本发明涉及汽车用铝合金的
技术领域：
，尤其是涉及一种用于生产高强度超轻型全铝车架的铝合金型材及其制备方法。
背景技术：
：汽车车架一般由纵梁和横梁组成，其形式主要有边梁式和中梁式两种，边梁式车架由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用铆接法或者焊接法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性构架。近年来，随着汽车行业的发展，对车架的强度和轻质要求越来越高，很多生产车架的企业试图从车架结构上进行改进，但是都收效甚微，差强人意。典型的轻质铝合金6061是一种高质量的铝合金材料，具有很高的韧性、良好的焊接性以及抗腐蚀性能，可用于载重汽车、船舶、航天装置、卡车、电车、模具、电子、家具、抗腐蚀性结构，常用于建筑铝合金门窗、幕墙、各种工业框架结构、轨道交通、航空航天、军工装备、自动化输送设备等领域。6061牌号的铝合金按照重量百分比由以下成分组成：si0.4~0.8%、fe0.7%、cu0.15~0.4%、mn0.15%、mg0.8~1.2%、cr0.04~0.35%、zn0.25%、ti0.15%，其余为al和不可避免的杂质。但是，在实际生产6061牌号铝合金时，经常存在铝合金型材表面质量不理想、焊接质量差和材料抗冲击性差等问题。技术实现要素：本发明的目的是提供一种用于生产高强度超轻型全铝车架的铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材表面质量稳定、焊接质量好以及材料抗冲击性高。本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种用于生产高强度超轻型全铝车架的铝合金型材，所述的铝合金型材包括如下重量百分比的组分：si0.65~0.75%、fe0.17~0.22%、cu0.17~0.22%、mn0.08~0.12%、mg0.85~0.95%、cr0.06~0.11%、b0.03~0.06%、mo0.015~0.025%、zn0.03~0.05%、ti0.03~0.05%，余量为铝和不可避免的杂质。通过采用上述技术方案，按照重量百分比计，向铝合金配方中加入b和mo，b含量限定在0.03~0.06%，mo含量限定在0.015~0.025%，并且将si含量调节在0.65~0.75%，fe的含量调节在0.17~0.22%，cu的含量调节在0.17~0.22%，mn的含量限定在0.08~0.12%，mg含量限定在0.85~0.95%，zn0.03~0.05%、ti0.03~0.05%；si（硅）是为了脱氧目的而加入到铝合金中的，有助于提高铝合金的强度和抗软化性，加入0.65~0.75%的si，可降低铝合金的柔韧性；cu（铜）添加至铝合金的配方体系中，可改善铝合金的大气腐蚀性能，cu是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，时效析出的cual2具有明显的时效强化效果，cu可提高铝合金的强度和屈服比，而对焊接性能没有不利的影响；含量过大时，经固溶处理和时效后，可产生时效强化作用，在热变形加工时会导致铜脆现象；mn（锰）可提高铝合金的可淬性，加入0.08~0.12%的mn，有效提高铝合金的强度和热加工性，铝锰合金是非时效硬化合金，锰可阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，能显著细化再结晶晶粒，将mn与b复配后，可降低热裂倾向，使得锰铝化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能；cr（铬）可提高铝合金的耐蚀性，添加0.06~0.11%含量的cr，即可达到优异的强度，若超过0.11%，强度也不再继续升高；另外，cr与b复配添加至铝合金配方中，起到阻碍再结晶的形核和长大的过程，对铝合金起到一定的强化作用，还能改善铝合金的韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性；ti（钛）、b添加至铝合金中，形成铝钛合金或铝钛硼合金，起到细化铸造组织和焊缝组织的作用，可提高铝合金的焊接质量；mg（镁）加入铝合金中可作为脱氧剂，mg在铝合金中起到细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高铝合金的冲击韧性，降低冷脆倾向和时效倾向性，平衡因si、mn的加入而造成的柔性缺陷；同时mg还可提高铝合金的抗腐蚀性能，特别是与钼、铜、硅、铬等元素配合时，效果更好；mo（钼）是一种银白色的金属，硬而坚韧，熔点高，热传导率也比较高，常温下不与空气发生氧化反应，作为一种过渡元素，极易改变其氧化状态，钼离子的颜色也会随着氧化状态的改变而改变，钼具有高强度、高熔点、耐腐蚀、耐研磨等优点，可应用在钢铁、石油、化工、电气和电子技术、医药和农业等领域；mo与ti产生协同作用，减少了铸锭均匀化时间，提高铝合金的力学性能和改善制品表面粗糙度；本申请是在牌号为6061基础上进行优化，再添加b和mo，进行合金化处理，b、mo与配方中的mn、cr、ti产生协同作用，可提高铝合金产品的表面质量和焊接质量；mo与mg、mo与al产生协同作用，可改善铝合金制品的表面质量和抗冲击性。本发明进一步设置为，所述的铝合金型材包括如下重量百分比的组分：si0.67~0.72%、fe0.19~0.21%、cu0.19~0.21%、mn0.09~0.11%、mg0.87~0.92%、cr0.08~0.10%、b0.03~0.06%、mo0.018~0.022%、zn0.03~0.05%、ti0.03~0.05%，余量为铝和不可避免的杂质。通过采用上述技术方案，上述配方是将各组分的成分含量进行优化，得到的铝合金制品的表面质量更优、焊接质量良好和抗冲击性能优异。本发明进一步设置为，所述的铝合金型材包括如下重量百分比的组分：si0.70%、fe0.20%、cu0.20%、mn0.10%、mg0.90%、cr0.09%、b0.045%、mo0.020%、zn0.03%、ti0.03%，余量为铝和不可避免的杂质。通过采用上述技术方案，对铝合金配方进一步优化，得到最优组分含量的铝合金配方。本发明的另一目的在于公开了一种用于生产高强度超轻型全铝车架的铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：（1）熔炼：提取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝镁中间合金、铝铬中间合金、铝钼中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金，装炉熔炼，温度为730~750℃，时间为4~5h，然后向熔炼炉中加入镁锭，并搅拌，继续熔炼，时间为25~30min，然后扒渣；（2）精炼：将熔炼炉的温度调整至精炼温度为715~730℃，缓慢加入含硼精炼剂精炼20~30min，扒渣；（3）浇铸：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，浇铸温度为730~735℃，浇铸速度为75~90mm/min，获得铝合金铸棒，冷却至150℃以下；（4）挤压：将铝合金铸棒加热至495~505℃，挤压模具加热至485~490℃进行挤压，获得铝合金型材；（5）切割：将铝合金型材定长切割成段。通过采用上述技术方案，选取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝镁中间合金、铝铬中间合金和铝钼中间合金进行熔炼，温度调节至730~750℃，然后mg元素以镁锭的形式加入，补充铝合金配方中的剩余镁元素，有利于mg更好地与配方中的其他组分掺混；然后进行精炼，精炼过程中加入含硼精炼剂，使得b更加均匀与mn、cr、ti元素掺混，更加有利于铝合金的铸造；再经过浇铸、挤压成型，浇铸温度限定在730~735℃，在挤压过程中，挤压模具温度略低于铝合金铸棒的温度，防止铝合金表面发生晶粒粗化，有利于提高铝合金的表面质量。本发明进一步设置为：所述步骤（3）在冷却过程中，将铸棒插进隔热套筒内，然后向隔热套筒内不断冲击低温石灰石砂，低温石灰石砂从隔热套筒漏出，低温石灰石砂的含水量为5~8%。通过采用上述技术方案，利用低温石灰石砂冲击在铸棒上，而铸棒限制在隔热套筒内，隔热套筒起到聚集热量的作用，可见在隔热套筒内发生冷热气流的交替，有利于铸棒表层金属晶粒细化，提高铝合金的表面质量。本发明进一步设置为：所述步骤（4）中将挤压后的铝合金型材，在250~380吨的拉力下进行冷挤压压缩变形，纵向变形量为20~25%。通过采用上述技术方案，采用较大的拉力对铝合金型材进行纵向压缩，管壁表面形成温差，压缩工艺可减小铝合金型材的成型重量，在奥氏体化的过程中，晶粒细化，晶格规整，有助于减小铝合金型材的壁厚，形成轻质铝合金型材。本发明进一步设置为：所述含硼精炼剂是氟硼酸钠与硼砂粉熔剂以重量比为1:1混合得到。通过采用上述技术方案，含硼精炼剂是由氟硼酸钠和硼砂粉熔剂混合得到，二者掺混后加入到精炼炉内，在铸造过程中，铝液中的tib2不断释放，逐步进入铸锭中，相比于单独添加硼砂粉熔剂而言，可减小ti含量的波动。综上所述，本发明的有益技术效果为：1.以牌号为6061的铝合金作为基础，添加b和mo，进行合金化处理，b、mo与配方中的mn、cr、ti产生协同作用，可提高铝合金产品的表面质量和焊接质量；mo与mg、mo与al产生协同作用，可改善铝合金制品的表面质量和抗冲击性；2.在精炼过程中，加入含硼精炼剂，可减小ti含量的波动，有利于增强铝合金制品的焊接质量与焊缝质量；3.在挤压过程后，采用较大的拉力进行冷挤压压缩变形，可减小铝合金型材的壁厚，从而制备轻质的铝合金型材；4.浇铸形成铸棒后，借助隔热套筒和低温石灰石砂，有利于铸棒快速冷却，提高铸棒的表面质量。具体实施方式以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。实施例一：一种用于生产高强度超轻型全铝车架的铝合金型材，该铝合金型材包括如下重量百分比的组分：si0.65%、fe0.17%、cu0.17%、mn0.08%、mg0.85%、cr0.06%、b0.03%、mo0.015%、zn0.05%、ti0.05%，余量为铝和不可避免的杂质；该铝合金型材采用如下方法制备：（1）熔炼：提取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝镁中间合金、铝铬中间合金、铝钼中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金，装炉熔炼，温度为730~750℃，时间为4~5h，然后向熔炼炉中加入镁锭，并搅拌，继续熔炼，时间为25~30min，然后扒渣；（2）精炼：将熔炼炉的温度调整至精炼温度为715~730℃，缓慢加入含硼精炼剂精炼20~30min，扒渣，含硼精炼剂采用氟硼酸钠与硼砂粉熔剂以重量比为1:1混合得到；（3）浇铸：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，浇铸温度为730~735℃，浇铸速度为75~90mm/min，获得铝合金铸棒，冷却至150℃以下；（4）挤压：将铝合金铸棒加热至495~505℃，挤压模具加热至485~490℃进行挤压，获得铝合金型材；（5）切割：将铝合金型材定长切割成段。实施例二：一种用于生产高强度超轻型全铝车架的铝合金型材，与实施例一的不同之处在于铝合金组分含量不同，该铝合金型材包括如下重量百分比的组分：si0.67%、fe0.19%、cu0.19%、mn0.09%、mg0.87%、cr0.08%、b0.03%、mo0.018%、zn0.04%、ti0.04%，余量为铝和不可避免的杂质；该铝合金型材的制备方法同实施例一。实施例三：一种用于生产高强度超轻型全铝车架的铝合金型材，与实施例一的不同之处在于铝合金组分含量不同，该铝合金型材包括如下重量百分比的组分：si0.70%、fe0.20%、cu0.20%、mn0.10%、mg0.90%、cr0.09%、b0.045%、mo0.020%、zn0.03%、ti0.03%，余量为铝和不可避免的杂质；该铝合金型材的制备方法同实施例一。实施例四：一种用于生产高强度超轻型全铝车架的铝合金型材，与实施例一的不同之处在于铝合金组分含量不同，该铝合金型材包括如下重量百分比的组分：si0.72%、fe0.21%、cu0.21%、mn0.11%、mg0.92%、cr0.10%、b0.06%、mo0.022%、zn0.04%、ti0.04%，余量为铝和不可避免的杂质；该铝合金型材的制备方法同实施例一。实施例五：一种用于生产高强度超轻型全铝车架的铝合金型材，与实施例一的不同之处在于铝合金组分含量不同，该铝合金型材包括如下重量百分比的组分：si0.75%、fe0.22%、cu0.22%、mn0.12%、mg0.95%、cr0.11%、b0.06%、mo0.025%、zn0.04%、ti0.04%，余量为铝和不可避免的杂质；该铝合金型材的制备方法同实施例一。实施例六：一种用于生产高强度超轻型全铝车架的铝合金型材，与实施例一的不同之处在于铝合金型材的制备方法不同。具体包括如下步骤：（1）熔炼：提取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝镁中间合金、铝铬中间合金、铝钼中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金，装炉熔炼，温度为730~750℃，时间为4~5h，然后向熔炼炉中加入镁锭，并搅拌，继续熔炼，时间为25~30min，然后扒渣；（2）精炼：将熔炼炉的温度调整至精炼温度为715~730℃，缓慢加入含硼精炼剂精炼20~30min，扒渣；（3）浇铸：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，浇铸温度为730~735℃，浇铸速度为75~90mm/min，获得铝合金铸棒，冷却至150℃以下，在冷却过程中，将铝合金铸棒插进隔热套筒内，然后向隔热套筒内不断冲击低温石灰石砂，低温石灰石砂从隔热套筒漏出，低温石灰石砂的含水量为5~8%；（4）挤压：将铝合金铸棒加热至495~505℃，挤压模具加热至485~490℃进行挤压，获得铝合金型材，将挤压后的铝合金型材，在250~380吨的拉力下进行冷挤压压缩变形，纵向变形量为20~25%；（5）切割：将铝合金型材定长切割成段。对比例：一种铝合金型材，包括如下重量百分比的组分：si0.4~0.8%、fe0.7%、cu0.15~0.4%、mn0.15%、mg0.8~1.2%、cr0.04~0.35%、zn0.25%、ti0.15%，其余为al和不可避免的杂质，该铝合金的制备方法包括如下步骤：（1）熔炼：提取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝镁中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金和铝钛中间合金，装炉熔炼，温度为730~750℃，时间为4~5h，然后向熔炼炉中加入镁锭，并搅拌，继续熔炼，时间为25~30min，然后扒渣；（2）精炼：将熔炼炉的温度调整至精炼温度为700~710℃，缓慢加入普通精炼剂精炼20~30min，扒渣；（3）浇铸：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，浇铸温度为720~725℃，浇铸速度为70~75mm/min，获得铝合金铸棒，冷却；（4）挤压：将铝合金铸棒加热至470~475℃，挤压模具加热至475~480℃进行挤压，获得铝合金型材；（5）切割：将铝合金型材定长切割成段。检测手段：（1）表面质量：肉眼观察，观察是否出现裂纹、起皮、腐蚀和气泡缺陷，是否有腐蚀斑、电灼伤、黑斑、氧化膜脱落缺陷；（2）耐蚀性：在35℃±1℃下，将大约10mg、100g/lnacl溶液滴至铝型材表面，目视观察液滴处直至产生腐蚀冒泡，计算氧化膜被穿透时间；（3）焊缝质量：焊接参数选用板材厚度为2mm，焊丝直径为2mm，钨极直径为2mm，焊接电流为90a，氩气流量为10l/min，喷嘴孔径为10mm；利用160t液压压力试验机在焊缝处加压直到焊缝所在区域产生塑性变形；（4）抗冲击性：利用电子万能试验机对铝合金的抗拉强度和屈服强度进行测试，按照gb/t16865-1997沿板材轧制方向制取拉伸试样，在室温条件下，按照gb/t228-1987在wdw-100型微机控制电子式万能试验机上进行，夹头移动速度2mm/min；（5）轻质性：选取相同尺寸的铝合金型材，分别称量重量。表面质量的检测结果如下表所示：样品表面质量实施例一未出现裂纹、起皮、腐蚀和气泡缺陷；未出现腐蚀斑、电灼伤、黑斑、氧化膜脱落实施例二未出现裂纹、起皮、腐蚀和气泡缺陷；未出现腐蚀斑、电灼伤、黑斑、氧化膜脱落实施例三未出现裂纹、起皮、腐蚀和气泡缺陷；未出现腐蚀斑、电灼伤、黑斑、氧化膜脱落实施例四未出现裂纹、起皮、腐蚀和气泡缺陷；未出现腐蚀斑、电灼伤、黑斑、氧化膜脱落实施例五未出现裂纹、起皮、腐蚀和气泡缺陷；未出现腐蚀斑、电灼伤、黑斑、氧化膜脱落实施例六未出现裂纹、起皮、腐蚀和气泡缺陷；未出现腐蚀斑、电灼伤、黑斑、氧化膜脱落对比例未出现裂纹、腐蚀缺陷；出现起皮和气泡，未出现腐蚀斑、电灼伤、黑斑、氧化膜脱落通过上表可知，实施例制备的铝合金型材具有良好的表面质量，而对比例则会出现轻微起皮和气泡现象，造成铝合金型材表面的缺陷。耐蚀性的检测结果如下表所示：样品24h48h96h实施例一未穿透未穿透未穿透实施例二未穿透未穿透未穿透实施例三未穿透未穿透未穿透实施例四未穿透未穿透未穿透实施例五未穿透未穿透未穿透实施例六未穿透未穿透未穿透对比例未穿透穿透穿透通过上表可知，实施例样品具有优异的耐蚀性，而对比例样品则在48h以内氧化膜出现穿透现象，耐蚀性不如实施例样品。焊缝质量的检测结果如下表所示：样品焊缝强度（mpa）实施例一55.56实施例二55.68实施例三55.73实施例四54.99实施例五55.25实施例六58.36对比例35.39通过上表可知，实施例样品的焊缝可承载较大的压力，焊缝强度可达到55mpa左右，而对比例样品的焊缝质量明显不如实施例样品。抗冲击性的检测结果如下表所示：样品抗拉强度（mpa）屈服强度（mpa）断后延伸率（%）实施例一31527612实施例二31827812实施例三32028012实施例四32027912实施例五31827812实施例六32528814对比例2802558通过上表可知，综合抗拉强度、屈服强度与断后延伸率，可判断试样的抗冲击性能，实施例样品的抗拉强度均在315mpa以上，屈服强度在276mpa以上，延伸率保持在12%以上，对比例样品显然不如实施例样品。轻质性的检测结果如下表所示：样品轻质性（g）实施例一186实施例二186实施例三185实施例四185实施例五185实施例六180对比例241通过上表可知，实施例样品具有更小的重量，可见在成型过程中，发生了晶粒细化，晶格规整，有效减小了铝合金型材的壁厚，从而达到更轻的目的。本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。当前第1页12