CN112725666A

CN112725666A - 一种具有冷镦不开裂效果的铝合金

Info

Publication number: CN112725666A
Application number: CN202011327968.7A
Authority: CN
Inventors: 邱建平; 陈凯; 李博; 饶道飞
Original assignee: Ningbo Keno Precision Industry Technology Co ltd
Current assignee: Ningbo Keno Precision Industry Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2021-04-30

Abstract

一种具有冷镦不开裂效果的铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.43%~0.46%，Mg：0.82%~0.86%，Sn：0.02%~0.04%，其余为Al；所述铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为510℃~525℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为535℃~560℃。本申请中，通过对铝合金组分的研究和调整，使铝合金棒材中的Si、Mg含量满足6061铝合金国标的基础上尽量走下限，同时增加稀有元素Sn的含量，使铝合金产品在T3状态下硬度缓慢上升，在这段时间内对铝合金棒材进行冷镦成型，可以使产品基本不开裂；本申请中的铝合金棒材经过人工时效后机械性能好，其抗拉强度≥260MPa、屈服强度≥240MPa、延伸率≥8%，所制备的汽车气门嘴产品质量高，使用寿命长。

Description

一种具有冷镦不开裂效果的铝合金

技术领域

本发明属于铝合金领域，具体涉及一种具有冷镦不开裂效果的铝合金。

背景技术

铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，也是地壳中含量最丰富的金属元素，主要以铝硅酸盐矿石存在。在金属品种中，铝制金属仅次于钢铁，为第二大类金属。

铝合金是目前广泛使用的金属合金材料，由其制成的铝合金型材品种规格繁多，用途广泛，在轧制生产中占有非常重要的地位。同时，铝合金也是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中都有大量应用，目前铝合金是应用最多的合金材料。

汽车气门嘴用于安装在轮胎上，是一种独立的阀体装置，打开时让气体进入轮胎中，然后自动关闭并密封，从而使轮胎中的气体产生气压，以防止气体逸出轮胎或内胎。

6061铝合金是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。铝合金用于生产汽车气门嘴时，一般采用冷镦成型，但申请人发现，生产过程中，对传统的6061铝合金棒材进行冷镦时，非常容易出现开裂的现象，报废率50%左右，且这种瑕疵产品有流入到下工序的风险，实际使用过程中，容易造成汽车气门嘴漏气，对产品及汽车品质有非常大的影响。

因此，针对以上还存在的一些问题，针对铝合金冷镦生产气门嘴过程中遇到的问题，申请人对铝合金组分进行了进一步的研究，提出了一种具有冷镦不开裂效果的铝合金。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明提供了一种具有冷镦不开裂效果的铝合金，通过对组分的研究和改进，大大提高了铝合金的机械性能，改进后的铝合金棒材在冷镦时不开裂，显著降低了产品报废率，提高了产品质量。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决。

一种具有冷镦不开裂效果的铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.43%~0.46%，Mg：0.82%~0.86%，Sn：0.02%~0.04%，其余为Al；所述铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为510℃~525℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为535℃~560℃。

一种优选的实施方式中，包括以下组分及重量占比：Si：0.43%，Mg：0.82%，Sn：0.04%，其余为Al；所述铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为515℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为550℃。

一种优选的实施方式中，所述铝合金棒材加工时的出料口的挤压速度为8±0.2mm/S。

一种优选的实施方式中，所述铝合金棒材经过人工时效后：机械性能抗拉强度≥260MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥8%。

一种优选的实施方式中，所述铝合金棒材专用于冷镦工序生产汽车气门嘴。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本申请中通过对铝合金组分的研究和调整，使铝合金棒材中的Si、Mg含量满足6061铝合金国标的基础上尽量走下限，同时增加稀有元素Sn的含量，使铝合金产品在T3状态下硬度缓慢上升，在这段时间内对铝合金棒材进行冷镦成型，可以使产品基本不开裂；本申请中的铝合金棒材经过人工时效后机械性能好，其抗拉强度≥260MPa、屈服强度≥240MPa、延伸率≥8%，所制备的汽车气门嘴产品质量高，使用寿命长。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

以下实施方式中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的原件或具有相同或类似功能的原件，以下描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本申请中的一种具有冷镦不开裂效果的铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.43%~0.46%，Mg：0.82%~0.86%，Sn：0.02%~0.04%，其余为Al；所述铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为510℃~525℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为535℃~560℃。

进一步的，所述铝合金棒材加工时的出料口的挤压速度为8±0.2mm/S；所述铝合金棒材经过人工时效后：机械性能抗拉强度≥260MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥8%。本申请中，所述铝合金棒材专用于冷镦工序生产汽车气门嘴。

以下为本申请中的具体实施例及对比例。

实施例一：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.43%，Mg：0.82%，Sn：0.04%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为515℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为550℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

该铝合金棒材用于冷镦生产汽车气门嘴，具体的，该铝合金棒材在T3状态下进行冷镦成型，得到初产品数百个，检测备用。

实施例二：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.46%，Mg：0.86%，Sn：0.02%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为525℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为560℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

实施例三：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.45%，Mg：0.84%，Sn：0.03%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为510℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为535℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

对比例一：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.43%，Mg：0.82%，Sn：≤0.01%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为480℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为515℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

对比例二：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.46%，Mg：0.86%，Sn：≤0.01%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为500℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为535℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

对比例三：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.43%，Mg：0.82%，Sn：≤0.01%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为510℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为525℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

对比例四：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.46%，Mg：0.86%，Sn：≤0.01%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为525℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为560℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

对比例五：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.53%，Mg：0.82%，Sn：≤0.01%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为480℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为515℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

对比例六：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.57%，Mg：0.86%，Sn：≤0.01%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为500℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为535℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

对比例七：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.53%，Mg：0.82%，Sn：0.02%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为510℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为535℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

对比例八：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.57%，Mg：0.86%，Sn：0.04%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为525℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为560℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

对比例九：铝合金，包括以下组分及重量占比：Si：0.44%，Mg：1.0%，Sn：0.03%，其余为Al。该铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为515℃；该铝合金棒材加工时的出料口温度为550℃，挤压速度为8±0.2mm/S。

对以上实施例和对比例中初产品进行检测，结果如下。

实施例一、实施例二、实施例三中的铝合金棒材，人工饱和时效后的机械性能：抗拉强度≥260MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥8%，以此标准判定为机械性能合格，若有一项不达标，视为不合格。

实施例一、实施例二、实施例三中，冷镦工序制备汽车气门嘴时，无开裂现象，良品率高，产品质量好。

对比例一和对比例二中的铝合金棒材，人工饱和时效后的机械性能检测不合格。冷镦工序制备汽车气门嘴时，有3%左右数量的产品出现开裂现象，影响产品质量。

对比例三和对比例四中的铝合金棒材，人工饱和时效后的机械性能检测合格。但冷镦工序制备汽车气门嘴时，有35%左右数量的产品出现开裂现象，影响产品质量。

对比例五和对比例六中的铝合金棒材，人工饱和时效后的机械性能检测不合格。且冷镦工序制备汽车气门嘴时，有40%左右数量的产品出现开裂现象，影响产品质量。

对比例七和对比例八中的铝合金棒材，人工饱和时效后的机械性能检测合格。但冷镦工序制备汽车气门嘴时，有26%左右数量的产品出现开裂现象，影响产品质量。

对比例九中的铝合金棒材，人工饱和时效后的机械性能检测合格。但冷镦工序制备汽车气门嘴时，有18%左右数量的产品出现开裂现象，影响产品质量。

从以上实施例一至实施例三中可以看出，其中的铝合金棒材中，Si：0.43%~0.46%，Mg：0.82%~0.86%，两者的含量比常规铝合金中的含量低，提高了金属Sn的含量，且采用优化后的棒材温度和出料口温度，经测试，该组分含量配比的铝合金机械性能好，且冷镦工序时不会出现开裂现象。

从对比例一和对比例二中可以看出，若将金属Sn含量降低，且降低了棒温和出料口温度，铝合金棒材的机械性能不合格，且冷镦工序时会出现少量的开裂现象。

从对比例三和对比例四中可以看出，若将金属Sn含量降低，保持棒温和出料口温度不变，铝合金棒材的机械性能合格，但冷镦工序时会出现大量的开裂现象。

申请人发现，在Al-Mg-Si合金中添加微量（0.02%~0.04%）的金属元素Sn之后，可以使铝合金的自然时效硬化明显延迟，且自然时效后的人工时效硬度效果增强。通过3DAP观测添加Sn的铝合金自然时效2周后的微观组织发现，铝合金中基本没有形成Mg-Si原子团簇，说明Sn的少量添加有效抑制了自然时效过程中原子团簇的形成，延迟了合金自然时效的硬化作用，同时，该机理使得合金在高温人工时效下仍表现出较好的性能，有利于冷镦工序时减少开裂现象。

以上可以看出，铝合金加工时的温度，对其机械性能影响很大，但若只是加工温度上的改进，还是难以避免冷镦开裂现象的发生，除非将金属Sn含量增加一倍以上，可见，需要组分优化与加工温度优化共同配合，才能在保证机械性能的前提下，消除冷镦开裂现象的发生。

从对比例五和对比例六中可以看出，提高了Si含量20%以上，降低了棒温和出料口温度，此时产品质量出现了严重下降，不光机械性能不合格，而且冷镦工序中不合格数量为40%左右，产品质量差，可见Si含量提高不利于产品质量。

从对比例七和对比例八中可以看出，提高了Si含量20%以上，保持棒温和出料口温度不变，此时铝合金棒材的机械性能合格，但冷镦工序中不合格数量为26%左右，产品质量差，可见Si含量提高不利于产品质量。

从对比例九中可以看出，提高了Mg含量20%左右，保持棒温和出料口温度不变，此时铝合金棒材的机械性能合格，但冷镦工序中不合格数量为26%左右，产品质量差，可见Mg含量提高不利于产品质量。

以上可以看出，铝合金产品的机械性能、冷镦工序开裂状况与Si、Mg、Sn含量、加工工艺均有关联，本申请中，通过对铝合金组分的研究和调整，使铝合金棒材中的Si、Mg含量满足6061铝合金国标的基础上尽量走下限，同时增加稀有元素Sn的含量，使铝合金产品在T3状态下硬度缓慢上升，在这段时间内对铝合金棒材进行冷镦成型，可以使产品基本不开裂；本申请中的铝合金棒材经过人工时效后机械性能好，其抗拉强度≥260MPa、屈服强度≥240MPa、延伸率≥8%，所制备的汽车气门嘴产品质量高，使用寿命长。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有冷镦不开裂效果的铝合金，其特征在于，包括以下组分及重量占比：

Si：0.43%~0.46%，Mg：0.82%~0.86%，Sn：0.02%~0.04%，其余为Al；

所述铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为510℃~525℃；

该铝合金棒材加工时的出料口温度为535℃~560℃。

2.根据权利要求1所述的一种具有冷镦不开裂效果的铝合金，其特征在于，包括以下组分及重量占比：

Si：0.43%，Mg：0.82%，Sn：0.04%，其余为Al；

所述铝合金为铝合金棒材，该铝合金棒材的温度为515℃；

该铝合金棒材加工时的出料口温度为550℃。

3.根据权利要求1所述的一种具有冷镦不开裂效果的铝合金，其特征在于，所述铝合金棒材加工时的出料口的挤压速度为8±0.2mm/S。

4.根据权利要求1所述的一种具有冷镦不开裂效果的铝合金，其特征在于，所述铝合金棒材经过人工时效后：机械性能抗拉强度≥260MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥8%。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种具有冷镦不开裂效果的铝合金，其特征在于，所述铝合金棒材专用于冷镦工序生产汽车气门嘴。