汽车焊接夹具合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车的装焊车间夹具技术领域，具体指一种汽车焊接夹具合金材料及 其制备方法，在降低夹具整体重量的同时利用一种新型的制备方法保证夹具的强度及其耐 磨性，实现夹具的轻量化。
【背景技术】
[0002] 在机动车组装生产厂的生产线上，装焊车间属于必须的生产环节。焊接的夹具一 般要求具有良好的耐磨性、强度高、体积稳定性好等特点。目前的汽车焊接夹具的材料基本 为Q235钢及45号钢，由于其自身重量过重，大型夹具运输过程中浪费了许多人力物力，手 持夹具不方便工人操作，造成零件焊接困难，对零件的尺寸以及白车身的匹配有较大的影 响；同时由于这种不便于运输的缺点导致厂房的布置以及零件的加工受到种种限制，增加 了额外的成本。同时由于额外的重量增加了夹具运输时的油耗，也不符合当今社会低碳环 保的主题。而且，钢的热膨胀系数相对较大，温度变化剧烈时，使用Q235钢或45号钢制作 的夹具的尺寸有一定的改变。目前，有许多整车厂所处的地理位置季节温度差较大，夹具尺 寸的改变造成了白车身尺寸的波动，为整车质量的控制带来了较大的困难。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种在保证夹具的强度及耐磨性的前提下，降低夹具重量， 便于夹具的运输及转移，保证夹具的尺寸稳定性的汽车焊接夹具合金材料及其制备方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案： 一种汽车焊接夹具合金材料，其特征在于：所述的焊接夹具合金材料成分为Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金。
[0005] 本发明具体地说：合金中的成分按重量百分比：Si为18%;Cu为3. 5%;Mg为0. 5% ; Cr为0. 5%;Mo为0. 5% ;杂质总和彡0. 5% ;余量为Al。
[0006] 本发明还包括一种汽车焊接夹具合金材料的制备方法，其特征在于：先将纯铝及 铝硅中间合金放入坩埚中，在熔炼炉中熔化后，加入纯镁、铝铜中间合金、铝铬中间合金及 铝钼中间合金进行熔炼，金属的熔炼温度为710~720°C，熔炼时间为融清；熔炼时同时加入 精炼剂为C2Cl6，加入量为金属液总质量的0. 5%，以粉末形式压入金属液并搅拌；金属液的 成分按重量百分比为：硅为18% ;Cu为3. 5%;Mg为0. 5% ;Cr为0. 5%;Mo为0. 5%，杂质总和 彡0. 5% ;余量为铝；然后对金属液进行精炼，保温10~15min后扒渣、再保温IOmin后浇入预 热温度为200~300°C的金属模具中制成坯锭； 热挤压加工工艺：将预热时间2h、预热温度为400~450°C的坯锭放入预热好的送 料膛中，然后利用挤压机将坯锭挤压到温度为450-500°C的金属模具型腔当中，金属 模具预热时间2h，挤压头行进的应变速率为0.Is\挤压比为20MPa~120MPa，制备成 Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金坯锭。
[0007] 本发明还包括挤压所采用的润滑剂为矿物油。
[0008] 本发明还包括在金属模具上涂有脱模涂料。
[0009] 在720°C熔炼纯铝及Al-26Si中间合金，融清后加入A1-50CU、Al-10Cr、Al-IOMo 和纯Mg。
[0010] 本发明的过共晶Al-18Si-3. 5CU-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金质轻、具有良好的耐磨 性、低热膨胀系数以及更好的体积稳定性，这几项过共晶铝硅合金的优点均满足夹具所需 特点。铝合金质轻，使用铝合金制作的手持夹具便于工人操作及运输，大幅度的节约了人力 物力，降低了生产的成本及周期，提高了劳动的效率；其次，过共晶铝硅合金具有优良的体 积稳定性，保证了夹具在北方地区低温时的尺寸稳定性，避免了由于低温导致夹具尺寸改 变，造成公差累计，白车身匹配不稳定的问题。但是过共晶铝硅合金由于硅含量较高，使得 合金的组织中出现了粗大块状的初生硅相以及板条状的共晶硅相，大块硬质相的尖角造成 了应力集中，使得合金的强度降低，并且削弱了合金的加工性能。因此，添加了Cu、Mg、Cr和 Mo等微量元素，改善了合金的组织，增加了合金的强度，同时选择了热挤压加工工艺，使得 合金中大块的初生硅相变得细小，改善组织的形貌，增加了合金的强度，提高了合金的加工 性能，并进一步增加了合金的耐磨性。
[0011] 通过本发明所述技术方案的实施，方法简单，便于控制，可以保证新型夹具材料的 强度及耐磨性，降低夹具的重量，提高夹具的尺寸稳定性。
【附图说明】
[0012] 下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0013] 图1为本发明热挤压结构示意图； 图2为本发明过共晶Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金热加工图； 图3为本发明过共晶Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金坯料显微组织示意图； 图4为本发明过共晶Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金热挤压后显微组织示意 图； 图5为本发明的工艺成形过程示意图。
[0014] 附图符号说明：1.挤压头，2.坯料，3.送料膛，4.模具。
[0015] 下面将结合附图通过实例，对本发明作进一步详细说明，但下述实例仅仅是本发 明的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要 求书为准。
【具体实施方式】
[0016] 下面将结合附图对本发明进行详细说明。
[0017] 本发明采用Al-18Si-3. 5CU-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金作为夹具的合金材料，该合 金材料的制备方法是先采用重力铸造制成所需的Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合 金坯锭，将纯铝及铝硅中间合金放入坩埚中，在熔炼炉中熔化后，加入纯镁、铝铜中间合金、 铝铬中间合金及铝钼中间合金进行熔炼，金属的熔炼温度为710~720°C，熔炼时间为融清； 熔炼时同时加入精炼剂为C2Cl6，加入量为金属液总质量的0. 5%，以粉末形式压入金属液并 搅拌；金属液的成分按重量百分比为：硅为18% ;Cu为3. 5% ;Mg为0. 5% ;Cr为0. 5% ;Mo为 0. 5%，杂质总和彡0. 5% ;余量为铝；然后对金属液进行精炼，保温10~15min后扒渣、再保温 IOmin后浇入预热温度为200~300°C的金属模具中制成坯锭； 热挤压加工工艺：将预热时间2h、预热温度为400~450°C的坯锭放入预热好的送料膛 中，然后利用挤压机将坯锭挤压到温度为450-500°C的金属模具型腔当中，金属模具预热时 间2h，挤压头行进的应变速率为0.1 s\挤压比为20MPa~120MPa，润滑剂采用矿物油，，制备 成Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金坯锭。
[0018] 为保证金属液的融化，并且降低其他元素氧化量，液态金属的浇注温度为 710~720°C;为了防止模具钢回火，模具温度为200~300°C;金属模具直径为?130mm，金属 模具上还涂有脱模涂料；高度为80mm。
[0019] 在金属模具中取出合金坯锭，车削掉坯锭外层氧化皮，然后在保温炉中保温一段 时间，使得其组织在设定温度下达到稳定，此时金属塑性良好，变形抗力低，使得随后的挤 压热挤压力大幅度降低，也使模具的单位载荷减小，同时也将模具及送料膛同时预热，避免 坯料挤压过程中温度急剧降低，影响挤压效果。相关工艺参数：坯料预热温度400~450°C， 送料膛及模具预热温度450°C，保温时间2h。
[0020] 图1为热挤压结构示意图，坯料预热好后用挤压头1将坯料2挤入送料膛3,然后 通过模具4将坯料通过大挤压比变形得到最终夹具材料。在此过程中，由于变形程度较大， 合金组织改善较多，经过回复再结晶后，组织更加圆整，进而提升合金强度。相关工艺参数： 坯锭的直径为? 128_，高度为80_，挤压比120MPa，挤压头挤压应变速率0.Is\挤压过程 采用润滑剂为矿物油。本发明的整体工艺过程如图5所示。
[0021] 以下仅以新材料合金热挤压成型工艺说明问题。
[0022] 热挤压的工艺参数是有合金的热压缩实验得到的，图2为该材料的合金热加工 图，图2中的阴影区域为加工失稳的区域，等值线上的数值越高越适合热加工。由图可 知，该合金在高变形温度，中应变速率时合金的热加工性能较高。但是由于变形温度为 450~500°C时，加工图大部分被失稳区域覆盖，所以通过热加工图的分析，可以知道该合金 在温度为400~450°C，应变速率为0.Is1时进行热挤、热乳、热锻等热变形工艺是比较合理 的。
[0023] 图3和图4为热挤压工艺前后合金显微组织的照片，可以明显的看出初生硅在合 金动态回复再结晶的作用下数量减少，形貌改善；共晶硅也由明显的版条状变为粒状，削弱 了尖角应力集中的情况，同时在大挤压比的作用下，合金组织中的缩松、缩孔等缺陷也被焊 合，大幅提高合金的强度。新材料与Q235钢的力学性能及热膨胀系数对比见表1。
[0024] 表 1
【主权项】
1. 一种汽车焊接夹具合金材料，其特征在于：所述的焊接夹具合金材料成分为 Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo 合金。2. 根据权利要求1所述的汽车焊接夹具合金材料，其特征在于：合金中的成分按重量 百分比：Si为18% ;Cu为3. 5% ;Mg为0. 5% ;Cr为0. 5% ;Mo为0. 5% ;杂质总和彡0. 5% ;余量 为AL3. -种汽车焊接夹具合金材料的制备方法，其特征在于：先将纯铝及铝硅中间合金放 入坩埚中，在熔炼炉中熔化后，加入纯镁、铝铜中间合金、铝铬中间合金及铝钼中间合金进 行熔炼，金属的熔炼温度为710~720°C，熔炼时间为融清；熔炼时同时加入精炼剂为C 2Cl6, 加入量为金属液总质量的〇. 5%，以粉末形式压入金属液并搅拌；金属液的成分按重量百分 比为：硅为18% ;Cu为3. 5% ;Mg为0. 5% ;Cr为0. 5% ;Mo为0. 5%，杂质总和彡0. 5% ;余量为铝； 然后对金属液进行精炼，保温l〇~15min后扒渣、再保温IOmin后浇入预热温度为200~300°C 的金属模具中制成坯锭； 热挤压加工工艺：将预热时间2h、预热温度为400~450°C的坯锭放入预热好的送 料膛中，然后利用挤压机将坯锭挤压到温度为450-500°C的金属模具型腔当中，金属 模具预热时间2h，挤压头行进的应变速率为0.1 s \挤压比为20MPa~120MPa，制备成 Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo 合金坯锭。4. 根据权利要求3所述的汽车焊接夹具合金材料的制备方法，其特征在于：挤压所采 用的润滑剂为矿物油。5. 根据权利要求3所述的汽车焊接夹具合金材料的制备方法，其特征在于：在金属模 具上涂有脱模涂料。
【专利摘要】本发明为一种汽车焊接夹具合金材料及其制备方法，涉及夹具材料的改良及制备工艺。选用了Al-18Si-3.5Cu-0.5Mg-0.5Cr-0.5Mo合金代替传统的Q235钢等材料制作夹具。其优点在于，铝合金质轻，使用铝合金制作的夹具，特别是手持夹具便于工人操作、运输和转移，更适合厂房内夹具的布置以及移动；同时过共晶铝硅合金有较好的耐磨性以及较低的热膨胀系数，北方一年四季的温度变化较大，低的热膨胀系数可以保证较高的夹具尺寸精度，避免由于夹具尺寸变化导致白车身匹配不稳定的问题；添加微量元素Cu、Mg、Cr和Mo以及使用热挤压工艺，大幅提高了铝硅合金的强度，使其满足夹具的使用。
【IPC分类】C22C1/03, C22F1/043, C22C21/02
【公开号】CN105088024
【申请号】CN201510530243
【发明人】张磊, 杨叶, 高琳琳, 孙艳, 李雪, 周宇, 韩磊
【申请人】华晨汽车集团控股有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月27日