一种汽车零部件铝型材及其制备方法
【专利摘要】发明公开了一种汽车零部件铝型材，其特征在于：含有如下质量百分比的金属物质：Si1.00-1.30％、Cu0.4-0.55％、Fe0.10-0.20、Mn0.30-0.40％、Mg0.50-0.60％、Cr0.20-0.30％、Ti0.02-0.04％、Zn≤0.03、单个杂质的量≤0.03、杂质总和≤0.10，其余为Al。本发明还公开了一种所示汽车零部件铝型材的制备方法。本发明所述铝合金的力学性能、耐摩擦、耐腐蚀能力相比一般6000系铝合金都得到明显提高,本发明所述铝合金力学性能要求高出6061合金力学性能的20％。
【专利说明】一种汽车零部件铝型材及其制备方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝型材，特别是涉及一种用于汽车零部件铝型材及其制备方法。【背景技术】
[0002]铝合金除了具有密度小、导电性好、导热性高、抗腐蚀的优点外，还具有比强度和比刚度高，加工及成型性能好等特点，因此铝合金已开始代替钢铁材料，广泛应用于汽车制造中，铝合金材料在汽车中的应用主要分为三方面:①汽车装饰类材料汽车结构类材料；③汽车功能类材料。其中汽车功能类的要求最为严格。常规的6000系列铝合金在汽车装饰类材料和汽车结构类材料中已广泛应用，但作为汽车功能类材料，不论强度、韧性，还是耐磨、耐腐蚀性、耐冲击性，常规6000系列铝合金均很难达到要求。汽车零部件产品属于汽车动力控制系统，因为工作环境的特殊性，产品的强度、韧性、耐磨、耐腐蚀性要求极苛亥IJ，现有技术中的汽车常规的6000系列铝合金很难满足强度、韧性、耐磨、耐腐蚀、耐冲击等要求。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种力学性能、耐摩擦、耐腐蚀能力高的汽车零部件铝型材及其制备方法。
[0004]一种汽车零部 件铝型材，其含有如下质量百分比的金属物质:
[0005]Sil.00-1.30%, Cu0.4-0.55%, Fe0.10-0.20、Mn0.30-0.40 %, Mg0.50-0.60%,Cr0.20-0.30%, Ti0.02-0.04%, Zn ≤ 0.03、单个杂质的量≤ 0.03、杂质总和≤ 0.10，其余为Al。
[0006]本发明所述的汽车零部件铝型材，其中，含有如下质量百分比的金属物质:Sil.12%, Cu0.45%, Fe0.15%, Mn0.37%, Mg0.56%, Cr0.25%, Ti0.03%、单个杂质的量
0.03%、杂质总和0.10%，其余为Al。
[0007]—种汽车零部件铝型材的制备方法，其包括如下步骤:
[0008](I)熔炼:计算各金属原料用量并按配比准备金属原料，金属原料包括:一级废料，纯度99.70%以上的铝锭及中间合金，所述中间合金为硅含量为18-21%的铝硅、铜含量为39-42%的铝铜、铬含量为3-4%的铝铬、锰含量为9.0-11.0%的铝锰、纯度≥99.90%的镁锭和钛含量为4-5%的铝钛，所述一级废料占所述金属原料的量为50% ；
[0009]向熔炼炉中依次投入一级废料、铝锭及除所述镁锭和铝钛外的中间合金，熔化温度为720-760°C，待其熔化后，在745±5°C条件下投入高熔点的铝钛，再投入镁锭，取样进行化学检测，调整各组份含量，使产品中的各组份含量满足权利要求1或2的要求；
[0010](2)精炼、静置、除气、细化、过滤；
[0011](3)铸造；
[0012](4)均质、锯切、车皮；
[0013](5)挤压、固溶、时效。[0014]本发明所述的所述的汽车零部件铝型材的制备方法，其中，所述步骤(2)具体包括如下步骤:
[0015]熔炼结束后在熔炼炉中进行第一次精炼，在精炼容器中加入精炼剂，用量为2kg/T.Al，设定精炼时间30min，精炼温度730_740°C，并调整氩气压力，保证气泡高度不大于IOOmm ;利用除气机除气净化，转速在450r/min以上，氩气流量保持在1.0-1.85m3/h ;第一次精炼结束后将熔体从熔炼炉转移到静置炉，从熔炼炉溶化结束温度达到710°C开始至转静置炉前的熔体停留时间不得超过3h ;转炉后在所述静置炉内进行第二次精炼，精炼方法同第一次精炼，第二次精炼结束后再熔体表面均匀撒入8-lOkg覆盖剂，静置30min，最后经滤箱过滤。
[0016]本发明所述的所述的汽车零部件铝型材的制备方法，其中，步骤(3)中，经过滤箱过滤后，采用热顶方式进行铸造，铸棒直径384mm，铸造温度710_740°C，铸造速度50_90mm/min,冷却水量 80_120L/min。
[0017]本发明所述的所述的汽车零部件铝型材的制备方法，其中，步骤(4)具体包括如下步骤:均质:将铝棒转入均质炉进行均匀化处理，均匀化温度为560±5°C，保温时间为8h，冷却方式为大风急冷2.5h以上，水冷0.5h以上；锯切、车皮:均质后，将铝棒锯切成900mm定尺棒，并车皮3mm ;挤压:铝棒在6000t挤压机进行挤压，模温450±20°C，棒温490±20°C，挤压速度4土 lm/min，出口温度510°C以上。
[0018]本发明所述的所述的汽车零部件铝型材的制备方法，其中，步骤(5)具体包括如下步骤:在线固溶处理:在型材的出口处设置固定装置，所述固定装置由三个辊构成，其中两个棍竖直固定在 型材出口的两侧，剩余的一个棍横向固定在所述型材出口的上方，三个辊配合形成供所述型材挤出穿过的空间，在挤出过程中，型材与所述三个辊紧密接触；挤压出的材料在510°C以上时进行在线水冷，材料上下左右同时出水，保持均匀冷却，冷却水量130-180m3/h，冷却至室温；时效:固溶处理后，进行人工时效，温度170-190°C，保温9h。
[0019]本发明所述的所述的汽车零部件铝型材的制备方法，其中，采用考迈托淬火水冷装置，其顶部横截面为矩形，在所述矩形的宽度的两个侧面分别装有两个水嘴，为两个左水嘴和两个右水嘴，矩形的上边和下边两个边所在的两个侧面上分别设置有4个水嘴，上边四个水嘴依次为左I水嘴、左2水嘴、右I水嘴、右2水嘴，下边四个水嘴依次为左3水嘴、左4水嘴、右3水嘴、右4水嘴，其中，每个水嘴的喷水量设置如下:左水嘴10m3/h、右水嘴30m3A,左I水嘴llm3/h、左2水嘴21m3/h、右I水嘴0m3/h、右2水嘴llm3/h，左3水嘴12m3/h、左4水嘴0m3/h、右3水嘴23m3/h、右4水嘴12m3/h。
[0020]本发明汽车零部件铝型材与现有技术不同之处在于:
[0021]本发明汽车零部件铝型材相比一般6000系列铝合金，适当提高Si的含量，使Si与Mg充分形成Mg2Si后，Si有所剩余，以单晶硅的形式存在，弥散分布后提高材料的耐摩擦性；当硅含量超过1.30%时，由于型材形状的特殊性，导致挤压过程中压力过大，无法顺利挤压；相比一般6000系列铝合金，适当提高Cu的含量，提高材料的强度，但Cu会降低材料的耐腐蚀性，增加Mn和Cr的含量，对耐腐蚀性进行弥补,但Mn含量不能超过0.40% ,Mn含量过多易形成粗大晶，影响产品性能。本发明所述铝合金的力学性能、耐摩擦、耐腐蚀能力相比一般6000系铝合金都得到明显提高，本发明所述铝合金力学性能要求高出6061合金力学性能的20%。[0022]本发明汽车零部件铝型材的制备方法中，相比常规的6000系合金，均匀化温度由常规的540°C提高到560±5°C，可以提高型材的韧性，试验过程中首先采用540°C进行均质，发现型材的金相组织中析出物不均匀，且较粗大，由此判断型材的韧性和抗冲击性较差，通过调整均质制度为560°C，金相组织情况得到明显改善，析出物细小且均匀。本发明产品为一体挤压成型，内腔为圆形，外侧为不规则类圆形，壁厚不均匀，尺寸精度要求高，尺寸要求比JISH4100特殊级严格50% ;进行在线固溶处理时，本发明产品为壁厚不均匀的类圆环型材，为保证冷却均匀，上下左右水量需调整合理，并且安装固定装置，确保挤压型材直线行走，整体保证冷却水量150-180m3/h，冷却至室温。在此过程中，将固溶处理时形成的平衡溶质原子和平衡空位以过饱和形式保留至低温。在以往型材尺寸不合格时，通常采用修整模具的方式来进行解决，此次通过多次修整模具无法达到目的时，通过分析淬火冷却速度对型材尺寸的影响，进行多次的试验和分析，抓住淬火水量与型材尺寸变化的规律，巧妙的设定部分水嘴，设定适当的水量(根据本发明产品的特点，设计了 12个水嘴不同的喷水量)，并在挤压出口和淬火线末端安装固定型材的制具，确保挤压中的型材直线行走，有效的控制水量对型材热量的分解，达到性能和尺寸的要求。
[0023]下面结合附图对本发明的汽车零部件铝型材作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明汽车零部件铝型材产品的结构示意图；
[0025]图2为本发明汽车零部件铝型材制备方法中固定装置的结构示意图；
[0026]图3为本发明汽车零部件铝型材制备方法中考迈托淬火水冷装置各个水嘴的分布及喷水量的示意图；
[0027]图4为本发明汽车零部件铝型材金相组织照片。
【具体实施方式】
[0028]实施例1
[0029]一种汽车零部件铝型材，其含有如下质量百分比的金属物质:
[0030]Sil.00-1.30%,Cu0.4-0.55%,Mn0.30-0.40%,Mg0.50-0.60%,Cr0.20-0.30%,Ti0.02-0.04%、其余为铝；
[0031]现有技术铝合金中各成分:Si0.60-0.70 Cu0.20-0.30 Fe ≤ 0.35、Mn ≤0.10,Mgl.0-1.1 %, Cr0.05-0.08%,Ti ≤0.10、其他为铝，本发明正是对这个现有技
术的成分进行了调整。
[0032]一种汽车零部件铝型材的制备方法，其包括如下步骤:
[0033](I)熔炼:计算各金属原料用量并按配比准备金属原料，金属原料包括:一级废料，纯度99.70%以上的铝锭及中间合金，所述中间合金为硅含量为18-21%的铝硅、铜含量为39-42%的铝铜 、铬含量为3-4%的铝铬、锰含量为9.0-11.0%的铝锰、纯度≥99.90%的镁锭和钛含量为4-5%的铝钛，所述一级废料占所述金属原料的量为50% ；
[0034]向熔炼炉中依次投入一级废料、铝锭及除所述镁锭和铝钛外的中间合金，熔化温度为720-760°C，待其熔化后，在745±5°C条件下投入高熔点的铝钛，再投入镁锭，取样进行化学检测，调整各组份含量，使产品中的各组份含量满足本发明的要求；[0035](2)精炼、静置、除气、细化、过滤:
[0036]熔炼结束后在熔炼炉中进行第一次精炼，在精炼容器中加入精炼剂，用量为2kg/T.Al，设定精炼时间30min，精炼温度730_740°C，并调整氩气压力，保证气泡高度不大于IOOmm ;利用除气机除气净化，转速在450r/min以上，氩气流量保持在1.0-1.85m3/h ;第一次精炼结束后将熔体从熔炼炉转移到静置炉，从熔炼炉溶化结束温度达到710°C开始至转静置炉前的熔体停留时间不得超过3h ;转炉后在所述静置炉内进行第二次精炼，精炼方法同第一次精炼，第二次精炼结束后再熔体表面均匀撒入8-lOkg覆盖剂，静置30min，最后经滤箱过滤。
[0037](3)铸造:经过滤箱过滤后，采用热顶方式进行铸造，铸棒直径384mm，铸造温度710-740°C，铸造速度 50-90mm/min，冷却水量 80_120L/min。
[0038](4)均质、锯切、车皮:将铝棒转入均质炉进行均匀化处理，均匀化温度为560±5°C，保温时间为8h，冷却方式为大风急冷2.5h以上，水冷0.5h以上；锯切、车皮:均质后，将铝棒锯切成900mm定尺棒，并车皮3mm ;挤压:铝棒在6000t挤压机进行挤压，模温450±20°C，棒温 490±20°C，挤压速度 4土 lm/min，出口温度 510°C 以上；
[0039](5)挤压、固溶、时效: [0040]在线固溶处理:在型材的出口处设置固定装置，如图2所示，所述固定装置由三个棍构成，其中两个棍2竖直固定在型材出口的两侧，剩余的一个棍3横向固定在所述型材出口的上方，三个辊配合形成供所述型材挤出穿过的空间，所述三个辊在挤出过程中紧密贴合所述型材；
[0041]挤压出的材料在510°C以上时进行在线水冷，材料上下左右同时出水，保持均匀冷却，冷却水量130-180m3/h，冷却至室温；
[0042]时效:固溶处理后，进行人工时效，温度170_190°C，保温9h ；
[0043]淬火冷却时采用考迈托淬火水冷装置，设置有多个水嘴4，如图3所示，其顶部横截面为矩形，如图1所示，因为本发明的铝合金型材为壁厚不均匀的类圆环型材产品1，为一体挤压成型，内腔为圆形，外侧为不规则类圆形，壁厚不均匀，尺寸精度要求高，尺寸要求比JISH4100特殊级严格50% ;进行在线固溶处理时，本发明产品为壁厚不均匀的类圆环型材产品1，为保证冷却均匀，上下左右水量需调整合理，所以每个水嘴4的喷水量均不同，具体分布为:在所述矩形的宽度的两个侧面分别装有两个水嘴4，为两个左水嘴和两个右水嘴，矩形的上边和下边两个边所在的两个侧面上分别设置有4个水嘴4，上边四个水嘴4依次为左I水嘴、左2水嘴、右I水嘴、右2水嘴，下边四个水嘴4依次为左3水嘴、左4水嘴、右3水嘴、右4水嘴，其中，每个水嘴4的喷水量设置如下:左水嘴10m3/h、右水嘴30m3/h，左I水嘴llm3/h、左2水嘴21m3/h、右I水嘴0m3/h、右2水嘴llm3/h，左3水嘴12m3/h、左4水嘴 0m3/h、右 3 水嘴 23m3/h、右 4 水嘴 12m3/h。
[0044]本发明所述铝合金材料与现有技术6000铝合金材料的力学性能对比结果如表1所示，本发明所述铝合金材料金相照片如图4所示，显示析出物细小、均匀，可见材料的耐磨擦性、抗冲击性较高。
[0045]表1.本发明铝合金和现有技术铝合金的力学性能对比
[0046]
【权利要求】
1.一种汽车零部件铝型材，其特征在于:含有如下质量百分比的金属物质:
Sil.00-1.30 %、Cu0.4-0.55 %、Fe0.10-0.20、Mn0.30-0.40 Mg0.50-0.60Cr0.20-0.30%, Ti0.02-0.04%, Zn ( 0.03、单个杂质的量≤ 0.03、杂质总和≤ 0.10，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的汽车零部件铝型材，其特征在于:含有如下质量百分比的金属物质:Sil.12%, Cu0.45%,Fe0.15%,Mn0.37%,Mg0.56%, Cr0.25%, Ti0.03%、单个杂质的量0.03%、杂质总和0.10%，其余为Al。
3.—种权利要求1或2所述的汽车零部件铝型材的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)熔炼:计算各金属原料用 量并按配比准备金属原料，金属原料包括:一级废料，纯度99.70%以上的铝锭及中间合金，所述中间合金为硅含量为18-21%的铝硅、铜含量为39-42%的铝铜、铬含量为3-4%的铝铬、锰含量为9.0-11.0%的铝锰、纯度≥99.90%的镁锭和钛含量为4-5%的铝钛，所述一级废料占所述金属原料的量为50% ； 向熔炼炉中依次投入一级废料、铝锭及除所述镁锭和铝钛外的中间合金，熔化温度为720-760 0C，待其熔化后，在745 ± 5 °C条件下投入高熔点的铝钛，再投入镁锭，取样进行化学检测，调整各组份含量，使产品中的各组份含量满足权利要求1或2的要求； (2)精炼、静置、除气、细化、过滤； (3)铸造； (4)均质、锯切、车皮； (5)挤压、固溶、时效。
4.根据权利要求3所述的所述的汽车零部件铝型材的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)具体包括如下步骤: 熔炼结束后在熔炼炉中进行第一次精炼，在精炼容器中加入精炼剂，用量为2kg/T.Al，设定精炼时间30min，精炼温度730_740°C，并调整氩气压力，保证气泡高度不大于IOOmm ;利用除气机除气净化，转速在450r/min以上，氩气流量保持在1.0-1.85m3/h ;第一次精炼结束后将熔体从熔炼炉转移到静置炉，从熔炼炉溶化结束温度达到710°C开始至转静置炉前的熔体停留时间不得超过3h ;转炉后在所述静置炉内进行第二次精炼，精炼方法同第一次精炼，第二次精炼结束后再熔体表面均匀撒入8-lOkg覆盖剂，静置30min，最后经滤箱过滤。
5.根据权利要求3所述的汽车零部件铝型材，其特征在于:步骤(3)中，经过滤箱过滤后，采用热顶方式进行铸造，铸棒直径384mm，铸造温度710_740°C，铸造速度50-90mm/min，冷却水量80-120L/min。
6.根据权利要求3所述的汽车零部件铝型材，其特征在于:步骤(4)具体包括如下步骤:均质:将铝棒转入均质炉进行均匀化处理，均匀化温度为560±5°C，保温时间为8h，冷却方式为大风急冷2.5h以上，水冷0.5h以上；锯切、车皮:均质后，将铝棒锯切成900mm定尺棒，并车皮3mm ;挤压:铝棒在6000t挤压机进行挤压，模温450±20°C，棒温490±20°C，挤压速度4± lm/min，出口温度51 (TC以上。
7.根据权利要求3所述的汽车零部件铝型材，其特征在于:步骤(5)具体包括如下步骤:在线固溶处理:在型材的出口处设置固定装置，所述固定装置由三个辊构成，其中两个棍竖直固定在型材出口的两侧，剩余的一个棍横向固定在所述型材出口的上方，三个棍配合形成供所述型材挤出穿过的空间，在挤出过程中，型材与所述三个辊紧密接触；挤压出的材料在510°C以上时进行在线水冷，材料上下左右同时出水，保持均匀冷却，冷却水量130-180m3/h，冷却至室温；时效:固溶处理后，进行人工时效，温度170-190°C，保温9h。
8.根据权利要求7所述的汽车零部件铝型材，其特征在于:采用考迈托淬火水冷装置，其顶部横截面为矩形，在所述矩形的宽度的两个侧面分别装有两个水嘴，为两个左水嘴和两个右水嘴，矩形的上边和下边两个边所在的两个侧面上分别设置有4个水嘴，上边四个水嘴依次为左I水嘴、左2水嘴、右I水嘴、右2水嘴，下边四个水嘴依次为左3水嘴、左4水嘴、右3水嘴、右4水嘴，其中，每个水嘴的喷水量设置如下:左水嘴10m3/h、右水嘴30m3/h，左I水嘴llm3/h、左2水嘴21m3/h、右I水嘴0m3/h、右2水嘴llm3/h，左3水嘴12m3/h、左4水嘴0m3/h、 右3水嘴23m3/h、右4水嘴12m3/h。
【文档编号】C22C21/02GK104018036SQ201410294209
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】张培良, 王刚, 王明坤, 孙协涛, 吕怀成 申请人:龙口市丛林铝材有限公司