CN113265569B - 一种6系列高强度细晶粒锻造汽车控制臂用铝合金棒材的制备方法 - Google Patents

一种6系列高强度细晶粒锻造汽车控制臂用铝合金棒材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种6系列高强度细晶粒锻造汽车控制臂用铝合金棒材的合金，其配比如下：Si 0.7‑1.1％，Fe＜0.3％，Cu 0.3‑0.8％，Mn 0.4‑0.8％，Mg 0.7‑1.1％，Cr 0.05‑0.25％，Zn＜0.2％，Zr 0.05‑0.15％，余量AL。本合金主要强化相是Mg2Si，同时加入的Cu对铝合金也有明显的强化作用，通过严格控制Si、Mg元素以及Cu元素在合金中起到强化作用提高合金的机械强度；加入Cr、Zr元素遏制材料在热处理过程中晶粒涨大趋势，减少材料粗晶环产生，使棒材强度进一步提高。挤压过程采用特殊结构模具，减少挤压过程粗晶环产生。最终材料的机械性能可达抗拉强度≥410Mpa,规定非比例延伸强度≥380Mpa，延伸率A≥10％。

Description

一种6系列高强度细晶粒锻造汽车控制臂用铝合金棒材的制 备方法
技术领域
本发明涉及一种6系列高强度细晶粒锻造汽车控制臂用铝合金棒材的制备方法。
背景技术
随着汽车轻量化设计，铝合金在汽车上的使用量随之增加，汽车控制臂是汽车悬挂系统中的重要组成，因为控制臂是安全件，目前市场上许多中高档车型其转向控制臂采用铝合金锻件，其要求材料具有机械性能高，抗疲劳能力好的特点。
机械性能目前通常采用往铝合金中加入增加强度的合金来实现，比如Si,Mg元素等，但材料抗疲劳性能好的话需要材料具有好的晶粒组织，不能够有粗晶或较大粗晶环出现，这是目前的技术瓶颈。目前国内生产的此种材料的挤压棒材，其抗拉强度在310～350Mpa之间，规定非比例延伸强度在260～320Mpa之间，延伸率A在8～12％之间，且材料在锻造前和经过锻造后做T6处理会出现比较大面积的粗晶现象，无法满足高端汽车铝合金转向控制臂材料机械性能高，抗疲劳能力好的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中汽车控制臂用铝合金棒材的抗疲劳性差的缺陷，提供一种6系列高强度细晶粒锻造汽车控制臂用铝合金棒材的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明6系列高强度细晶粒锻造汽车控制臂用铝合金棒材的合金配比如下：
Si 0.7-1.1％，Fe＜0.3％，Cu 0.3-0.8％，Mn 0.4-0.8％，Mg 0.7-1.1％，Cr0.05-0.25％，Zn＜0.2％，Zr 0.05-0.15％，余量AL。
其制备工艺包括如下步骤：
步骤：熔化、扒渣、配合金、精炼、静置、铸造、均质化和挤压；
其中铸造时熔体温度为720～760℃时浇铸成铸锭备用。浇铸过程中控制铝液到达模盘时温度为690-730℃，在浇铸同时加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为2m/min-3m/min。在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上。最后采用60PPi以上陶瓷过滤板过滤进一步净化熔体。最后得到铸锭。
均质化：采用双级均质处理工艺对铸锭均质化处理，具体步骤是：先将铝合金铸棒的温度加温至升温至500℃±10℃，保温10小时，保温结束后的铝合金铸棒迅速转移至冷却室内进行冷却处理，其转移时间不大于10min；使用水雾喷淋冷却的方式，40min内将铝合金铸棒冷却至260℃以下，铝合金铸棒温度低于260℃以后，再使用大水直接冲冷冷却法提高冷却速率，直至将铝合金铸棒的温度降至与室温一致；铝合金铸棒温度达到室温后，再移出冷却室，铝合金铸棒即处理完毕，得到均质后铸锭。
挤压：采用带圆弧工作带的挤压模具，将挤压模具加热，加热温度470℃～490℃，铸锭加热至480℃～520℃进入挤压筒挤压(挤压筒预热温度390℃～440℃)。按照4～8m/min的挤出速度挤压，得到最终成品棒材。
由原先的直角端面进料更改成弧形过度圆角进料，并且在模具定径带进料端带有5°±2°的斜角，减少进料的摩擦。其优点是使铝合金在挤压过程中减少与模具端面的强烈摩擦，让其流动速度更均匀，减少了挤压形变过程中的晶格畸变。通过改变模具进料结构，挤压出来的产品能基本可以消除粗晶环。优选的，模具的进料口成带有R角的圆弧形，R角根据产品大小不一样，R尺寸在5～20mm。
本合金主要强化相是Mg2Si，同时加入的Cu对铝合金也有明显的强化作用，通过严格控制Si、Mg元素以及Cu元素在合金中起到强化作用提高合金的机械强度；加入Cr、Zr元素遏制材料在热处理过程中晶粒涨大趋势，减少材料粗晶环产生，使棒材强度进一步提高。挤压过程采用特殊结构模具，减少挤压过程粗晶环产生。使生产的挤压棒材无粗晶环，且经过锻造和T6热处理后，锻件中心晶粒度达一级晶粒(按照GB/T 3246.2标准检验，晶粒平均面积≤0.026mm2)，锻件外圈粗晶环小于1.5mm，材料的机械性能可达抗拉强度≥410Mpa,规定非比例延伸强度≥380Mpa，延伸率A≥10％。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是铝合金棒材热挤压模具进料口的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种6系列高强度细晶粒锻造汽车控制臂用铝合金棒材的合金配比如下：
Si 0.8％，Fe＜0.3％，Cu 0.5％，Mn 0.6％，Mg 0.9％，Cr 0.16％，Zn＜0.2％，Zr0.1.12％，余量AL。
其制备工艺包括如下步骤：
步骤：
S1、熔化：将铝锭投入炉内加温至720～760℃熔化；
S2、扒渣：温度在735±25℃时用将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌20-25分钟(打渣剂的加入量按每吨0.3KG的量加入)，用耙子将铝液表面浮渣扒除；
S3、配合金：熔体温度740～760℃时加入铜、硅、锰、镁、铬、锆，以上合金加入顺序不分先后；Si、Mg含量按此配比，以及加入适量的Cu元素可提高材料的机械性能，加入适量的Cr和Zr是为了细化棒材的晶粒，以及遏制棒材锻造后晶粒涨大。加入合金后搅拌20～25分钟使熔体内各成份均匀混合。
S4、精炼：熔体温度720-740℃时采用氩气喷粉精炼，要求使用高纯氩气，氩气含量99.7％以上。精炼时间为45分钟，喷粉精炼剂用量为1.5～2公斤/吨铝。精炼完后将液面浮渣扒除。
S5、静置：精炼后熔体静置25分钟。
S6、铸造：熔体温度为720～760℃时浇铸成铸锭备用。浇铸过程中控制铝液到达模盘时温度为690-730℃，在浇铸同时加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为2m/min-3m/min。在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上。最后采用60PPi以上陶瓷过滤板过滤进一步净化熔体。最后得到铸锭。
S7、均质化：采用双级均质处理工艺对铸锭均质化处理，具体步骤是：先将铝合金铸棒的温度加温至升温至500℃±10℃，保温10小时，保温结束后的铝合金铸棒迅速转移至冷却室内进行冷却处理，其转移时间不大于10min；使用水雾喷淋冷却的方式，40min内将铝合金铸棒冷却至260℃以下，铝合金铸棒温度低于260℃以后，再使用大水直接冲冷冷却法提高冷却速率，直至将铝合金铸棒的温度降至与室温一致；铝合金铸棒温度达到室温后，再移出冷却室，铝合金铸棒即处理完毕，得到均质后铸锭。
S8、挤压：采用带圆弧工作带的挤压模具，将挤压模具加热，加热温度470℃～490℃，铸锭加热至480℃～520℃进入挤压筒挤压(挤压筒预热温度390℃～440℃)。按照4～8m/min的挤出速度挤压，得到最终成品棒材。
如图1所示，为了减少了粗晶环的产生，由原先的直角端面进料更改成弧形过度圆角进料，并且在模具定径带进料端带有5°±2°的进料斜角，减少进料的摩擦。其优点是使铝合金在挤压过程中减少与模具端面的强烈摩擦，让其流动速度更均匀，减少了挤压形变过程中的晶格畸变。通过改变模具进料结构，挤压出来的产品能可以消除粗晶环。模具的进料口成带有R角的圆弧形，R角根据产品大小不一样，R尺寸在5～20mm。图1中1为定径带，2为进料斜角，3为圆弧圆结构。
本实施例的棒材挤压状态无粗晶环，经过锻造和T6热处理后，锻件中心晶粒度达一级晶粒(按照GB/T 3246.2标准检验，晶粒平均面积≤0.026mm2)，锻件外圈粗晶环小于1.5mm，材料的机械性能可达抗拉强度≥410Mpa,规定非比例延伸强度≥380Mpa，延伸率A≥10％。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种6系列高强度细晶粒锻造汽车控制臂用铝合金棒材的合金，其特征在于，其配比如下：
Si 0.8％，Fe＜0.3％，Cu 0.5％，Mn 0.6％，Mg 0.9％，Cr 0.16％，Zn＜0.2％，Zr0.112％，余量AL；
其制备工艺包括如下步骤：
步骤：
S1、熔化：将铝锭投入炉内加温至720～760℃熔化；
S2、扒渣：温度在735±25℃时用将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌20-25分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；
S3、配合金：熔体温度740～760℃时加入铜、硅、锰、镁、铬、锆，加入合金后搅拌20～25分钟使熔体内各成份均匀混合；
S4、精炼：熔体温度720-740℃时采用氩气喷粉精炼，要求使用高纯氩气，氩气含量99.7％以上，精炼时间为45分钟，喷粉精炼剂用量为1.5～2公斤/吨铝，精炼完后将液面浮渣扒除；
S5、静置：精炼后熔体静置25分钟；
S6、铸造：熔体温度为720～760℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中控制铝液到达模盘时温度为690-730℃，在浇铸同时加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为2m/min-3m/min；在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上；最后采用60PPi以上陶瓷过滤板过滤进一步净化熔体，最后得到铸锭；
S7、均质化：采用双级均质处理工艺对铸锭均质化处理，具体步骤是：先将铝合金铸棒的温度加温至升温至500℃±10℃，保温10小时，保温结束后的铝合金铸棒迅速转移至冷却室内进行冷却处理，其转移时间不大于10min；使用水雾喷淋冷却的方式，40min内将铝合金铸棒冷却至260℃以下，铝合金铸棒温度低于260℃以后，再使用大水直接冲冷冷却法提高冷却速率，直至将铝合金铸棒的温度降至与室温一致；铝合金铸棒温度达到室温后，再移出冷却室，铝合金铸棒即处理完毕，得到均质后铸锭；
S8、挤压：采用带圆弧工作带的挤压模具，将挤压模具加热，加热温度470℃～490℃，铸锭加热至480℃～520℃进入挤压筒挤压，挤压筒预热温度390℃～440℃；按照4～8m/min的挤出速度挤压，得到最终成品棒材；模具定径带进料端带有5°±2°的进料斜角，模具的进料口成带有R角的圆弧形，R尺寸在5～20mm。
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