CN111041293A - 一种高强度薄壁型材生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金生产技术领域，涉及一种高强度薄壁型材生产工艺，铝合金原料为Si：0.85～0.90％、Fe：0.10～0.20％、Cu：0.50～0.60％、Mn：0.40～0.50％、Mg：0.75～0.80％、Cr：0.10～0.15％、Zn≤0.20％，其余单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，其中Mg2Si含量在1.1～1.3％范围内，且过剩Si含量应≤0.4％，通过该配方制得的铝合金铸锭经过挤压、在线水雾淬火处理、拉伸矫直后进行人工时效，通过各个工艺参数的严格控制，挤压后铝合金型材屈服强度可到达360Mpa，满足了汽车薄壁型材超高性能的要求，提升了新能源汽车整体的质量品质。

Description

一种高强度薄壁型材生产工艺
技术领域
本发明属于铝合金生产技术领域，涉及一种高强度薄壁型材生产工艺。
背景技术
随着我国新能源汽车的发展，汽车部件总成产品多为断面形状复杂的薄壁型材，此外对强度要求较高。高强度薄壁型材的挤压工艺技术是困扰挤压铝行业多年的难题，现阶段，国内暂无稳定的高强度薄壁挤压铝型材的供应商。在实际生产中为保证型材成型性多以6系低成分铝合金来代替，因此无法满足产品超高强度要求。为了顺应市场需求，需要开发一种高强度铝合金薄壁型材生产工艺，挤压方面采用短铸锭以及利用高温高速控工艺控制型材淬火前温度在530℃以上，缩短淬火装置与模孔之间的距离，并根据型材在线挤压尺寸情况对挤压杆速进行微调，最终成功开发出适合高强度薄壁型材的工艺技术。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有6系低成分铝合金制备的产品不能达到超高强度要求的问题，提供一种高强度薄壁型材生产工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种高强度薄壁型材生产工艺，包括如下步骤：
A、按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.85～0.90％、Fe：0.10～0.20％、Cu：0.50～0.60％、Mn：0.40～0.50％、Mg：0.75～0.80％、Cr：0.10～0.15％、Zn≤0.20％，其余单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，其中Mg2Si含量在1.1～1.3％范围内，且过剩Si含量应≤0.4％，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，铝合金铸锭长度为550±50mm；
B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行高温长时均质化处理，均匀化处理的温度为570±10℃，保温时间为8～12h，使Mg2Si相充分的融入到固溶体内；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，其中挤压模具采取增加模具薄壁位置供铝量，将模具薄壁位置工作带厚度由2.9mm降低到2.3mm，并增加该位置焊合室面积的设计方式，挤压前，挤压模具的加热温度为480～500℃，挤压铸锭的加热温度为520～540℃，铝合金型材出口温度高于530℃，挤压过程中的挤压速度为2.0～2.5m/min；
D、将步骤C挤压后的铝合金型材在挤压模具出口处进行在线水雾淬火处理，淬火装置距离挤压模具模孔距离为1.3m，铝合金型材出淬火区温度应≤100℃；
E、将步骤D淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量为0.5～1.5％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放2h后定尺锯切；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金型材进行人工时效，时效制度为120±5℃×(3-5)h+175±5℃x8h，得到铝合金薄壁型材。
进一步，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。
进一步，步骤A熔炼炉的温度控制在700～750℃，并且使用精炼剂进行精炼。
进一步，步骤C中挤压机为2000T卧式挤压机，挤压筒直径为210mm。
进一步，步骤D中铝合金型材淬火后的温度为20～30℃。
进一步，步骤D中铝合金型材的淬火冷却速度为50～80℃/min。
进一步，步骤E中铝合金型材的拉伸量控制在1％以内。
进一步，步骤F铝合金薄壁型材外接圆直径为100～110mm，壁厚为2.2～3.2mm。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的高强度薄壁型材生产工艺，新设计的高成分合金属于6系硬质合金，其本身金属流动性差，但经过调整铸棒均质制度，增加模具薄壁位置供铝量并通过采用短铸锭生产及严格监控生产工艺，便可以稳定生产出外接圆直径为φ105mm，壁厚在2.2～3.2mm，屈服强度≥360MPa的高强度薄壁铝型材。
2、本发明所公开的高强度薄壁型材生产工艺，铝合金中Si、Mg、Mn、Cu为主要合金元素且对力学等性能起着决定性作用，其次铝合金原料中Si、Mg、Mn、Cu元素含量均高于普通低中成分6系铝合金约20％以上，并控制基体中第二相Mg2Si含量及游离过剩Si含量，以到达兼顾型材可挤压性及高力学性能要求。工艺方面选用高成分6系合金，铸锭加热温度520～540℃，高于普通6063或6061合金约20～40℃，挤压速度同样相对于普通6系合金快0.5-1m/min，从而提升产品力学性能指标。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明高强度薄壁型材的断面图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种高强度薄壁型材生产工艺，包括如下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn 杂质 Al
含量 0.85 0.1 0.5 0.4 0.75 0.1 0.2 0.05 余量
其中Mg2Si含量在1.1～1.3％范围内，且过剩Si含量应≤0.4％，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，铝合金铸锭长度为550mm；
B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行高温长时均质化处理，均匀化处理的温度为570℃，保温时间为10h，使Mg2Si相充分的融入到固溶体内；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于2000T卧式挤压机中进行挤压，其中挤压模具采取增加模具薄壁位置供铝量，将模具薄壁位置工作带厚度由2.9mm降低到2.3mm，并增加该位置焊合室面积的设计方式，挤压前，挤压模具的加热温度为480～500℃，挤压铸锭的加热温度为520～540℃，铝合金型材出口温度高于530℃，挤压过程中的挤压速度为2.2m/min；
D、将步骤C挤压后的铝合金型材在挤压模具出口处进行在线水雾淬火处理，淬火装置距离挤压模具模孔距离为1.3m，铝合金型材出淬火区温度应≤100℃；
E、将步骤D淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量为0.5～1.5％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放2h后定尺锯切；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金型材进行人工时效，时效制度为120℃×4h+175℃x8h，得到截面如图1所示的铝合金薄壁型材。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn 杂质 Al
含量 0.9 0.2 0.6 0.45 0.75 0.1 0.2 0.05 余量
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，步骤A中铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn 杂质 Al
含量 0.50 0.08 0.05 0.05 0.50 0.05 0.05 0.05 余量
对比例2
对比例2与对比例1的区别在于，步骤B铝合金铸锭，均匀化处理的温度为450℃，保温时间为20h。
对比例3
对比例3与对比例1的区别在于，步骤C中挤压模具采用单孔挤压模具，挤压前，挤压模具的加热温度为480～500℃，挤压铸锭的加热温度为510～530℃，挤压筒的筒身温度为420～440℃，挤压筒的挤压比为48.8，挤压过程中的挤压速度为4.5～6m/min。
根据《GB-T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法》对实施例1～2和对比例1～3制得的铝合金薄壁管材进行拉伸试验，进行屈服强度、抗拉强度和延伸率的测试，测试结果见表一。
表一：
实施例1 实施例2 对比例1 对比例2 对比例3
屈服强度(Mpa) 360 368 240 233 255
抗拉强度(Mpa) 393 399 266 259 271
延伸率(％) 8 8.5 12 11 11
通过表一可以看到，本发明设计的高成分6系硬质合金，调整铸棒均质制度，优化模具设计，严格控制挤压工艺参数后，在保证型材尺寸精度的前提下大大提高了型材的力学性能，型材屈服强度可到达360Mpa，满足了汽车薄壁型材超高性能的要求，提升了新能源汽车整体的质量品质。
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)

1.一种高强度薄壁型材生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.85～0.90％、Fe：0.10～0.20％、Cu：0.50～0.60％、Mn：0.40～0.50％、Mg：0.75～0.80％、Cr：0.10～0.15％、Zn≤0.20％，其余单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，其中Mg2Si含量在1.1～1.3％范围内，且过剩Si含量应≤0.4％，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，铝合金铸锭长度为550±50mm；
B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行高温长时均质化处理，均匀化处理的温度为570±10℃，保温时间为8～12h，使Mg2Si相充分的融入到固溶体内；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，其中挤压模具采取增加模具薄壁位置供铝量，将模具薄壁位置工作带厚度由2.9mm降低到2.3mm，并增加该位置焊合室面积的设计方式，挤压前，挤压模具的加热温度为480～500℃，挤压铸锭的加热温度为520～540℃，铝合金型材出口温度高于530℃，挤压过程中的挤压速度为2.0～2.5m/min；
D、将步骤C挤压后的铝合金型材在挤压模具出口处进行在线水雾淬火处理，淬火装置距离挤压模具模孔距离为1.3m，铝合金型材出淬火区温度应≤100℃；
E、将步骤D淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量为0.5～1.5％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放2h后定尺锯切；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金型材进行人工时效，时效制度为120±5℃×(3-5)h+175±5℃x8h，得到铝合金薄壁型材。
2.如权利要求1所述的高强度薄壁型材生产工艺，其特征在于，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。
3.如权利要求1所述的高强度薄壁型材生产工艺，其特征在于，步骤A熔炼炉的温度控制在700～750℃，并且使用精炼剂进行精炼。
4.如权利要求1所述的高强度薄壁型材生产工艺，其特征在于，步骤C中挤压机为2000T卧式挤压机，挤压筒直径为210mm。
5.如权利要求1所述的高强度薄壁型材生产工艺，其特征在于，步骤D中铝合金型材淬火后的温度为20～30℃。
6.如权利要求1所述的高强度薄壁型材生产工艺，其特征在于，步骤D中铝合金型材的淬火冷却速度为50～80℃/min。
7.如权利要求1所述的高强度薄壁型材生产工艺，其特征在于，步骤E中铝合金型材的拉伸量控制在1％以内。
8.如权利要求1～7任一所述的高强度薄壁型材生产工艺，其特征在于，步骤F铝合金薄壁型材外接圆直径为100～110mm，壁厚为2.2～3.2mm。
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