CN116377290A - 一种汽车副车架用再生铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明属于再生铝合金材料技术领域，尤其涉及一种汽车副车架用再生铝合金。本发明提供一种汽车副车架用再生铝合金，其原料组成包括回用铝合金和微量元素组，当回用铝合金的密度当量≤22%时，微量元素组包括Cr、Mn，以及V，当回用铝合金的密度当量＞22%且≤25%时，微量元素组还包括Ti、B，以及Mo，最终使得：1、该再生铝合金材料可以满足汽车副车架对生产材料的各项性能要求；2、该再生铝合金材料的制备方法相对简单、高效，无需实时监控、调节。
Description
技术领域
本发明属于再生铝合金材料技术领域，尤其涉及一种汽车副车架用再生铝合金。
背景技术
与再生铝合金材料相对的，是原生铝合金材料。前者的原料来源包括部分废旧铝料，生产方法主要是重熔，而后者的铝成分原料全部来源于铝矿石，生产方法则为电解提炼。原生铝合金材料的优点是成分稳定、质量高、综合性能突出，但是缺点也很明显，就是耗能大、不够经济环保。
因此，从废旧铝料到各项性能都达标的再生铝合金之间，需要经过各种精炼步骤，包括：新添加纯铝、新添加其他合金元素、除渣、除气、除氢等。
另一方面，现有的汽车副车架，其材质一般为铸铁或铝合金。但是，目前汽车工业中，大多数汽车配件用的还是原生铝合金材料。究其原因，就是再生铝合金与原生铝合金相比，在抗拉强度、屈服强度等力学参数方面，差距还是相对明显的
专利公开号为CN108893662A，公开日为2020.01.24的中国发明专利，公开了一种高耐磨再生铝合金，及其在汽车零件领域的应用。该再生铝合金包括：Si 7.0～12.0％，Fe1.2～5.0％，Mn 0.5～1.5％，Mg 0.1～0.4％，B 0.03～0.06％，RE 0.05～0.30％，Sr 0.01～0.06％，杂质元素0～0.15％，余量的Al。
该发明专利中的再生铝合金，其制备方法大体为：先确定目标再生铝合金的各元素配方，再在废铝液中一边测试成分、一边添加不足的合金元素，直至铝熔体中各项合金元素的含量都达标。
虽然，其最后的再生铝合金材料的综合力学性能基本可以满足汽车零件领域的要求，但是整个制备过程十分繁复，需要不断地去测试多种元素的含量、反复多次地增加各类元素，使得整个制备方法不够高效。
所以综上所述，现在急需一种在基本保证材料性能的前提下，可以尽量简化制备方法的新型再生铝合金材料，以用在汽车零件领域，例如生产制备汽车副车架。
发明内容
本发明提供一种汽车副车架用再生铝合金，其原料组成包括回用铝合金和微量元素组，当回用铝合金的密度当量≤22%时，微量元素组包括Cr、Mn，以及V，当回用铝合金的密度当量＞22%且≤25%时，微量元素组还包括Ti、B，以及Mo，最终使得：1、该再生铝合金材料可以满足汽车副车架对生产材料的各项性能要求；2、该再生铝合金材料的制备方法相对简单、高效，无需实时监控、调节。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种汽车副车架用再生铝合金，原料组成包括回用铝合金和微量元素组，当所述回用铝合金的密度当量≤22%时，所述微量元素组包括Cr、Mn，以及V，当所述回用铝合金的密度当量＞22%且≤25%时，所述微量元素组还包括Ti、B，以及Mo。
现有技术中，铝合金密度当量的计算方法为：
密度当量=（常压密度-减压密度）/常压密度。
因此密度当量越小，则说明回用铝合金中的气孔越少、杂质越少，铝合金越纯净、质量越高。
此外，在本发明中，Cr、Mn，以及V的添加，为的是优化回用铝合金中Fe相的形貌，该优化方式的有益效果，最终体现在再生铝合金材料性能上，就是抗拉强度的提升，和延伸率的提高。
而本发明中Ti、B，以及Mo的添加，为的是对回用铝合金的晶粒进行细化，使得最终的再生铝合金材料，其二次枝晶间距至少要＜40μm。
因此，对于密度当量相对较高且不超过25%这个阈值的回用铝合金，本发明额外采用Ti、B，以及Mo来改善晶粒结构，这是十分必要和高效的。
进一步优选的技术方案在于：所述回用铝合金的型号为6063、6061、2024、5052，以及5083中的任意一种或几种的混合物。
在本发明中，上述5种型号的废旧铝合金，自身具有相对较高的力学性能参数，以及较为纯净的铝合金成分组成，因此十分适用于作为所述回用铝合金。
此外，本发明中最后获得的再生铝合金材料，其各项性能参数与A356合金相比，需要大体相近，这样才能满足汽车副车架生产时对材料性能的要求。
进一步优选的技术方案在于：所述微量元素组的粒径为10-150μm。
进一步优选的技术方案在于：所述微量元素组的添加量为所述回用铝合金重量的0.15-0.25%。
在本发明中，所述微量元素组无论是单独包括Cr、Mn，以及V，还是额外再包括Ti、B，以及Mo，其用量都是相对较少的，因此可以进一步保证该再生铝合金的制备方法具有成本相对较低的优点。
进一步优选的技术方案在于所述微量元素组包括按重量计的以下各组分，Cr：15-18%、Mn：44-46%，以及余量的V。
进一步优选的技术方案在于所述微量元素组包括按重量计的以下各组分，Cr：4-6%、Mn：19-25%、V：11-17%、Ti：2-8%、B：1-9%，以及余量的Mo。
进一步优选的技术方案在于制备方法依次包括以下步骤，
S1、预处理：对废旧铝合金依次进行清洗、除油、分选，以及预热操作，得到所述回用铝合金；
S2、熔化：在熔炼炉中先将所述回用铝合金熔化，再加入所述微量元素组和纯铝，保温熔炼，并得到初熔体；
S3、精炼：在所述初熔体中添加精炼剂，并通入惰性气体，然后进行扒渣操作，得到铝合金液；
S4、铸造：先对所述铝合金液进行保温操作，最后铸造制得再生铝合金锭。
进一步优选的技术方案在于：S1中，分选操作依次包括磁铁吸附除铁，以及铝合金型号筛分。
进一步优选的技术方案在于：S2中，所述回用铝合金熔化的温度为850-900℃。
进一步优选的技术方案在于：S3中，所述精炼剂通过被惰性气体鼓入的方式，添加到所述初熔体内部，所述惰性气体为氮气。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
实施例1
一种汽车副车架用再生铝合金，其制备方法依次包括以下步骤，
S1、预处理：对废旧铝合金依次进行清洗、除油、分选，以及预热操作，得到所述回用铝合金；
S2、熔化：在熔炼炉中先将所述回用铝合金熔化，再加入所述微量元素组和纯铝，保温熔炼，并得到初熔体；
S3、精炼：在所述初熔体中添加精炼剂，并通入惰性气体，然后进行扒渣操作，得到铝合金液；
S4、铸造：先对所述铝合金液进行保温操作，最后铸造制得再生铝合金锭。
S1中，所述分选操作依次包括磁铁吸附除铁，以及铝合金型号筛分，筛分得到的所述回用铝合金的型号为6063、2024、5052，以及5083这四种，经检测，其密度当量的平均值为21.2%。
S2中，所述回用铝合金熔化的温度为850℃，所述纯铝的添加量为回用铝合金和纯铝总重量的24%。
S2中，所述微量元素组包括按重量计的以下各组分，Cr：18 %、Mn：44%，以及余量的V，所述微量元素组的粒径为22-75μm，其添加量为所述回用铝合金重量的0.20%。
S3中，所述精炼剂通过被惰性气体鼓入的方式，添加到所述初熔体内部，所述惰性气体为氮气，所述精炼剂为河南景康实业有限公司生产的、型号为HNJK-J203的含钠精炼剂。
S4中，所述铝合金液先在600℃条件下保温30min，再进行铸造操作。
最后，对本实施例中的再生铝合金锭进行微观组织观测，具体的二次枝晶间距数据见下表1。
实施例2
一种汽车副车架用再生铝合金，其制备方法依次包括以下步骤，
S1、预处理：对废旧铝合金依次进行清洗、除油、分选，以及预热操作，得到所述回用铝合金；
S2、熔化：在熔炼炉中先将所述回用铝合金熔化，再加入所述微量元素组和纯铝，保温熔炼，并得到初熔体；
S3、精炼：在所述初熔体中添加精炼剂，并通入惰性气体，然后进行扒渣操作，得到铝合金液；
S4、铸造：先对所述铝合金液进行保温操作，最后铸造制得再生铝合金锭。
S1中，所述分选操作依次包括磁铁吸附除铁，以及铝合金型号筛分，筛分得到的所述回用铝合金的型号为6063、6061，以及5083这三种，经检测，其密度当量的平均值为24.3%。
S2中，所述回用铝合金熔化的温度为890℃，所述纯铝的添加量为回用铝合金和纯铝总重量的32%。
S2中，所述微量元素组包括按重量计的以下各组分，Cr：4%、Mn：19%、V：13%、Ti：3%、B：7%，以及余量的Mo，所述微量元素组的粒径为42-105μm，其添加量为所述回用铝合金重量的0.22%。
S3中，所述精炼剂通过被惰性气体鼓入的方式，添加到所述初熔体内部，所述惰性气体为氮气，所述精炼剂为河南景康实业有限公司生产的、型号为HNJK-J203的含钠精炼剂。
S4中，所述铝合金液先在600℃条件下保温30min，再进行铸造操作。
最后，对本实施例中的再生铝合金锭进行微观组织观测，具体的二次枝晶间距数据见下表1。
实施例3
一种汽车副车架用再生铝合金，其制备方法依次包括以下步骤，
S1、预处理：对废旧铝合金依次进行清洗、除油、分选，以及预热操作，得到所述回用铝合金；
S2、熔化：在熔炼炉中先将所述回用铝合金熔化，再加入所述微量元素组和纯铝，保温熔炼，并得到初熔体；
S3、精炼：在所述初熔体中添加精炼剂，并通入惰性气体，然后进行扒渣操作，得到铝合金液；
S4、铸造：先对所述铝合金液进行保温操作，最后铸造制得再生铝合金锭。
S1中，所述分选操作依次包括磁铁吸附除铁，以及铝合金型号筛分，筛分得到的所述回用铝合金的型号为2024、6061，以及5052这三种，经检测，其密度当量的平均值为23.8%。
S2中，所述回用铝合金熔化的温度为900℃，所述纯铝的添加量为回用铝合金和纯铝总重量的37%。
S2中，所述微量元素组包括按重量计的以下各组分，Cr：6%、Mn：25%、V：13%、Ti：8%、B：9%，以及余量的Mo，所述微量元素组的粒径为77-92μm，其添加量为所述回用铝合金重量的0.24%。
S3中，所述精炼剂通过被惰性气体鼓入的方式，添加到所述初熔体内部，所述惰性气体为氮气，所述精炼剂为河南景康实业有限公司生产的、型号为HNJK-J203的含钠精炼剂。
S4中，所述铝合金液先在600℃条件下保温30min，再进行铸造操作。
最后，对本实施例中的再生铝合金锭进行微观组织观测，具体的二次枝晶间距数据见下表1。
对比例1
本对比例中的再生铝合金，其原料组成和制备方法，与实施例1相比，区别之处仅有如下1点：
所述微量元素组替换为如下组分（按重量计）， Cr：5 %、Mn：22%、V：16%、Ti：2%、B：5%，以及余量的Mo。
最后，对本对比例中的再生铝合金锭进行微观组织观测，具体的二次枝晶间距数据见下表1。
对比例2
本对比例中的再生铝合金，其原料组成和制备方法，与实施例2相比，区别之处仅有如下1点：
所述微量元素组替换为如下组分（按重量计），Cr：17%、Mn：46%，以及余量的V。
最后，对本对比例中的再生铝合金锭进行微观组织观测，具体的二次枝晶间距数据见下表1。
对比例3
本对比例中的再生铝合金，其原料组成和制备方法，与实施例3相比，区别之处仅有如下1点：
所述微量元素组替换为如下组分（按重量计），Cr：18%、Mn：44%，以及余量的V。
最后，对本对比例中的再生铝合金锭进行微观组织观测，具体的二次枝晶间距数据见下表1。
性能测试
上述3个实施例、3个对比例中的再生铝合金锭，分别都制得5根拉伸实验用棒，然后进行综合力学性能测试，并取平均值，结果见下表2。
表1
表2
从上述2张表中，可以得出如下结论。
第一、3个实施例中的再生铝合金材料，都可以达到抗拉强度＞320MPa、屈服强度＞250MPa的汽车副车架生产使用需求，最终保证汽车副车架无需降级使用，这是十分节能环保的。
第二、如对比例1所示，对于质量相对较好的回用铝合金，其微量元素组也是额外添加了Ti、B，以及Mo，此时对于再生铝合金材料的性能没有影响也没有提升，换言之，此时微量元素组的部分物料是浪费的，不符合节能环保的生产要求。
第三、如对比例2、3所示，对于质量相对较差的回用铝合金，其微量元素组如果没有额外新添加Ti、B，以及Mo，则最后的再生铝合金就会出现晶粒结构较大、综合力学性能较差的问题，不能满足汽车副车架的生产使用要求。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种汽车副车架用再生铝合金，其特征在于：原料组成包括回用铝合金和微量元素组，当所述回用铝合金的密度当量≤22%时，所述微量元素组包括Cr、Mn，以及V，当所述回用铝合金的密度当量＞22%且≤25%时，所述微量元素组还包括Ti、B，以及Mo。
2.根据权利要求1所述的一种汽车副车架用再生铝合金，其特征在于：所述回用铝合金的型号为6063、6061、2024、5052，以及5083中的任意一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种汽车副车架用再生铝合金，其特征在于：所述微量元素组的粒径为10-150μm。
4.根据权利要求1所述的一种汽车副车架用再生铝合金，其特征在于：所述微量元素组的添加量为所述回用铝合金重量的0.15-0.25%。
5.根据权利要求1所述的一种汽车副车架用再生铝合金，其特征在于所述微量元素组包括按重量计的以下各组分，Cr：15-18%、Mn：44-46%，以及余量的V。
6.根据权利要求1所述的一种汽车副车架用再生铝合金，其特征在于所述微量元素组包括按重量计的以下各组分，Cr：4-6%、Mn：19-25%、V：11-17%、Ti：2-8%、B：1-9%，以及余量的Mo。
7.根据权利要求1所述的一种汽车副车架用再生铝合金，其特征在于制备方法依次包括以下步骤，
S1、预处理：对废旧铝合金依次进行清洗、除油、分选，以及预热操作，得到所述回用铝合金；
S2、熔化：在熔炼炉中先将所述回用铝合金熔化，再加入所述微量元素组和纯铝，保温熔炼，并得到初熔体；
S3、精炼：在所述初熔体中添加精炼剂，并通入惰性气体，然后进行扒渣操作，得到铝合金液；
S4、铸造：先对所述铝合金液进行保温操作，最后铸造制得再生铝合金锭。
8.根据权利要求7所述的一种汽车副车架用再生铝合金，其特征在于：S1中，分选操作依次包括磁铁吸附除铁，以及铝合金型号筛分。
9.根据权利要求7所述的一种汽车副车架用再生铝合金，其特征在于：S2中，所述回用铝合金熔化的温度为850-900℃。
10.根据权利要求7所述的一种汽车副车架用再生铝合金，其特征在于：S3中，所述精炼剂通过被惰性气体鼓入的方式，添加到所述初熔体内部，所述惰性气体为氮气。
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