CN115807173A - 一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：S1.熔炼，所述铝液最后包括以下质量百分含量的成分：Cu 0.05～0.2％，Mg 0.55～0.75％，Si0.7～0.9％，Mn 0.4～0.6％，Cr 0.05～0.25％，Zn≤0.1％，Ti≤0.1％，Fe≤0.15％，余量为Al；S2.铝棒制作；S3.均质处理；S4.锯切；S5.挤压；S6.时效处理；S7.强度测试；S8.晶粒度检测；S9.压溃测试验证。本发明通过调整镁硅比及提升Mn的含量，在保证产品具有较高性能同时，又使产品具有较高的延伸率。

Description

一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法。

背景技术

电动新能源汽车的发展是节能减排的趋势所使，在新能源汽车的零件中，轻量化是首选条件。随着铝合金在汽车行业的推广，越来越多的位置使用铝合金代替原来的钢铁，这也就对铝合金的机械性能的要求进一步提高。

铝合金具有强度适中、质量轻，易成型等特点，在新能源汽车行业得到广泛的应用。电动新能源汽车的侧面碰撞，除了可能引起对车内成员的伤害外，还会由于对动力电池的冲击，引起电池爆炸等极限安全事故，现阶段绝大多数动力电池都是安装在门槛梁上，所以开发一种良好吸能效果的门槛梁材料显得尤为重要。零件压溃的开裂等级决定了其吸能的效果，同等外力条件下，开裂程度越严重，其吸能的效果越差，开裂程度越小，甚至不开裂，其吸能效果越好。所以，改善产品的溃变开裂等级是提升产品吸能效果的关键。

因此，如何设计一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法，成为急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法，以解决上述至少一种技术问题。

本发明的技术方案是：一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.熔炼，

在25T铝熔炼炉内加入铝锭熔炼成铝液，依次添加Cu含量50％的铝铜合金、Mg含量99.9％的镁锭、Si含量20％的铝硅合金、Mn含量75％的锰剂、Cr含量75％的铬剂；

所述铝液最后包括以下质量百分含量的成分：Cu0.05～0.2％，Mg0.55～0.75％，Si0.7～0.9％，Mn0.4～0.6％，Cr0.05～0.25％，Zn≤0.1％，Ti≤0.1％，Fe≤0.15％，余量为Al；

S2.铝棒制作，

通过油压铸造机及浇铸盘进行连续铸造，铸造出6米长铝棒；

S3.均质处理，

在40T均匀化炉内将铝棒加热到570℃，保温10h，风雾冷却进行均匀化，高倍检测组织内的杂质相数量和形状符合要求；

S4.锯切，

通过铝棒锯切机将6米长铝棒进行锯切，得到挤压使用的短棒，试验用棒长度940±5mm；

S5.挤压，

在3500T铝挤压机上对试验用棒进行挤压，制成“目”字型试验产品；

S6.时效处理，

①采用195～210℃时效工艺进行时效；

②采用195～210℃时效工艺进行时效，再190℃保温45min烘烤；

S7.强度测试，

分别采用10个试样对时效处理后、时效处理后+烘烤后，进行材料力学性能及断后延伸率测试；

S8.晶粒度检测，

检测不同试样的晶粒度尺寸；

S9.压溃测试验证，

检测不同试样进行压溃测试验证，进行3次验证。

本发明中Mg、Si、Cu元素的添加是为了保证产品具有较高的强度；Mn、Cr的添加是保证产品有较细小的晶粒，保证产品具有较高的延展性；通过调整镁硅比及提升Mn的含量，在保证产品具有较高性能同时，又使产品具有较高的延伸率；在大变形状态下具有良好的延展性，保证产品不开裂，本发明还具有良好的耐热性能，对汽车零件有需要电泳、烤漆烘烤时，烘烤后仍具备良好的机械性能；提升了产品的变形能力，使零件具有较好的吸能效果，能在限制空间内最大程度的保护乘车人及电池的安全。

附图说明

图1为原合金1、原合金2与本发明的配比表。

图2为原合金1在时效处理后、时效处理+烘烤后，分别采用10个试样进行材料力学性能及断后延伸率测试数据表。

图3为原合金2在时效处理后、时效处理+烘烤后，分别采用10个试样进行材料力学性能及断后延伸率测试数据表。

图4为本发明在时效处理后、时效处理后+烘烤后，分别采用10个试样进行材料力学性能及断后延伸率测试数据表。

图5为本发明“目”字型试验产品的晶粒度测试选取位置示意图。

图6为原合金1平均晶粒度86μm的金相结构图。

图7为原合金1平均晶粒度78μm的金相结构图。

图8为原合金2平均晶粒度45μm的金相结构图。

图9为原合金2平均晶粒度43μm的金相结构图。

图10为本发明平均晶粒度10μm的金相结构图。

图11为本发明平均晶粒度8.5μm的金相结构图。

图12为原合金1的第1个试样压溃曲线图。

图13为原合金1的第2个试样压溃曲线图。

图14为原合金1的第3个试样压溃曲线图。

图15为原合金1的3个试样压溃测试的吸能量数据表。

图16为原合金2的第1个试样压溃曲线图。

图17为原合金2的第2个试样压溃曲线图。

图18为原合金2的第3个试样压溃曲线图。

图19为原合金2的3个试样压溃测试的吸能量数据表。

图20为本发明的第1个试样压溃曲线图。

图21为本发明的第2个试样压溃曲线图。

图22为本发明的第3个试样压溃曲线图。

图23为本发明的3个试样压溃测试的吸能量数据表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

参阅图1-23，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，仍均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一、一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.熔炼，

在25T铝熔炼炉内加入铝锭熔炼成铝液，依次添加Cu含量50％的铝铜合金、Mg含量99.9％的镁锭、Si含量20％的铝硅合金、Mn含量75％的锰剂、Cr含量75％的铬剂；

所述铝液最后包括以下质量百分含量的成分：Cu 0.05～0.2％，Mg 0.55～0.75％，Si 0.7～0.9％，Mn 0.4～0.6％，Cr 0.05～0.25％，Zn≤0.1％，Ti≤0.1％，Fe≤0.15％，余量为Al；

本发明中Mg、Si、Cu元素的添加是为了保证产品具有较高的强度；Mn、Cr的添加是保证产品有较细小的晶粒，保证产品具有较高的延展性；

铝液采用双级过滤，过滤板目数分别为40目和60目；

S2.铝棒制作，

通过油压铸造机及浇铸盘进行连续铸造，铸造出6米长铝棒；

S3.均质处理，

在40T均匀化炉内将铝棒加热到570℃，保温10h，风雾冷却进行均匀化，高倍检测组织内的杂质相数量和形状符合要求；

S4.锯切，

通过铝棒锯切机将6米长铝棒进行锯切，得到挤压使用的短棒，试验用棒长度940±5mm；

S5.挤压，

在3500T铝挤压机上对试验用棒进行挤压，制成“目”字型试验产品；“目”字型试验产品的一端为等腰梯形结构，等腰梯形结构的下底为“目”字型试验产品的上横杆，

S6.时效处理，

①采用195～210℃时效工艺进行时效；

②采用195～210℃时效工艺进行时效，再190℃保温45min烘烤；

S7.强度测试，

分别采用10个试样对时效处理后、时效处理后+烘烤后，进行材料力学性能及断后延伸率测试；

S8.晶粒度检测，

检测不同试样的晶粒度尺寸；

S9.压溃测试验证，

检测不同试样进行压溃测试验证，进行3次验证；

参考图1，按照原合金1的配比、原合金2的配比及本发明的配比分别制作试样，参考图2、图3、图4，原合金1、原合金2、本发明在时效处理后、时效处理+烘烤后，分别用10个试样进行材料力学性能及断后延伸率测试，本发明材料的机械性能，抗拉平均值较原合金1高出约15Mpa，较原合金2高出约25Mpa；屈服值较原合金1高出约7Mpa，较原合金2高出13Mpa；延伸率测试数据也较原合金1、原合金2数值高；经过195℃/45min烘烤后的测试数据，也均高于原合金1、原合金2烘烤后的测试数据，即该合金在烘烤后，仍具有较高的机械性能。

本发明通过调整镁硅比及提升Mn的含量，在保证产品具有较高性能同时，又使产品具有较高的延伸率；在大变形状态下具有良好的延展性，保证产品不开裂，本发明还具有良好的耐热性能，对汽车零件有需要电泳、烤漆烘烤时，烘烤后仍具备良好的机械性能。

实施例二、在实施例一的基础上，参考图5，“目”字型试验产品的晶粒度测试选取位置为两处：一处在等腰梯形结构的下底与等腰梯形结构一侧腰连接的一端，另一处在“目”字型试验产品的另一端与“目”字型试验产品的下横杆之间的竖杆上；

原合金1的晶粒度金相结构图分别参考图6、图7；

原合金2的晶粒度金相结构图分别参考图8、图9；

本发明的晶粒度金相结构图分别参考图10、图11；

本发明晶粒度较原合金1、原合金2晶粒度要细小很多，提升了产品在溃变过程中的变形能力，降低了开裂的风险。

实施例三、在实施例一的基础上，采用20T万能试验机的压头对“目”字型试验产品的等腰梯形结构上底进行下压；

原合金1的3个试样压溃曲线分别参考图12、图13、图14，3个试样压溃测试的吸能量数据参考图15；

原合金2的3个试样压溃曲线分别参考图16、图17、图18，3个试样压溃测试的吸能量数据参考图19；

本发明的3个试样压溃曲线分别参考图20、图21、图22，3个试样压溃测试的吸能量数据参考图23；

根据以上测试的数据，原合金1表现最差，溃变碎裂，吸能量仅有约27KJ，且力变化很不稳定。原合金2较原合金1的性能有所降低，但压溃变形开裂减少，吸能量增加，约29KJ，且力的变化具有一定的规律性。本发明表现最好，性能最高，溃变变形几乎不开裂，吸能量达到约32～33KJ，且力是逐渐增高的趋势，有助于提升汽车整体的安全性；本发明在具备良好的机械性能的同时，压溃成型等级较高，且吸能量较大。

具体实施时，本发明应用于6系铝合金，在满足较高较高强度要求的同时，需要满足较好的吸能效果；不仅具有更高的机械性能，同时也具备良好的耐热性；溃变成型不开裂，吸能量更高；并且晶粒更加细小。根据测试数据的整体表现，该合金不仅可以应用在门槛梁上，也可应用于车身的其他部位零件，如具有高疲劳性能要求的副车架类产品、高吸能要求的车门防撞梁&保险杠、同样要求具有一定吸能效果的电池框体等。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.熔炼，

在25T铝熔炼炉内加入铝锭熔炼成铝液，依次添加Cu含量50％的铝铜合金、Mg含量99.9％的镁锭、Si含量20％的铝硅合金、Mn含量75％的锰剂、Cr含量75％的铬剂；

S2.铝棒制作，

通过油压铸造机及浇铸盘进行连续铸造，铸造出6米长铝棒；

S3.均质处理，

在40T均匀化炉内将铝棒加热到570℃，保温10h，风雾冷却进行均匀化，高倍检测组织内的杂质相数量和形状符合要求；

S4.锯切，

通过铝棒锯切机将6米长铝棒进行锯切，得到挤压使用的短棒，试验用棒长度940±5mm；

S5.挤压，

在3500T铝挤压机上对试验用棒进行挤压，制成“目”字型试验产品；

S6.时效处理，

采用195～210℃时效工艺进行时效；

S7.强度测试，

采用10个试样进行材料力学性能及断后延伸率测试；

S8.晶粒度检测，

检测不同试样的晶粒度尺寸；

S9.压溃测试验证，

检测不同试样进行压溃测试验证，进行3次验证。

2.根据权利要求1所述的一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述铝液最后包括以下质量百分含量的成分：Cu 0.05～0.2％，Mg0.55～0.75％，Si 0.7～0.9％，Mn 0.4～0.6％，Cr 0.05～0.25％，Zn≤0.1％，Ti≤0.1％，Fe≤0.15％，余量为Al。

3.根据权利要求1所述的一种提升门槛梁压溃开裂等级的铝合金材料的制备方法，其特征在于：在步骤S6中，时效处理后，再190℃保温45min烘烤，然后继续步骤S7，测试另外10个试样材料力学性能及断后延伸率，完成烘烤性能验证。

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