CN115074587A

CN115074587A - 一种锻造用变形铝合金材料、用途及其制品的热处理方法

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Publication number: CN115074587A
Application number: CN202210543701.4A
Authority: CN
Inventors: 李云飞; 赵玉琳; 周拥军; 姬刚; 王培吉; 陈海鹏; 车奇楠; 霍威; 潘海江; 李智敏; 陈鹏; 康文刚; 赵恩来; 张利考; 张文涛; 叶婷婷; 李晶; 赵乃萱; 吕文鹤; 芮蒙霞
Original assignee: Inner Mongolia Firmaco Flourish Forging Co Ltd
Current assignee: Inner Mongolia Firmaco Flourish Forging Co Ltd
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2022-09-20

Abstract

本发明涉及一种锻造用变形铝合金材料、用途及其制品的热处理方法，铝合金材料的成分，由如下组分组成：Si0.6～1wt%、Fe≤0.3 wt%、Cu 4.0～4.4 wt%、Mn0.50～0.70 wt%、Mg 0.6～0.8 wt%、Ni≤0.1 wt%、Zn≤0.1 wt%、Ti≤0.1 wt%，其它元素<0.1 wt%、余量为铝。其用途是用于锻造制造汽车结构件。其优点是：高性能低成本，通过热处理方法能够进一步增强铝合金材料制品的合金强度。

Description

一种锻造用变形铝合金材料、用途及其制品的热处理方法

技术领域

本发明涉及一种锻造用变形铝合金材料、用途及其制品的热处理方法，属于铝合金材料技术领域。

背景技术

铝合金由于具有密度低、良好的成形性能、碰撞吸能性、耐腐蚀性能及可回收利用性等优点，被认为是最有效的汽车轻量化用材。目前，铝合金板材在发动机罩、行李箱盖及车门等汽车覆盖件上的应用日益广泛。随着各国政府日益严苛的油耗法规规定，仅在覆盖件上采用铝合金板材已不能满足各大车企汽车轻量化的需求，汽车结构件用材轻量化是必然的发展趋势。此外，由于新能源汽车动力电池的重量就达到了数百公斤，为了弥补电池的增重，新能源汽车的车身轻量化更加迫切。因此，A柱、B柱、轮辋、轮毂、底盘、碰撞系统等汽车结构件和安全件用高强度铝合金在传统汽车和新能源汽车都有很大的应用潜力。

交通领域常用的铝合金板材有7xxx系、6xxx系高强度变形铝合金，虽然强度高但成本也高，仅用在航空航天领域，在充分竞争的汽车行业上不适用。成本和质量始终是一个产品的矛盾统一体。

发明内容

基于以上汽车行业成本和质量矛盾统一体问题，本发明的目的之一在于提供一种高性能低成本的锻造用变形铝合金材料；本发明的另一个目的在于提供所述铝合金材料的用途；本发明的再一个目的在于提供所述铝合金材料制品的热处理方法，通过本热处理方法能够进一步增强铝合金材料制品的合金强度。

本发明采用如下技术方案实现上述目的。

本发明的一种锻造用变形铝合金材料的成分，由如下组分组成：

Si0.6～1wt%、Fe ≤0.3 wt %、Cu 4.0～4.4 wt %、Mn0.50～0.70 wt %、Mg 0.6～0.8 wt %、Ni≤0.1 wt %、Zn≤0.1 wt %、Ti≤0.1 wt %，其它元素<0.1 wt %、余量为铝。

本发明对所述锻造用变形铝合金材料铸锭的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的铝合金材料铸锭的制备方法进行配料、熔炼、电磁搅拌均匀化和浇铸制备得到即可。

本发明对所述锻造用变形铝合金材料铸锭后取样的方法没有特殊的限制，本领域技术人员根据实际生产情况采用适宜的取样方法进行取样即可。

本发明的锻造用变形铝合金材料的用途是用于锻造制造汽车结构件。

所述汽车结构件包括发动机罩、行李箱盖、车门、A柱、B柱、轮辋、轮毂、底盘、碰撞系统中的任一制品。

所述锻造制造汽车结构件，其锻造前铝合金材料的加热：加热温度优选为380～480℃，更优选为435～470℃，最优选为 450～470℃；保温时间按最大截面厚度1.5～2分钟/mm计算，经压力加工获得所需汽车结构件制品。

所述压力加工为锻造加工。

本发明的锻造用变形铝合金材料制品的热处理方法：包括锻造后制品的固溶及制品的人工时效。

所述锻造后制品的固溶：是对锻造变形铝合金汽车结构件制品的淬火，其温度优选为495～505℃，总时间在循环空气电炉时间是60～240分钟，在硝盐炉中时间是50～180分钟。

在本发明中，所述固溶过程中冷却水的温度优选为10～40℃，更优选为20～35℃，最优选为25～30℃。

在本发明中，所述固溶过程中的转移时间优选≤20秒，更优选为5～12秒，最优选为8～10秒；所述转移时间指的是从打开淬火炉门到铝合金完全没入水中的时间。

所述铝合金锻件制品的人工时效采用多级人工时效或单级人工时效：

所述多级人工时效：一级人工时效的温度优选为95～105℃，最大厚度在30～100mm范围内，总时间在4～15小时，二级人工时效的温度优选为150～165℃，最大厚度在30～100mm范围内，总时间在4～15小时；

所述单级人工时效：人工时效的温度优选为150～165℃，最大厚度在30～100mm范围内，总时间在4～15小时。

与现有技术相比，本发明存在以下有益效果：

本发明所述锻造用变形铝合金材料的成分有Si 、Fe 、Cu、Mn、Mg 、Ni、Zn、Ti等常用合金元素，不含昂贵的稀土元素，价格低廉又能够通过T6热处理增强合金强度。所述锻造用变形铝合金材料及其制品经不同T6热处理后的抗拉强度可达到400～500MPa；所述铝合金的屈服强度可达到240～440MPa；所述铝合金的断后延伸率可达到7.0～20.5％。可以实现规模化大工业生产，可用于制造汽车车轮的轮辋、轮毂等对强度、安全要求较高的汽车结构件，以满足汽车轻量化的进一步需求。

具体实施方式

实施例

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

步骤一：按照上述铝合金化学成分质量百分比为：

Si0.6～1wt%、Fe ≤0.3 wt %、Cu 4.0～4.4 wt %、Mn0.50～0.70 wt %、Mg 0.6～0.8 wt %、Ni≤0.1 wt %、Zn≤0.1 wt %、Ti≤0.1 wt %，其它元素<0.1 wt %、余量为铝，

冶炼、铸造、切头、切尾、均匀化处理、获得所需锻造用变形铝合金棒材。

步骤二：将上述铝合金棒材锯切下料，空气循环电炉中加热到460±10°C，保温时间按最大截面厚度1.5～2分钟/mm计算，经压力加工（锻造）成截面厚度30～100mm的24件汽车结构件制品。

步骤三：将上述实施例1所获得的24件汽车结构件制品下称锻件，分别标为件号1、件号2…、件号24，将24件锻件加热到500±5℃，保温180分钟，固溶（淬火）处理，水温25℃，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号1的抗拉强度Rm（MPa）=409 MPa、屈服强度Rm（MPa）=244 MPa、断后延伸率A%=19.5%。件号2的抗拉强度Rm（MPa）=416 MPa、屈服强度Rm（MPa）=248 MPa、断后延伸率A%=20.5%。

实施例2：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号3和件号4的锻件，进行多级人工时效处理：一级人工时效处理，时效温度为100±5℃，保温240min后，继续升温，进行二级人工时效处理，时效温度为160±5℃，保温360min后，出炉空冷，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号3的抗拉强度Rm（MPa）=447 MPa、屈服强度Rm（MPa）=336 MPa、断后延伸率A%=13.5%。件号4的抗拉强度Rm（MPa）=427 MPa、屈服强度Rm（MPa）=327 MPa、断后延伸率A%=13.5%。

实施例3：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号5和件号6的锻件，进行单级人工时效处理，时效温度为160±5℃，保温900min后，出炉空冷, 在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号5的抗拉强度Rm（MPa）=442 MPa、屈服强度Rm（MPa）=385 MPa、断后延伸率A%=9.0%。件号6的抗拉强度Rm（MPa）=425 MPa、屈服强度Rm（MPa）=349 MPa、断后延伸率A%=8.0%。

实施例4：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号7和件号8的锻件，进行单级人工时效处理，时效温度为160±5℃，保温720min后，出炉空冷, 在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号7的抗拉强度Rm（MPa）=433 MPa、屈服强度Rm（MPa）=374 MPa、断后延伸率A%=7.0%。件号8的抗拉强度Rm（MPa）=435MPa、屈服强度Rm（MPa）=376 MPa、断后延伸率A%=8.0%。

实施例5：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号9和件号10的锻件，进行多级人工时效处理：一级人工时效处理，时效温度为100±5℃，保温240min后，继续升温进行二级人工时效处理，时效温度为155±5℃，保温480min后，出炉空冷，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号9的抗拉强度Rm（MPa）=424 MPa、屈服强度Rm（MPa）=323 MPa、断后延伸率A%=11.5%。件号10的抗拉强度Rm（MPa）=426 MPa、屈服强度Rm（MPa）=341 MPa、断后延伸率A%=12.5%。

实施例6：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号11和件号12的锻件，进行多级人工时效处理：一级人工时效处理，时效温度为100±5℃，保温240min后，继续升温进行二级人工时效处理，时效温度为155±5℃，保温600min后，出炉空冷，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号11的抗拉强度Rm（MPa）=428 MPa、屈服强度Rm（MPa）=362 MPa、断后延伸率A%=13.0%。件号12的抗拉强度Rm（MPa）=435 MPa、屈服强度Rm（MPa）=355 MPa、断后延伸率A%=11.0%。

实施例7：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号13和件号14的锻件，进行多级人工时效处理：一级人工时效处理，时效温度为100±5℃，保温240min后，继续升温进行二级人工时效处理，时效温度为155±5℃，保温720min后，出炉空冷，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号13的抗拉强度Rm（MPa）=434 MPa、屈服强度Rm（MPa）=367 MPa、断后延伸率A%=10.0%。件号14的抗拉强度Rm（MPa）=440 MPa、屈服强度Rm（MPa）=370 MPa、断后延伸率A%=11.0%。

实施例8：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号15和件号16的锻件，进行多级人工时效处理：一级人工时效处理，时效温度为100±5℃，保温240min后，继续升温进行二级人工时效处理，时效温度为155±5℃，保温840min后，出炉空冷，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号15的抗拉强度Rm（MPa）=449 MPa、屈服强度Rm（MPa）=398 MPa、断后延伸率A%=10.0%。件号16的抗拉强度Rm（MPa）=440 MPa、屈服强度Rm（MPa）=384 MPa、断后延伸率A%=9.0%。

实施例9：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号17和件号18的锻件，进行单级人工时效处理：时效温度为155±5℃，保温360min后，出炉空冷，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号17的抗拉强度Rm（MPa）=438 MPa、屈服强度Rm（MPa）=334 MPa、断后延伸率A%=15.0%。件号18的抗拉强度Rm（MPa）=436 MPa、屈服强度Rm（MPa）=367 MPa、断后延伸率A%=14.5%。

实施例10：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号19和件号20的锻件，进行单级人工时效处理：时效温度为155±5℃，保温540min后，出炉空冷，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号19的抗拉强度Rm（MPa）=453MPa、屈服强度Rm（MPa）=354 MPa、断后延伸率A%=17.5%。件号20的抗拉强度Rm（MPa）=454 MPa、屈服强度Rm（MPa）=352 MPa、断后延伸率A%=14.0%。

实施例11：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号21和件号22的锻件，进行单级人工时效处理：时效温度为155±5℃，保温720min后，出炉空冷，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号21的抗拉强度Rm（MPa）=460MPa、屈服强度Rm（MPa）=394 MPa、断后延伸率A%=10.0%。件号22的抗拉强度Rm（MPa）=459 MPa、屈服强度Rm（MPa）=394 MPa、断后延伸率A%=10.5%。

实施例12：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号23的锻件，进行单级人工时效处理：时效温度为155±5℃，保温810min后，出炉空冷，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号23的抗拉强度Rm（MPa）=472MPa、屈服强度Rm（MPa）=413 MPa、断后延伸率A%=10.5%。

实施例13：

将实施例1固溶（淬火）处理后的件号24的锻件，进行单级人工时效处理：时效温度为155±5℃，保温900min后，出炉空冷，在锻件相同部位取样，按照GB/T16865标准，测得件号24的抗拉强度Rm（MPa）=502MPa、屈服强度Rm（MPa）=442 MPa、断后延伸率A%=13.5%。

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

1.一种锻造用变形铝合金材料，其特征是：由如下组分组成：Si0.6～1wt%、Fe ≤0.3wt %、Cu 4.0～4.4 wt %、Mn0.50～0.70 wt %、Mg 0.6～0.8 wt %、Ni≤0.1 wt %、Zn≤0.1wt %、Ti≤0.1 wt %，其它元素<0.1 wt %、余量为铝。

2.根据权利要求1所述的锻造用变形铝合金材料的用途，其特征是：用于锻造制造汽车结构件。

3.根据权利要求2所述的锻造用变形铝合金材料的用途，其特征是：锻造前的加热温度为380～480℃；保温时间按最大截面厚度1.5～2分钟/mm计算，经压力加工获得所需汽车结构件制品。

4.根据权利要求1、2、3所述的锻造用变形铝合金材料的制品的热处理方法，其特征是：包括锻造后制品的固溶及制品的人工时效；所述锻造后制品的固溶，其温度为495～505℃，总时间在循环空气电炉时间是60～240分钟，在硝盐炉中时间是50～180分钟。

5.根据权利要求4所述的锻造用变形铝合金材料的制品的热处理方法，其特征是：所述固溶过程中冷却水的温度为10～40℃。

6.根据权利要求4所述的锻造用变形铝合金材料的制品的热处理方法，其特征是：所述固溶过程中的转移时间≤20秒。

7.根据权利要求4所述的锻造用变形铝合金材料的制品的热处理方法，其特征是：所述铝合金锻件制品的人工时效采用多级人工时效或单级人工时效。

8.根据权利要求7所述的锻造用变形铝合金材料的制品的热处理方法，其特征是：所述多级人工时效：一级人工时效的温度为95～105℃，最大厚度在30～100mm范围内，总时间在4～15小时，二级人工时效的温度为150～165℃，最大厚度在30～100mm范围内，总时间在4～15小时。

9.根据权利要求7所述的锻造用变形铝合金材料的制品的热处理方法，其特征是：所述单级人工时效：人工时效的温度为150～165℃，最大厚度在30～100mm范围内，总时间在4～15小时。