CN113528864A - 一种汽车用铝合金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车用铝合金材料的制备方法,包括:将含有特定成分的原料熔炼、铸造,将得到的铸锭进行均匀化、铣面、热轧、中间退火、冷轧、固溶和时效处理;固溶的过程包括:在455‑470℃下保温2.5‑5h,以1‑2℃/min的平均降温速度降至360‑415℃保温2‑5h,以13‑18℃/min的平均升温速度升至480‑495℃保温5‑10min,水淬;时效处理包括三级时效,一级和三级时效的温度为115‑130℃,时间为15‑20h,二级时效的温度为175‑185℃,时间为tmin,t=75‑100×k×CSn+Ag+Li,CSn+Ag+Li为铸锭中Sn、Ag、Li的质量分数之和,k=10‑50。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域,尤其涉及一种汽车用铝合金材料的制备方法。
背景技术
铝合金是以铝为基体元素,然后加入一种或多种合金元素组成的合金,其密度低、比强度高、耐蚀性好、易成型,并具有良好的导电导热等优良特性,目前在汽车领域中得到了较为广泛的应用,常被用于制备发动机的气缸盖、气缸体或变速器壳体等等。随着科学技术的发展,对铝合金的强度、韧性和耐腐蚀性的要求日益提高,目前已公开的铝合金材料种类较多,用于汽车领域中仍存在强度、韧性和耐腐蚀性不足的缺陷,限制了其应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种汽车用铝合金材料的制备方法,所述制备方法过程简单,得到的铝合金材料强度高、韧性好、耐腐蚀性能优异,用于汽车领域使用寿命长。
本发明提出的一种汽车用铝合金材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、选择原料进行熔炼、铸造得到铸锭;其中,所述铸锭的组成成分按质量百分比包括:Zn:8.9-9.4%、Mg:2.4-3.01%、Cu:2.05-2.42%、Zr:0.09-0.14%、Cr:0.1-0.135%、Yb:0.07-0.18%、Ag+Li+Sn:0.36-0.51%、Ti:0.1-0.15%、余量为Al;
S2、将S1中得到的铸锭进行均匀化处理;
S3、将经S2均匀化处理后的铸锭铣面后进行热轧、中间退火、冷轧得到坯料;
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述汽车用铝合金材料;其中,所述固溶处理的过程包括:将坯料在455-470℃下保温2.5-5h,然后以1-2℃/min的平均降温速度降温至360-415℃保温2-5h,再以13-18℃/min的平均升温速度升温至480-495℃保温5-10min,出炉后水淬;所述时效处理包括一级时效处理、二级时效处理和三级时效处理,一级时效处理和三级时效处理的温度为115-130℃,时间为15-20h,二级时效处理的温度为175-185℃,时间为tmin,其中,t=75-100×k×CSn+Ag+Li,CSn+Ag+Li为铸锭中Sn、Ag、Li的质量分数之和,k=10-50。
优选地,在S1中,所述熔炼的温度为730-750℃。
优选地,在S1中,所述铸锭的组成成分中,Zn、Mg的质量百分比满足以下关系式:Zn/Mg=3.3-3.7,Zn+Mg=11.7-12.2%。
优选地,在S1中,所述铸锭的组成成分中,Zr、Cr、Yb的质量百分比满足以下关系式:Zr+Cr+Yb=0.31-0.42%。
优选地,在S1中,所述铸锭的组成成分中,Ag、Li、Sn的质量百分比满足以下关系式:2.8×Ag=Sn=4×Li。
优选地,在S2中,所述均匀化处理的过程包括:以35-45℃/h的平均升温速度从室温升温至350-430℃保温7-11h,然后以12-23℃/h的平均升温速度升温至450-465℃保温2-5h,然后以15-20℃/h的平均升温速度升温至475-485℃保温4-7h,再以20-30℃/h的平均升温速度升温至490-495℃保温6-10h。
优选地,在S3中,所述热轧的终轧厚度为5mm,总变形量为70-75%。
优选地,在S3中,所述中间退火的温度为390-420℃,时间为1.5-2.5h。
优选地,在S3中,所述冷轧的终轧厚度为1.5-2mm。
本发明所述汽车用铝合金材料的制备方法中,其铸锭中以Zn、Mg、Cu为主合金元素同时配合加入了Zr、Cr、Yb、Ag、Li、Sn、Ti进行配合,使得到的铝合金材料强度高、韧性好、耐腐蚀性能优异;Zn、Mg加入铸锭中,其是形成强化相的主要元素,通过使两者的质量百分比满足关系式Zn/Mg=3.3-3.7以及Zn+Mg=11.7-12.2%,赋予材料优异的强度;铸锭中添加了Zr、Cr、Yb,并控制了Zr、Cr、Yb的质量百分比满足关系式Zr+Cr+Yb=0.31-0.42%,从而发挥三者的协同作用,形成了Al3Zr、Al3(Zr,Ti)等相,在合金中弥散分布,阻碍位错以及晶界的迁移,从而提高再结晶温度,有效阻止再结晶的形核和长大,使强度相应提高,抗应力腐蚀性能改善;Ag、Li、Sn按照Ag+Li+Sn:0.36-0.51%的质量含量加入体系中,同时使Ag、Li、Sn的质量百分比满足关系式2.8×Ag=Sn=4×Li,促进η′相沉淀弥散分布,并与空位形成基团,减缓Zn、Mg原子的扩散速度,阻碍η′相粗化,有利于η′相的细小弥散分布,同时形成了Mg2Sn相,改善了材料的力学性能,并减少合金的腐蚀深度,减小腐蚀电流密度,改善剥落腐蚀形貌,从而提高合金的耐腐蚀性能;同时控制了固溶和时效处理的过程,优化了其工艺参数,提高了固溶程度,消除了体系中粗大相对疲劳性能和断裂韧性的影响,且使弥散相均匀析出,改善了合金的显微组织,在保持韧性的同时提高了合金的抗拉强度和屈服强度,改善了材料的综合性能。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种汽车用铝合金材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、选择原料进行熔炼、铸造得到铸锭;其中,所述铸锭的组成成分按质量百分比包括:Zn:9.4%、Mg:2.4%、Cu:2.42%、Zr:0.09%、Cr:0.11%、Yb:0.07%、Ag+Li+Sn:0.4%、Ti:0.1%、余量为Al;
S2、将S1中得到的铸锭进行均匀化处理;
S3、将经S2均匀化处理后的铸锭铣面后进行热轧、中间退火、冷轧得到坯料;
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述汽车用铝合金材料;其中,所述固溶处理的过程包括:将坯料在455℃下保温5h,然后以1℃/min的平均降温速度降温至415℃保温2h,再以18℃/min的平均升温速度升温至480℃保温10min,出炉后水淬;所述时效处理包括一级时效处理、二级时效处理和三级时效处理,一级时效处理和三级时效处理的温度为115℃,时间为15h,二级时效处理的温度为180℃,时间为tmin,其中,t=75×k×CSn+Ag+Li,CSn+Ag+Li为铸锭中Sn、Ag、Li的质量分数之和,k=50,即t=75×50×0.4%=75×50×0.004=15。
实施例2
一种汽车用铝合金材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、选择原料进行熔炼、铸造得到铸锭;其中,所述铸锭的组成成分按质量百分比包括:Zn:8.9%、Mg:3.01%、Cu:2.05%、Zr:0.1%、Cr:0.135%、Yb:0.09%、Ag:0.11%、Li:0.09%、Sn:0.2%、Ti:0.15%、余量为Al;
S2、将S1中得到的铸锭进行均匀化处理;
S3、将经S2均匀化处理后的铸锭铣面后进行热轧、中间退火、冷轧得到坯料;
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述汽车用铝合金材料;其中,所述固溶处理的过程包括:将坯料在470℃下保温2.5h,然后以2℃/min的平均降温速度降温至360℃保温5h,再以13℃/min的平均升温速度升温至495℃保温5min,出炉后水淬;所述时效处理包括一级时效处理、二级时效处理和三级时效处理,一级时效处理和三级时效处理的温度为130℃,时间为18h,二级时效处理的温度为175℃,时间为tmin,其中,t=100×k×CSn+Ag+Li,CSn+Ag+Li为铸锭中Sn、Ag、Li的质量分数之和,k=20,即t=100×20×0.4%=100×20×0.004=8。
实施例3
一种汽车用铝合金材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、选择原料进行熔炼、铸造得到铸锭;其中,所述铸锭的组成成分按质量百分比包括:Zn:9.2%、Mg:2.6%、Cu:2.35%、Zr:0.14%、Cr:0.1%、Yb:0.18%、Ag:0.08%、Li:0.056%、Sn:0.224%、Ti:0.12%、余量为Al;其中,所述熔炼的温度为746℃;
S2、将S1中得到的铸锭进行均匀化处理;其中,所述均匀化处理的过程包括:以45℃/h的平均升温速度从室温升温至350℃保温11h,然后以12℃/h的平均升温速度升温至465℃保温2h,然后以20℃/h的平均升温速度升温至475℃保温7h,再以20℃/h的平均升温速度升温至495℃保温6h;
S3、将经S2均匀化处理后的铸锭铣面后进行热轧、中间退火、冷轧得到坯料;其中,所述中间退火的温度为400℃,时间为1.5h;
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述汽车用铝合金材料;其中,所述固溶处理的过程包括:将坯料在465℃下保温3h,然后以1℃/min的平均降温速度降温至368℃保温4h,再以13℃/min的平均升温速度升温至490℃保温7min,出炉后水淬;所述时效处理包括一级时效处理、二级时效处理和三级时效处理,一级时效处理和三级时效处理的温度为125℃,时间为20h,二级时效处理的温度为178℃,时间为tmin,其中,t=100×k×CSn+Ag+Li,CSn+Ag+Li为铸锭中Sn、Ag、Li的质量分数之和,k=35,即t=100×k×CSn+Ag+Li=100×35×0.36%=100×35×0.0036=12.6。
实施例4
一种汽车用铝合金材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、选择原料进行熔炼、铸造得到铸锭;其中,所述铸锭的组成成分按质量百分比包括:Zn:9.4%、Mg:2.55%、Cu:2.11%、Zr:0.1%、Cr:0.1%、Yb:0.11%、Ag:0.11%、Li:0.077%、Sn:0.308%、Ti:0.14%、余量为Al;其中,所述熔炼的温度为733℃;
S2、将S1中得到的铸锭进行均匀化处理;其中,所述均匀化处理的过程包括:以35℃/h的平均升温速度从室温升温至430℃保温7h,然后以23℃/h的平均升温速度升温至450℃保温5h,然后以15℃/h的平均升温速度升温至485℃保温4h,再以30℃/h的平均升温速度升温至490℃保温10h;
S3、将经S2均匀化处理后的铸锭铣面后进行热轧、中间退火、冷轧得到坯料;其中,所述中间退火的温度为420℃,时间为2h;
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述汽车用铝合金材料;其中,所述固溶处理的过程包括:将坯料在460℃下保温4h,然后以2℃/min的平均降温速度降温至410℃保温3h,再以17℃/min的平均升温速度升温至485℃保温8min,出炉后水淬;所述时效处理包括一级时效处理、二级时效处理和三级时效处理,一级时效处理和三级时效处理的温度为120℃,时间为17h,二级时效处理的温度为182℃,时间为tmin,其中,t=100×k×CSn+Ag+Li,CSn+Ag+Li为铸锭中Sn、Ag、Li的质量分数之和,k=20,即t=100×20×0.495%=100×20×0.00495=9.9。
实施例5
一种汽车用铝合金材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、选择原料进行熔炼、铸造得到铸锭;其中,所述铸锭的组成成分按质量百分比包括:Zn:9.3%、Mg:2.6%、Cu:2.42%、Zr:0.09%、Cr:0.13%、Yb:0.09%、Ag:0.1%、Li:0.07%、Sn:0.28%、Ti:0.1%、余量为Al;其中,所述熔炼的温度为742℃;
S2、将S1中得到的铸锭进行均匀化处理;其中,所述均匀化处理的过程包括:以42℃/h的平均升温速度从室温升温至420℃保温8h,然后以21℃/h的平均升温速度升温至450℃保温4h,然后以17℃/h的平均升温速度升温至482℃保温5h,再以28℃/h的平均升温速度升温至490℃保温9h;
S3、将经S2均匀化处理后的铸锭铣面后进行热轧、中间退火、冷轧得到坯料;其中,所述中间退火的温度为390℃,时间为2.5h;
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述汽车用铝合金材料;其中,所述固溶处理的过程包括:将坯料在460℃下保温4.5h,然后以1℃/min的平均降温速度降温至410℃保温3.5h,再以17℃/min的平均升温速度升温至486℃保温8min,出炉后水淬;所述时效处理包括一级时效处理、二级时效处理和三级时效处理,一级时效处理和三级时效处理的温度为121℃,时间为16h,二级时效处理的温度为175℃,时间为tmin,其中,t=80×k×CSn+Ag+Li,CSn+Ag+Li为铸锭中Sn、Ag、Li的质量分数之和,k=50,即t=80×50×0.45%=80×50×0.0045=18。
实施例6
一种汽车用铝合金材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、选择原料进行熔炼、铸造得到铸锭;其中,所述铸锭的组成成分按质量百分比包括:Zn:9.01%、Mg:2.69%、Cu:2.05%、Zr:0.13%、Cr:0.1%、Yb:0.13%、Ag:0.1%、Li:0.07%、Sn:0.28%、Ti:0.15%、余量为Al;其中,所述熔炼的温度为738℃;
S2、将S1中得到的铸锭进行均匀化处理;其中,所述均匀化处理的过程包括:以43℃/h的平均升温速度从室温升温至358℃保温10h,然后以16℃/h的平均升温速度升温至460℃保温3h,然后以20℃/h的平均升温速度升温至478℃保温6h,再以20℃/h的平均升温速度升温至493℃保温7h;
S3、将经S2均匀化处理后的铸锭铣面后进行热轧、中间退火、冷轧得到坯料;其中,所述中间退火的温度为410℃,时间为1.8h;
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述汽车用铝合金材料;其中,所述固溶处理的过程包括:将坯料在466℃下保温3.2h,然后以1.5℃/min的平均降温速度降温至368℃保温4.5h,再以13℃/min的平均升温速度升温至492℃保温7min,出炉后水淬;所述时效处理包括一级时效处理、二级时效处理和三级时效处理,一级时效处理的温度为122℃,时间为19h,三级时效处理的温度为121℃,时间为16h,二级时效处理的温度为180℃,时间为tmin,其中,t=100×k×CSn+Ag+Li,CSn+Ag+Li为铸锭中Sn、Ag、Li的质量分数之和,k=40,即t=100×40×0.45%=100×40×0.0045=18。
对本发明实施例1-6材料的性能进行检测,其中,拉伸强度测试参照GB228-87的规定,在Instron4505电子万能试验机上进行;Kahn撕裂测试依据ASTM B871-01进行;经测试可知,本发明材料的屈服强度≥633MPa,抗拉强度≥647MPa,撕裂强度和屈服强度比值≥1.75,单位面积裂纹扩展能UPE≥340kJ/m2。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种汽车用铝合金材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、选择原料进行熔炼、铸造得到铸锭;其中,所述铸锭的组成成分按质量百分比包括:Zn:8.9-9.4%、Mg:2.4-3.01%、Cu:2.05-2.42%、Zr:0.09-0.14%、Cr:0.1-0.135%、Yb:0.07-0.18%、Ag+Li+Sn:0.36-0.51%、Ti:0.1-0.15%、余量为Al;
S2、将S1中得到的铸锭进行均匀化处理;
S3、将经S2均匀化处理后的铸锭铣面后进行热轧、中间退火、冷轧得到坯料;
S4、将S3中得到的坯料进行固溶处理和时效处理得到所述汽车用铝合金材料;其中,所述固溶处理的过程包括:将坯料在455-470℃下保温2.5-5h,然后以1-2℃/min的平均降温速度降温至360-415℃保温2-5h,再以13-18℃/min的平均升温速度升温至480-495℃保温5-10min,出炉后水淬;所述时效处理包括一级时效处理、二级时效处理和三级时效处理,一级时效处理和三级时效处理的温度为115-130℃,时间为15-20h,二级时效处理的温度为175-185℃,时间为tmin,其中,t=75-100×k×CSn+Ag+Li,CSn+Ag+Li为铸锭中Sn、Ag、Li的质量分数之和,k=10-50。
2.根据权利要求1所述汽车用铝合金材料的制备方法,其特征在于,在S1中,所述熔炼的温度为730-750℃。
3.根据权利要求1所述汽车用铝合金材料的制备方法,其特征在于,在S1中,所述铸锭的组成成分中,Zn、Mg的质量百分比满足以下关系式:Zn/Mg=3.3-3.7,Zn+Mg=11.7-12.2%。
4.根据权利要求1所述汽车用铝合金材料的制备方法,其特征在于,在S1中,所述铸锭的组成成分中,Zr、Cr、Yb的质量百分比满足以下关系式:Zr+Cr+Yb=0.31-0.42%。
5.根据权利要求1所述汽车用铝合金材料的制备方法,其特征在于,在S1中,所述铸锭的组成成分中,Ag、Li、Sn的质量百分比满足以下关系式:2.8×Ag=Sn=4×Li。
6.根据权利要求1所述汽车用铝合金材料的制备方法,其特征在于,在S2中,所述均匀化处理的过程包括:以35-45℃/h的平均升温速度从室温升温至350-430℃保温7-11h,然后以12-23℃/h的平均升温速度升温至450-465℃保温2-5h,然后以15-20℃/h的平均升温速度升温至475-485℃保温4-7h,再以20-30℃/h的平均升温速度升温至490-495℃保温6-10h。
7.根据权利要求1-6中任一项所述汽车用铝合金材料的制备方法,其特征在于,在S3中,所述中间退火的温度为390-420℃,时间为1.5-2.5h。
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