CN110983118B - 一种气缸用铝合金型材生产工艺 - Google Patents

一种气缸用铝合金型材生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气缸用铝合金型材生产工艺，属于铝合金型材生产技术领域。该生产工艺包括配料、熔铸、均质、挤压和双级时效步骤。在均质化热处理中，采用先空冷至300℃±10℃再水冷至常温的混合冷却方式，通过控制不同的冷却速度，获取合适尺寸和数量的析出相粒子，起到良好的抑制再结晶作用，进而避免再结晶对铝合金力学性能的不利影响。在双级时效步骤中，通过采用160℃*4.5h+180℃*3.5h的双级时效制度，改善铝合金型材强度、耐热性和耐腐蚀性等力学性能，适于高温高压的应用工况。

Description

一种气缸用铝合金型材生产工艺
技术领域
本发明属于铝合金型材生产技术领域，涉及一种气缸用铝合金型材生产工艺。
背景技术
随着汽车工业的高速发展，铝合金因其优异的力学性能、耐蚀性能、耐磨性能在汽车上使用越来越广泛，作为汽车“心脏”的发动机，其气缸往往采用铝合金型材。铝合金气缸因缸盖结构复杂、缸体直接与燃烧室接触等原因，在工作过程中反复承受高温高压的机械和热负荷，加之硫化物的存在，就需要气缸所用材料在高温介质下具备较高的强度、优异的耐热性和耐蚀性。然而，现有铝合金型材难以满足在高温高压环境下，同时满足强度和耐蚀性的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种耐热、耐腐蚀、强度高的气缸用铝合金型材生产工艺，以解决现有铝合金型材难以满足汽车发动机之气缸部件运转工况对气缸材质性能要求的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种气缸用铝合金型材生产工艺，包括以下步骤：
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Si：0.6％-0.65％，Fe：0.1％-0.15％，Cu：≤0.01％，Mn：0.1％-0.15％，Mg：0.5％-0.55％，Cr：0.1％-0.15％，Zn：0.02％，Ti：0.03％，V：0.05％-0.20％，其他单个元素：≤0.05％，其他元素合计：≤0.15％，Al：余量；
S2.熔铸：将配制好的合金原料加入到熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为740℃-760℃，合金原料经高温熔化后，浇铸成铝棒；
S3.均质：将熔铸得到的铝棒放入均质炉中进行均质化热处理，加热至560℃-580℃并保温8小时，接着空冷至290℃-310℃，再水冷至常温；
S4.挤压：将均质后的铝棒送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到铝合金型材，其中，挤压前铝棒加热温度为510℃-530℃，挤压筒加热温度为410℃-430℃，挤压模具加热温度为470℃-490℃，挤压速度为3.7m/min-4.3m/min；
S5.双级时效：将挤压得到的铝合金型材进行双级时效热处理，先进行第一级时效热处理，时效温度为160℃，时效时间为4.5小时；再进行第二级时效热处理，时效温度为180℃，时效时间为3.5小时。
进一步，所述步骤S2中，合金原料经高温熔化后，对熔液进行除气、除渣，再将溶液浇铸成铝棒，其中，通过石墨转子、99％纯度的氮气进行除气。
进一步，所述步骤S3中，先将熔铸得到的铝棒加热至570℃并保温8小时，接着空冷至300℃，再水冷至常温。
进一步，所述步骤S4中，挤压前铝棒加热温度为520℃，挤压筒加热温度为420℃，挤压模具加热温度为480℃，挤压速度为4m/min。
进一步，所述步骤S4挤压得到的铝合金型材在进入步骤S5进行双级时效热处理前，先进行冷却、拉伸矫直、锯切处理。
进一步，在进行拉伸矫直时，所述步骤S4挤压得到的铝合金型材的温度为40℃-50℃，拉伸变形量为0.3％-1.5％。
进一步，在所述步骤S5双级时效热处理完成后，将铝合金型材空冷至常温。
进一步，所述步骤S5双级时效后得到的铝合金型材，其抗拉强度≥315MPa，屈服强度≥285Mpa，断后伸长率为≥14％。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明在均质化热处理中，采用空冷和水冷结合的混合冷却方式，通过控制不同的冷却速度，获取合适尺寸和数量的析出相粒子，起到良好的抑制再结晶作用，进而避免再结晶对铝合金力学性能的不利影响。
(2)本发明通过采用不同时效温度及时效时间相配合的双级时效热处理，优化常规6系铝合金普遍采用的时效制度，改善铝合金力学性能，使本发明公开的铝合金型材在高温、高压条件下，也能达到强度和耐蚀性的需求。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明公开的一种气缸用铝合金型材生产工艺的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种气缸用铝合金型材生产工艺，包括以下步骤：
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Si：0.6％-0.65％，Fe：0.1％-0.15％，Cu：≤0.01％，Mn：0.1％-0.15％，Mg：0.5％-0.55％，Cr：0.1％-0.15％，Zn：0.02％，Ti：0.03％，V：0.05％-0.20％，其他单个元素：≤0.05％，其他元素合计：≤0.15％，Al：余量；
S2.熔铸：将配制好的合金原料加入到熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为740℃-760℃，合金原料经高温熔化后，对熔液进行除气、除渣，再将溶液浇铸成铝棒，其中，通过石墨转子、99％纯度的氮气进行除气；
S3.均质：将熔铸得到的铝棒放入均质炉中进行均质化热处理，加热至560℃并保温8小时，接着空冷至290℃，再水冷至常温；
S4.挤压：将均质后的铝棒送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到铝合金型材，其中，挤压前铝棒加热温度为520℃，挤压筒加热温度为420℃，挤压模具加热温度为480℃，挤压速度为4m/min；
S5.双级时效：将挤压得到的铝合金型材进行双级时效热处理，先进行第一级时效热处理，时效温度为160℃，时效时间为4.5小时；再进行第二级时效热处理，时效温度为180℃，时效时间为3.5小时；最后将铝合金型材空冷至常温。
本实施例中，在进行双级时效之前，对挤压得到的铝合金型材进行冷却、拉伸矫直、锯切处理，其中，在拉伸矫直时，铝合金型材的温度为40℃-50℃，拉伸变形量为0.3％-1.5％
实施例2：
实施例2与实施例1的区别在于，步骤S3均质处理中，将熔铸得到的铝棒加热至570℃并保温8小时，接着空冷至300℃，再水冷至常温。
实施例3：
实施例3与实施例1的区别在于，步骤S3均质处理中，将熔铸得到的铝棒加热至580℃并保温8小时，接着空冷至310℃，再水冷至常温。
对比例1：
对比例1与实施例1的区别在于，在步骤S3均质处理中，将加热并保温后的铝棒空冷至常温，不存在水冷过程；在步骤S5中，将挤压得到的铝合金型材进行175℃*8h的单级时效热处理。
对实施例1-3及对比例1得到的铝合金型材进行力学性能测试，对比测试结果见表一：
表一：
Figure BDA0002337011180000031
Figure BDA0002337011180000041
从表一可以看出，利用本发明提供的气缸用铝合金型材生产工艺所制备得到的铝合金型材，其抗拉强度达到315Mpa及以上，屈服强度达到285Mpa及以上，断后伸长率达到14％及以上，优于对比例1所得铝合金型材的力学性能。
实施例1-3提供的气缸用铝合金型材生产工艺，在均质步骤中采用先空冷再水冷的混合冷却方式，有效抑制再结晶现象。水冷的冷却速度大大高于空冷，不同的均匀化冷却速度对铝棒组织产生影响。冷却速度越慢，析出的第二相数量越多，尺寸越大，铝棒的硬度越低；均匀化冷却速度提高，可以减小含Mn、Cr弥散相粒子的尺寸，增加含Mn、Cr弥散相粒子析出的数量，而合适尺寸和数量的含Mn、Cr弥散相粒子对晶粒长大起到抑制作用。先进行冷却速度较低的空冷，将温度降至300℃，再进行冷却速度较高的水冷，冷却至常温，从而控制析出相的尺寸大小和数量，达到最佳的抑制再结晶效果，进而避免再结晶对铝合金组织和性能产生不利影响。
实施例1-3提供的气缸用铝合金型材生产工艺，采用160℃*4.5h+180℃*3.5h的双级时效热处理，对时效制度进行了优化。在双级时效中，160℃*4.5h的第一级时效阶段为成核处理时期，在这一阶段，合金基体析出组织主要为稳定且密度较高的GP区，160℃的温度设定有利于G.P区的形成与长大，G.P区均匀形核，待到G.P区长到足够大的尺寸，就能作为时效沉淀相的核心，很大程度上提高组织均匀性；在180℃*3.5h的第二级时效中，只有部分小于临界尺寸的G.P区溶解，而大于临界尺寸的G.P区逐渐长大或转变成P＇＇-P＇-P相，形成细小弥散的析出相，这种相对位错运动构成较强的阻碍作用，进一步改善第一级时效阶段的铝合金型材性能。经双级时效热处理后，铝合金型材的强度、耐热性和耐腐蚀性得到提高，适于高温高压使用条件，能够在汽车发动机的气缸部件上广泛应用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种气缸用铝合金型材生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1.配料：按照以下合金组分及质量百分比配制合金原料，Si：0.6％-0.65％，Fe：0.1％-0.15％，Cu：≤0.01％，Mn：0.1％-0.15％，Mg：0.5％-0.55％，Cr：0.1％-0.15％，Zn：0.02％，Ti：0.03％，V：0.05％-0.20％，其他单个元素：≤0.05％，其他元素合计：≤0.15％，Al：余量；
S2.熔铸：将配制好的合金原料加入到熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为740℃-760℃，合金原料经高温熔化后，浇铸成铝棒；
S3.均质：将熔铸得到的铝棒放入均质炉中进行均质化热处理，加热至560℃-580℃并保温8小时，接着空冷至290℃-310℃，再水冷至常温；
S4.挤压：将均质后的铝棒送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到铝合金型材，其中，挤压前铝棒加热温度为510℃-530℃，挤压筒加热温度为410℃-430℃，挤压模具加热温度为470℃-490℃，挤压速度为3.7m/min-4.3m/min；
S5.双级时效：将挤压得到的铝合金型材进行双级时效热处理，先进行第一级时效热处理，时效温度为160℃，时效时间为4.5小时；再进行第二级时效热处理，时效温度为180℃，时效时间为3.5小时。
2.如权利要求1所述的气缸用铝合金型材生产工艺，其特征在于，所述步骤S2中，合金原料经高温熔化后，对熔液进行除气、除渣，再将溶液浇铸成铝棒，其中，通过石墨转子、99％纯度的氮气进行除气。
3.如权利要求1所述的气缸用铝合金型材生产工艺，其特征在于，所述步骤S3中，先将熔铸得到的铝棒加热至570℃并保温8小时，接着空冷至300℃，再水冷至常温。
4.如权利要求1所述的气缸用铝合金型材生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中，挤压前铝棒加热温度为520℃，挤压筒加热温度为420℃，挤压模具加热温度为480℃，挤压速度为4m/min。
5.如权利要求1所述的气缸用铝合金型材生产工艺，其特征在于，所述步骤S4挤压得到的铝合金型材在进入步骤S5进行双级时效热处理前，先进行冷却、拉伸矫直、锯切处理。
6.如权利要求5所述的气缸用铝合金型材生产工艺，其特征在于，在进行拉伸矫直时，所述步骤S4挤压得到的铝合金型材的温度为40℃-50℃，拉伸变形量为0.3％-1.5％。
7.如权利要求1所述的气缸用铝合金型材生产工艺，其特征在于，在所述步骤S5双级时效热处理完成后，将铝合金型材空冷至常温。
8.如权利要求1所述的气缸用铝合金型材生产工艺，其特征在于，所述步骤S5双级时效后得到的铝合金型材，其抗拉强度≥315MPa，屈服强度≥285Mpa，断后伸长率为≥14％。
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