CN115747587A

CN115747587A - 一种耐高温汽车保险杠铝合金及其制备方法

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Publication number: CN115747587A
Application number: CN202211480230.3A
Authority: CN
Inventors: 董帅伟; 范坤; 臧伟; 吕洪伟; 孟令乾; 姜宇航; 马旭
Original assignee: Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Current assignee: Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Priority date: 2022-11-24
Filing date: 2022-11-24
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明涉及铝合金技术领域，具体地说就是一种耐高温汽车保险杠铝合金及其制备方法，由以下质量百分含量的组分组成：Zn5.0～7.0％，Mg2.5～3.5％，Mn0.3～0.6％，Ag0.2～0.5％，Er0.2～0.5％，Zr0.2～0.4％，余量为Al和杂质，杂质总和≤0.15％。本发明合金的拉伸强度较好并且极其稳定，室温抗拉强度＞610MPa，200℃的抗拉强度＞490MPa，250℃的抗拉强度＞380MPa，300℃的抗拉强度＞350MPa；本发明的耐高温铝合金的合金元素种类少，成本低，合金成分简单，熔炼混合过程易于控制，降低了制备的难度；所得铝合金显微组织均匀，析出相分布均匀弥散，具有较高的室温、高温抗拉强度和屈服强度，在200℃时抗拉强度在486MPa以上，屈服强度在421MPa以上，同时塑性也得到较大改善，具有较高的性价比。

Description

一种耐高温汽车保险杠铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，具体地说就是一种耐高温汽车保险杠铝合金及其制备方法。

背景技术

随着环境问题越来越明显，交通运输行业对控制二氧化碳排放和提高燃料利用率越来越重视。而铝合金密度小，比强度以及比刚度高，耐腐蚀性，加工性能好等特点特别符合关于汽车轻量化的要求，所以在将来铝合金势必替代钢材料成为第二大结构材料。

为了扩大铝合金的应用范围和领域，科研工作对现有的铝合金进行了大量探索研究，尽管许多科研工作对现有铝合金进行了许多改性，但是应用性并不理想。目前，高含量稀土铝合金虽然能够改善合金的力学性能，但能同时提高合金强度和塑性的技术工艺并不多见。

本发明要解决的技术问题是：设计一种耐高温汽车保险杠铝合金及其制备方法，在改善合铝合金力学性能的基础上，提高铝合金的强度和塑形。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种耐高温汽车保险杠铝合金及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种耐高温汽车保险杠铝合金，由以下质量百分含量的组分组成：Zn5.0～7.0％，Mg2.5～3.5％，Mn0.3～0.6％，Ag0.2～0.5％，Er0.2～0.5％，Zr0.2～0.4％，余量为Al和杂质，杂质总和≤0.15％。

作为优化，所述耐高温汽车保险杠铝合金的金相组织包括α-Al基体和共晶(α-Al+β-Al₂Mg₃Zn₃+β-Al₂Ag+β-Al₂Er)。

作为优化，所述的合金平均晶粒尺寸为50～70μm。

一种耐高温汽车保险杠铝合金制备方法，用于制造上述任意一项耐高温汽车保险杠铝合金，具体包括如下步骤：

(1)铸造：将预热的纯Al、纯Mg和Al-20Zn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Ag中间合金Al-20Er中间合金、Al-20Zr中间合金，依次经熔炼和铸造，得到铸造合金；

(2)均匀化处理：将铸造合金置于电阻加热炉中进行均匀化处理，得到均匀化处理后合金；

(3)机加工：将均匀化合金，车掉氧化皮，加工成指定尺寸；

(4)挤压变形：分别先对均匀化处理后合金和挤压模具进行预热处理，得到预热处理合金和预热处理挤压模具，然后将预热处理合金放入预热处理挤压模具中进行挤压变形，得到耐高温汽车保险杠铝合金；

(5)时效处理：将型材放入时效炉中，人工时效。

作为优化，所述的步骤(1)中，所述预热的温度为180～200℃，预热时间为1～2h。

作为优化，步骤(1)铸造的具体步骤为：

将电炉升温至690-710℃，将纯Al置于坩埚中，待工业纯铝完全熔化后，升温至730-740℃加入经预热的镁锭、Al-20Zn中间合金、Al-20Cu中间合金，升温至760-780℃加入经预热的Al-5Ti-1B中间合金，熔炼期间充分搅拌；熔体降温至750-760℃加入RJ-5精炼剂进行精炼，精炼时间5min，精炼结束后，降温710-720℃，静置30min后，在励磁电压不高于120V的电磁搅拌条件下浇铸。

作为优化，步骤(2)中将铸造合金置于电阻加热炉中，均匀化处理具体为：460-490℃下保温12-24h。

作为优化，步骤(3)中，将均匀化合金，车掉氧化皮，加工成指定尺寸，直径为Ф300mm。

作为优化，步骤(4)中，在挤压变形温度下，对均匀化处理后合金和挤压模具进行预热处理，所述热挤压具体为：先将所述铝合金铸锭和挤压模具在430-470℃预热2-4h，然后在挤压比为15:1，挤压速度为2-4m/min条件下进行正向挤压。

作为优化，步骤(5)中，所述时效处理的方法为：处理温度为165～185℃，处理时间为6～12h，然后空冷至室温。

本方案的有益效果是，一种耐高温汽车保险杠铝合金及其制备方法，具有以下有益之处：

本发明合金的拉伸强度较好并且极其稳定，室温抗拉强度＞610MPa，200℃的抗拉强度＞490MPa，250℃的抗拉强度＞380MPa，300℃的抗拉强度＞350MPa；

本发明的耐高温铝合金的合金元素种类少，成本低，合金成分简单，熔炼混合过程易于控制，降低了制备的难度；所得铝合金显微组织均匀，析出相分布均匀弥散，具有较高的室温、高温抗拉强度和屈服强度，在200℃时抗拉强度在486MPa以上，屈服强度在421MPa以上，同时塑性也得到较大改善，具有较高的性价比；

本发明的耐高温铝合金的制备方法，通过熔炼的方法在Al-Zn-Mg系合金中添加适量的Ag和Er，对合金进行改性，并将得到的铸态合金进行热处理，所得铝合金显微组织均匀，析出相分布均匀弥散，具有较高的室温和高温抗拉强度，塑性也得到较大改善该制备方法工艺简单，操作方便，过程易于控制，适合大规模工业化生产；

本发明的耐高温铝合金，Zn、Mg元素为该合金的重要组分，是铝合金重要的合金元素，在铝中有较大的固溶度，其强化作用表面在两方面，一是通过形成β-Al₂Mg₃Zn₃金属间化合物的第二相强化，二是通过Zn、Mg原子在铝基体中形成固溶体的固溶强化；

Ag作为铝合金重要的合金元素，在共晶温度550℃时的固溶度为13.21％，而在150℃时的固溶度仅仅为2.11％，因此在铝合金中具有较好的固溶强化和析出强化效果，且Ag在铝合金中能够形成高熔点的β-Al₂Ag金属间化合物，具有弥散强化效果，因此合金中Ag的添加量定为0.2～0.5％，最优重量百分比为0.5％；

Er作为重要的稀土添加元素，Er在铝合金中的固溶度较大，具有较好的析出强化效果，同样在铝合金中能够形成高熔点的金属间化合物，为保证合金得到良好的时效析出强化和固溶强化效果，加入量不低于0.1％，同时为了避免合金密度增加太多，以及合金过分脆化，Er的加入量不高于0.5％，因此合金中的添加量定为0.2～0.5％，最优重量百分比为0.5％。

具体实施方式

实施例1

耐高温铝合金，由以下质量百分比的组分组成Zn4.0％，Mg2.5％，Mn0.3％，Ag0.2％，Er0.2％，Zr0.2％，余量为Al和杂质，杂质总和≤0.15％。

上述耐高温铝合金的制备方法，包括下列步骤：

步骤(1)按比例将纯铝、纯镁和Al-20Zn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Ag中间合金、Al-20Er中间合金、Al-20Zr中间合金置于200℃的干燥箱中进行干燥预热，预热时间1h；

步骤(2)：将预热的铝锭升温至750℃完全融化；并加入预热的纯镁和Al-20Zn中间合金、Al-20Mn中间合金、Al-20Ag中间合金、Al-20Er中间合金、Al-20Zr中间合金得到铝合金熔融液；精炼温度控制在720℃，静置保温30min后浇铸，并冷却得到铝合金圆铸锭。

步骤(3)：将所述合金液进行半连续铸造后，得到铝合金圆铸锭；

步骤(4)：将所述铝合金铸锭在490℃下进行均匀化热处理24h；

步骤(5)：将所述铝合金铸锭机械加工成Φ300mm；

步骤(6)：将均匀化后的铝合金铸锭在460℃下进行热挤压，挤压速率为1.5m/min，挤压比10。

步骤(7)：将淬火后的型材进行人工时效，处理温度为185℃，处理时间为6h。

经分析检测，本发明耐高温汽车保险杠铝合金产品的合金组分为Al-Zn-Mg-Mn-Ag-Er-Zr，所述耐高温汽车保险杠铝合金金相组织主要由α-Al基体和共晶(α-Al+β-Al₂Mg₃Zn₃+β-Al₂Ag+β-Al₂Er)组成；合金的平均晶粒尺寸为60～70μm。

实施例2

耐高温铝合金，由以下质量百分比的组分组成Zn5.0％，Mg3.0％，Mn0.5％，Ag0.3％，Er0.3％，Zr0.3％，余量为Al和杂质，杂质总和≤0.15％。

上述耐高温铝合金的制备方法，包括下列步骤：

步骤(4)：将所述铝合金铸锭在480℃下进行均匀化热处理24h；

步骤(5)：将所述铝合金铸锭机械加工成Φ300mm；

步骤(6)：将均匀化后的铝合金铸锭在450℃下进行热挤压，挤压速率为2.0m/min，挤压比10。

步骤(7)：将淬火后的型材进行人工时效，处理温度为175℃，处理时间为8h。

经分析检测，本发明耐高温汽车保险杠铝合金产品的合金组分为Al-Zn-Mg-Mn-Ag-Er-Zr，所述耐高温汽车保险杠铝合金金相组织主要由α-Al基体和共晶(α-Al+β-Al₂Mg₃Zn₃+β-Al₂Ag+β-Al₂Er)组成；合金的平均晶粒尺寸为55～65μm。

实施例3

耐高温铝合金，由以下质量百分比的组分组成Zn6.0％，Mg3.5％，Mn0.6％，Ag0.5％，Er0.5％，Zr0.4％，余量为Al和杂质，杂质总和≤0.15％。

上述耐高温铝合金的制备方法，包括下列步骤：

步骤(4)：将所述铝合金铸锭在480℃下进行均匀化热处理24h；

步骤(5)：将所述铝合金铸锭机械加工成Φ300mm；

步骤(6)：将均匀化后的铝合金铸锭在440℃下进行热挤压，挤压速率为3.0m/min，挤压比10。

经分析检测，本发明耐高温汽车保险杠铝合金产品的合金组分为Al-Zn-Mg-Mn-Ag-Er-Zr，所述耐高温汽车保险杠铝合金金相组织主要由α-Al基体和共晶(α-Al+β-Al₂Mg₃Zn₃+β-Al₂Ag+β-Al₂Er)组成；合金的平均晶粒尺寸为50～60μm。

对上述实施例1-3所得耐高温铝合金和现有的7005、7050、7075铝合金性能进行检测，结果如表1所示。

从表1可以看出，实施例1-3所得耐高温铝合金的室温抗拉强度为610～638Mp，200℃时的抗拉强度为490～502MPa，250℃时的抗拉强度为381～399MPa，300℃时的抗拉强度为352～365MPa。实验结果表明，本发明所得耐高温铝合金在20℃～300℃范围内具有高的抗拉强度，耐高温性能及力学性能优异。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书的一种耐高温汽车保险杠铝合金及其制备方法且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种耐高温汽车保险杠铝合金，其特征在于：由以下质量百分含量的组分组成：Zn5.0～7.0％，Mg2.5～3.5％，Mn0.3～0.6％，Ag0.2～0.5％，Er0.2～0.5％，Zr0.2～0.4％，余量为Al和杂质，杂质总和≤0.15％。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温汽车保险杠铝合金，其特征在于：所述耐高温汽车保险杠铝合金的金相组织包括α-Al基体和共晶(α-Al+β-Al₂Mg₃Zn₃+β-Al₂Ag+β-Al₂Er)。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温汽车保险杠铝合金，其特征在于：所述的合金平均晶粒尺寸为50～70μm。

4.一种耐高温汽车保险杠铝合金制备方法，用于制备权利要求1～3任意一项所述的耐高温汽车保险杠铝合金，其特征在于：包括如下步骤：

(3)机加工：将均匀化合金，车掉氧化皮，加工成指定尺寸；

(5)时效处理：将型材放入时效炉中，人工时效。

5.根据权利要求4所述的一种耐高温汽车保险杠铝合金制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，所述预热的温度为180～200℃，预热时间为1～2h。

6.根据权利要求5所述的一种耐高温汽车保险杠铝合金制备方法，其特征在于：步骤(1)铸造的具体步骤为：

7.根据权利要求5所述的一种耐高温汽车保险杠铝合金制备方法，其特征在于：步骤(2)中将铸造合金置于电阻加热炉中，均匀化处理具体为：460-490℃下保温12-24h。

8.根据权利要求7所述的一种耐高温汽车保险杠铝合金制备方法，其特征在于：步骤(3)中，将均匀化合金，车掉氧化皮，加工成指定尺寸，直径为Ф300mm。

9.根据权利要求8所述的一种耐高温汽车保险杠铝合金制备方法，其特征在于：步骤(4)中，在挤压变形温度下，对均匀化处理后合金和挤压模具进行预热处理，所述热挤压具体为：先将所述铝合金铸锭和挤压模具在430-470℃预热2-4h，然后在挤压比为15:1，挤压速度为2-4m/min条件下进行正向挤压。

10.根据权利要求9所述的一种耐高温汽车保险杠铝合金制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述时效处理的方法为：处理温度为165～185℃，处理时间为6～12h，然后空冷至室温。