CN112359254A - 一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，属于铝合金材料技术领域，包括以下步骤：铝锭制备、均质处理、挤压和时效处理；均质处理：温度为530±5℃，保温3～5h；均质处理后的冷却过程为水雾喷射，且降温速率≥350℃/h。本发明通过对铝锭进行温度为530±5℃、保温3～5h的均质处理，然后采用水冷淬火，降低了铸锭内部的氢含量，提高了铸锭的质量，进而提高了防撞横梁的防撞性能。

Description

一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺
技术领域
本发明属于铝合金材料技术领域，涉及一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺。
背景技术
防撞横梁是用来减轻车辆碰撞过程中所受到冲击的一种防护构件。在目前绿色、环保的大环境下，绝大多数汽车防撞横梁采用铝合金材料。这就对铝合金材料的强度和塑性提出了更高的要求。现有铝合金防撞横梁多采用6082铝合金，对于普通车型其性能达到RP0.2250～270MPa、Rm280～300MPa以及A≥6％，对于一些特殊车型其性能达到RP0.2280～310MPa、Rm300～330MPa以及A≥10％。但随着对汽车安全性能要求的逐渐提高，该性能难以满足人们对防撞横梁的性能需求，许多汽车生产商对铝合金防撞横梁的性能提出了更高要求。因此，有必要开发一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，以满足对铝合金防撞横梁的性能需求。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，以提高防撞横梁的防撞性能。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，包括以下步骤：铝锭制备、均质处理、挤压和时效处理；均质处理：温度为530±5℃，保温3～5h；均质处理后的冷却过程为水雾喷射，且降温速率≥350℃/h。
可选地，时效处理的温度为175±3℃，保温8±0.5h。
可选地，挤压后的型材经淬火后在室温下停放≥24h之后，进行时效处理。
可选地，铝锭的配料按照以下合金元素质量百分比进行配料：Si含量≤0.05％、Fe含量≤0.08％、Cu含量1.6～2.0％、Mn含量≤0.1％、Mg含量1.6～2.0％、Cr含量≤0.05％、Zn含量7.6～8.2％、Ti含量0.01～0.03％、Zr含量0.1～0.12％、其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计含量≤0.15％，余量为Al。
可选地，铝锭中Si/Mg质量比值为1.4。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过改变6系铝合金的材料配比，使Si/Mg质量比值为1.4，不仅获得了最大强度，同时提高了Mn、Cr元素的百分比含量，提高了材料的再结晶温度，优化了内部组织状态，抑制了型材皮质层的产生，获得了较好的弯曲性能。
2.本发明通过对铝锭进行温度为530±5℃、保温3～5h的均质处理，然后采用水冷淬火，降低了铸锭内部的氢含量，提高了铸锭的质量，进而提高了防撞横梁的防撞性能。
3.本发明通过优化挤压工艺参数，尤其是采用水冷淬火，保证了挤压型材各壁之间冷却速率均匀，冷却强度合适，不仅提高了材料的防撞性能，还减小了型材的热处理变形。
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为挤压型材断面图；
图2为型材内侧高倍组织图；
图3为型材外侧高倍组织图；
图4为三点弯曲准静态试验方法示意图；
图5为1#试验型材的弯曲试验效果图；
图6为2#试验型材的弯曲试验效果图；
图7为3#试验型材的弯曲试验效果图。
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。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图7，一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，包括以下步骤：铝锭制备、均质处理、挤压和时效处理；均质处理：温度为530±5℃，保温3～5h；均质处理后的冷却过程为水雾喷射，且降温速率≥350℃/h；时效处理的温度为175±3℃，保温8±0.5h。
优选地，挤压为热挤压，挤压后的型材经淬火后在室温下停放≥24h之后，进行时效处理。
优选地，铝锭的配料按照以下合金元素质量百分比进行配料：Si含量≤0.05％、Fe含量≤0.08％、Cu含量1.6～2.0％、Mn含量≤0.1％、Mg含量1.6～2.0％、Cr含量≤0.05％、Zn含量7.6～8.2％、Ti含量0.01～0.03％、Zr含量0.1～0.12％、其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计含量≤0.15％，余量为Al。
优选地，铝锭中Si/Mg质量比值为1.4。
在6系铝合金中，常见的析出序列如下：SSSS→GP-zones→β"→β'→β，其中β"(Mg5Si6)为主要的硬化相。
Al-Mg-Si合金从纳米尺寸颗粒的沉淀获得强度。由于硬化颗粒Si/Mg的质量比约为1.4。为优化合金强度，Mg和Si在硬化析出时应选用最佳含量。换言之，应尽量确保沉淀硬化后Mg或Si含量最少。过剩的Mg或Si是指不形成析出物的Mg或Si，对强度的作用不大，但对挤压生产率有明显的负面影响。故为达到最大强度，此合金的Si/Mg质量比值优选为1.4。并且通过采用优选的Mn、Cr元素的百分比含量来提高合金的再结晶温度，减小挤压型材表面皮质层厚度，提高的材料弯曲性能。
本发明材料的成分配比符合6082国标成分，有助于批量生产以及同合金其它产品的推广应用。材料限定Si/Mg的质量百分比，以求合金强度最大化。其次，通过调整合金内Mn、Cr元素的添加比例，以求改善材料的内部组织状态。配合相应的熔铸工艺从而获得优质的6082铸锭。再通过特殊的挤压工艺，使生产出的铝合金防撞横梁的性能达到：力学性能RP0.2≥330Mpa，Rm≥350Mpa，A≥12％，并且实现同批次多支产品三点弯曲不断裂的要求。
实施例
一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，包括以下步骤：
S1配料：采用了一种新的元素质量百分比的6082铝合金，其元素质量百分比范围为：Si：1.0％～1.2％、Fe：0.11％～0.13％、Cu：≤0.10％、Mn：0.5％～0.7％、Mg：0.7％～0.8％、Cr：0.11％～0.13％、Zn：≤0.20％、Ti：0.03％～0.05％，其余为纯Al。
S2铸造工艺设计：采用表1中的铸造工艺将所设计的合金成分铸成Φ198mm的6082铝合金铸棒，并在530±5℃×(3～5)h的条件下对铸锭进行均质处理，冷却过程采用水雾喷射，降温速率要求≥350℃/h。
表1铸造工艺
Figure BDA0002795585060000041
S3挤压及热处理工艺设计
挤压型材断面如图1所示，图为典型的车用防撞横梁断面，采用2000T液压双动挤压机进行挤压试验，挤压工艺如表2所示。挤压后的型材在室温下停放24h，然后在175±3℃×8h条件下进行人工时效，即完成T6状态热处理。
表2挤压工艺
Figure BDA0002795585060000042
S4检测
(1)力学性能：
在T6热处理后的型材任意位置选取3个力学试样，编号为分别为1#、2#和3#，力学性能检测结果如表3所示。
表3力学性能
编号 屈服强度(Mpa) 抗拉强度(Mpa) 伸长率(％)
1# 340 360 17.0
2# 337 358 17.1
3# 338 357 17.1
分析：由表3可得，屈服强度、抗拉强度和伸长率远高于现有铝合金防撞横梁的强度，其中屈服强度最高达到了340Mpa，抗拉强度最高达到了360Mpa，伸长率达到了17％。
(2)高倍组织：
图2为挤压型材同一壁厚位置内外表面的高倍组织
分析：型材壁厚外侧几乎无皮质层出现，内部为均匀且致密的纤维状组织，说明Mn、Cr元素的加入很好地控制了再结晶的发生，保留了大量的变形织构。此组织状态有利于后期的弯曲变形，有效抑制橘皮的产生以及出现断裂缺陷。
(3)三点弯曲试验：
试验方法：准静态三点弯曲试验方法如图4所示。
试验按照图4中所标示的方法进行，即先将T6状态下的型材试样平放于垫块上，两垫块之间的跨度为500mm，然后用直径为300mm的压头按50mm/min的速度在图示(垂直于横梁梁面的中间位置)的位置施压，压头位移距离不小于150mm。
分别选取3根挤压型材，进行连续三点弯曲试验，本次试验下压的距离为180mm。试验结果如图5～图7所示。
分析：如图5～图7所示，型材试样在T6状态下进行三点弯曲试验的效果图，其效果较好且表面光滑无橘皮现象，试验结果达到标准要求。
结论：采用该实施例的设计成分，及后续的铸造工艺、挤压及热处理工艺所生产的防撞横梁挤压型材力学性能和三点弯曲性能完全达到甚至超过预期要求。
本发明通过调整6082铝合金配比，使最终的防撞横梁挤压型材屈服强度最高达到了340Mpa，抗拉强度最高达到了360Mpa，伸长率达到了17％；通过优化铸造工艺参数，以及对铸造参数的严格控制，降低了铸锭内部的氢含量，从而获得获得了优质的6082铝合金铸锭，为后续防撞横梁挤压型材的挤压试验打下坚实的基础；通过优化挤压工艺，尤其是采用水冷淬火，使得挤压型材各壁之间冷却速率均匀，在保证更高强度的同时，也改善了产品内部组织状态，使其更均匀且致密。在模拟横梁高速碰撞的准静态弯曲试验中得到很好证实。在试验下压距离为180mm时依然没有断裂，远远超出了最低150mm的标准要求。
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 (5)

1.一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：铝锭制备、均质处理、挤压和时效处理；均质处理：温度为530±5℃，保温3～5h；均质处理后的冷却过程为水雾喷射，且降温速率≥350℃/h。
2.根据权利要求1所述的一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，其特征在于：时效处理的温度为175±3℃，保温8±0.5h。
3.根据权利要求1所述的一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，其特征在于：挤压后的型材经淬火后在室温下停放≥24h之后，进行时效处理。
4.根据权利要求1所述的一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，其特征在于，铝锭的配料按照以下合金元素质量百分比进行配料：Si含量≤0.05％、Fe含量≤0.08％、Cu含量1.6～2.0％、Mn含量≤0.1％、Mg含量1.6～2.0％、Cr含量≤0.05％、Zn含量7.6～8.2％、Ti含量0.01～0.03％、Zr含量0.1～0.12％、其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计含量≤0.15％，余量为Al。
5.根据权利要求1所述的一种具有高强度高塑性的铝合金防撞横梁生产工艺，其特征在于：铝锭中Si/Mg质量比值为1.4。
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