锭需要冷却1.5小时，随后出炉，获得合金铸锭；

(5)热锻造开坯：将所述合金铸锭在电阻炉中加热至960℃，保温2小时，即可在750kg空气锤上进行开坯锻造，最终获得60×60mm的方坯，并去除冒口；

(6)孔型轧制：将60×60mm方坯在电阻炉中加热至950℃，保温1小时，随后在孔型轧机上进行加工，获得直径Φ18mm的半成品棒材；

(7)剥皮和抛光：将直径Φ18mm半成品棒材通过无心车床进行剥皮，随后进行抛光，剥皮和抛光量为2mm，最终获得适用定位零件的直径Φ16mm铁铬铝合金棒材。

本实施例制得低杂质含量、成分均匀、用于生产定位零件的直径Φ16mm铁铬铝合金棒材，其主要指标为：该合金性能指标包括：(1)成分：所述FeCrAl合金棒材：Al：3.94％、Cr：21.74wt％、Ni：0.16％、Mn：0.42％、Si：0.13％、Cu：0.062％，余量为Fe；(2)绝缘电阻：＞5.24×10¹¹Ω；(3)击穿电压：＞1240V；(4)绝缘层平均厚度：20μm。

实施例2

一种生产定位零件的直径Φ12mm铁铬铝合金棒材，其制备工艺包括以下步骤：

(1)原料混合：将纯度为99.95％，粒度为-250目的金属Fe、Al、Cr、Ni、Mn、Si、Cu粉及微量元素合金添加剂粉末照一定比例称量后，置入100L双锥混料机中混合16小时，使得各种金属粉末分散均匀；

(2)粉末压制：将所述混合粉末装入冷等静压专用软胶套中并密封，随后将胶套置入冷等静压机中，压力逐渐上升200MPa，保压5分钟，获得直径Φ80mm的圆柱形压坯。

(4)真空自耗熔炼：将所述的自耗电极装入真空自耗炉中，开启真空系统对炉体进行抽真空，当真空度到4.5×10^-2Pa时，熔炼电压调至20V，启动熔炼，熔炼电流逐渐增加至1280A，熔炼末期需要逐步降低电流实现熔池的补缩；合金熔炼过程结束后，铸锭需要冷却1小时，随后出炉，获得合金铸锭；

(5)热锻造开坯：将所述合金铸锭在电阻炉中加热至1000℃，保温1.5小时，即可在750kg空气锤上进行开坯锻造，最终获得60×60mm的方坯，并去除冒口；

(6)孔型轧制：将60×60mm方坯在电阻炉中加热至900℃，保温1小时，随后在孔型轧机上进行加工，获得直径Φ13mm的半成品棒材；

(7)剥皮和抛光：将直径Φ13mm半成品棒材通过无心车床进行剥皮，随后进行抛光，剥皮和抛光量为`mm，最终获得适用定位零件的直径Φ12mm铁铬铝合金棒材。

本实施例制得低杂质含量、成分均匀、用于生产定位零件的直径Φ12mm铁铬铝合金棒材，其主要指标为：该合金性能指标包括：(1)成分：所述FeCrAl合金棒材：Al：4.10％、Cr：22.3wt％、Ni：0.24％、Mn：0.42％、Si：0.17％、Cu：0.04％，余量为Fe；(2)绝缘电阻：＞6.21×10¹¹Ω；(3)击穿电压：＞1280V；(4)绝缘层平均厚度：18μm。

Claims

1.一种用于生产定位零件的特种铁铬铝合金棒材，其特征在于，

(1)主要成分：所述FeCrAlTi合金棒材：Al：2～4％、Cr：19～23wt％、Ni：0.15～0.25％、Mn：0.5～0.7％、Si：0.1～0.3％、Cu：0.05～0.15％，余量为Fe；

(2)绝缘电阻：＞5.0×10¹¹Ω；

(3)击穿电压：＞1200V；

(4)绝缘层厚度：15～25μm。

2.一种用于生产定位零件的特种铁铬铝合金棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述金属Fe、Al、Cr、Ni、Mn、Si、Cu粉及微量元素合金添加剂粉末的纯度大于99.9％，粒度要求为-200目以上。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(2)所述的压制是在冷等静压机中压制，压制压力150-200MPa，保压时间为5-10分钟，获得圆柱状压坯。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述电极焊接在真空手套焊接箱中进行，真空手套焊接箱中氩气洗箱两次，焊接电路80-120A。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(4)中真空自耗熔炼工艺为：真空度5×10^-2Pa，熔炼电流为1200-1800A，熔炼电压：25-45V，冷却时间：1～1.5小时，获得直径Φ80-160mm合金铸锭。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(5)中热锻造开坯开坯在750kg空气锤上进行，锻前加热温度900-1100℃，保温时间为1.5小时，一次锻打到位，不需要中间回炉加热，生产效率高。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(6)中所述孔型轧制在孔型轧机上进行，轧制前的加热温度900-950℃，保温1小时，按照所需成品直径设计半成品直径，半成品直径＝成品直径+(1-2mm)。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(7)中剥皮和抛光目的是去除孔型轧制后的氧化皮、夹渣、叠层等加工缺陷，并提高材料的表面质量和尺寸精度。剥皮和抛光的总量为直径方向的1-2mm。