本发明属于铝合金加工领域，具体涉及一种车用铝合金棒材及加工方法。
背景技术：
车用铝合金棒材粗晶问题已困扰了行业多年，粗晶环是一种在产品周边出现的晶粒粗大的环状区域。车用结构部件所涉及的棒材产品在挤压完毕后还需进行锻造处理，故对于表面粗晶要求比较高，且淬火后粗晶层厚度≤1mm，所以在实际生产过程中，特别是在锻造环节，棒材产品的表面粗晶情况较为严重，会在粗晶区域形成裂纹，严重影响了产品的质量及寿命。而一旦产生了粗晶，就需要对其进行二次切定尺复检，如果复检依旧不合格，就会整支报废。这样严重制约了生产速率；且每次复检，都会从成品上再次取头尾两支料样，使得相关工序工程量增加，人力物力浪费严重，同时也增加了缺陷产品流出的风险。若通过增加切头尾的长度来把棒材产品的粗晶区域完全切除，会造成棒材产品的总成品率减小，还增加了生产成本，使得利润率降低。
目前的棒材开发，多采用单孔生产工艺技术，其工作效率低，成品率不及50％，且头尾废料增多，表面粗晶严重，从而导致二次取样、淬火、加工次数的大大增加，加剧了人力物力的浪费。故这样的单孔生产工艺已不能满足正常的棒材产品开发，所以，亟待设计新的多孔生产工艺来控制产品的粗晶率，以提高棒材产品的合格率及成品率。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车用铝合金棒材及加工方法，旨在解决棒材产品表面粗晶率高的问题。
为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种车用铝合金棒材的加工方法，包括如下步骤：按成分质量百分比为：si：0.7～1.3％，mg：0.6～1.2％，mn：0.4～1.0％，cu:0.1％，fe：≤0.5％，zn：≤0.2％，ti：≤0.1％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为al，配料并熔铸成铸棒；再将铸棒依次进行挤压、在线淬火、锯切、拉伸及切去头尾废料，且在挤压时采用多孔分流模挤压，并控制挤压比为10～15。
优选的，按成分质量百分比为：si：0.7～0.9％，mg：0.6～0.8％，mn：0.4～0.6％，cu:0.1％，fe：≤0.5％，zn：≤0.2％，ti：≤0.1％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为al；控制挤压比为10～12。
优选的，按成分质量百分比为：按成分质量百分比为：si：1.1～1.3％，mg：1.0～1.2％，mn：0.8～1.0％，cu:0.1％，fe：≤0.5％，zn：≤0.2％，ti：≤0.1％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为al；控制挤压比为14～15。
优选的，按成分质量百分比为：按成分质量百分比为：si：1.0％，mg：0.9％，mn：0.7％，cu:0.1％，fe：≤0.5％，zn：≤0.2％，ti：≤0.1％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为al；控制挤压比为13。
优选的，多孔分流模采用三孔分流模具，并在挤压时采用液氮冷却。
优选的，在挤压时采用挤压速度为6±1m/min，挤压筒温度为480±20℃，模具温度为490±20℃，铸棒温度为500±10℃，制品出口温度为490±10℃。
优选的，在线淬火采用水冷，淬火后的制品温度小于50℃。
优选的，在拉伸时的拉伸系数为0.5～1.0％。
本发明还提出的一种车用铝合金棒材，其是采用上述的车用铝合金棒材的加工方法制得，所述棒材在低倍检查中的粗晶合格率≥95％。
本车用铝合金棒材在控制表面粗晶的工艺中是采用特制的多孔模具配套专用的多孔生产夹具及多孔淬火工具，并设定新的挤压生产工艺，在挤压方面通过控制铸棒温度、挤压速度，成功地改善了棒材制品表面粗晶的问题，极大的减小了由粗晶导致的后续淬火、加工、检测工序，节省了能源及人力物力的消耗，同时减小了棒材的头尾废料的长度，大幅提高棒材的成品率。
本发明的有益效果是：本发明通过合理的成分配比及更改模具孔数和挤压参数，可以稳定生产出车用锻造铝合金棒材并有效的控制其粗晶，通过严格控制挤压比系数，降低了产品的形变量，从而使粗晶长度降低。使得棒材产品的低倍合格率在95％以上，产品的成品率提升至70％以上。这样极大的提高了生产能力，减小了资源的浪费，同时也减轻了人力物力的负担。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明实施例提及的一种车用铝合金棒材的加工方法，包括如下步骤：
1)、熔铸成棒：按照铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼、铸造成铸棒。本实施例对铝合金的合金元素组成进行优化，按质量百分数计，优化后的合金元素组成为：si：0.7～1.3％，mg：0.6～1.2％，mn：0.4～1.0％，cu:0.1％，fe：≤0.5％，zn：≤0.2％，ti：≤0.1％，其他杂质元素中的单项杂质元素含量≤0.05％，杂质元素总含量≤0.15％，余量为al。
本实施例在优化铝合金的合金元素组成时，需要控制mg2si的含量，当控制mg2si含量在1.3％-1.5％范围内，过剩si含量应控制在0.3％-0.4％之间，过剩si有利于合金的强化，mg2si所占的比例增加，切变应力增大，滑动位错的迁移越困难，不易产生粗晶。此外si元素的添加能解决铝铜合金和铝镁合金不能固溶强化的现象，其用量相当于mg元素和cu元素之和，为后续的屈服强度提供保障。mg元素和al能有较高的互溶，对铝合金的物理性能有较大提高，采用本含量的镁元素能够使最终铸造铝合金在挤压具有流动性较好，且棒材成型性好同时具有超高综合性能及良好的表面质量等性能，且不会增加合金脆性。
在本实施例中的cu元素与al一样具有面心立方结构，cu的熔点较高，在铸造铝合金中添加cu元素，不会形成任何三元化合物。cu和al的晶格常数相差很大，但cu能溶于al，因此加入cu元素后，使al的点阵发生很大的畸变，产生很显著的强化作用，随着cu含量的提高，强度急剧升高而延伸率剧烈下降。为保证综合性能，需要较优良的屈服强度及表面质量，因此将cu元素的添加量控制在本含量范围内。
在本实施例中的fe元素和zn元素作为过渡族元素，可强化基体和晶界，使得铝硅镁系铸造铝合金具有优良的高温综合力学性能。但当fe的含量超过规定值时，型材塑性变差，易发生腐蚀。单独添加zn元素对铝合金强度的提高十分有限，同时还存在应力腐蚀开裂倾向，但是zn元素和mg元素能形成强化相，可降低粗晶长度。
在本实施例中通过添加mn，与金属al形成mnal6金属化合物，在热挤压变形过程中，大分子团mnal6增加了铝基体的变形抗力，mn元素起到了一个钉扎作用，使铝合金棒材的不均匀变形程度降低。同时，在铝合金铸棒的固溶过程中，mnal6以弥散质点状态析出并聚集在晶粒的晶界上，弥散质点析出物对亚结构的多边化和稳定化起主要作用，使晶核形核率和长大速率都下降，再结晶温度提高，阻碍了晶粒的长大和聚集。另外，mn元素熔点高于cu元素，mn元素在铸造铝合金中还起到中和fe元素的有害作用，使fe元素仅发挥其正面作用即提高高温性能的作用，因此fe元素和mn元素的配比也是选取mn元素含量的重要参考参数。
2)、铸棒挤压：选用卧式挤压机，适用于直径φ30mm-φ50mm的车用锻造棒材。
在本实施例中，根据不同规格的棒材，采用三孔分流模具，能够有效的降低棒材产品的挤压比，且挤压比系数控制在10-15之间，挤压机规格根据挤压棒材直径，可以选择20mn-5500mn，从而在挤压过程中，减少了实际的形变量，同时降低了棒材产品的形变储能，极大的减小了粗晶产生的范围及大小。同时因为粗晶产生的范围减小，头尾废料区域将同步减小，切头尾的量也会降低，使得产品的成品率增加。
在本实施例中的挤压工艺参数设定为：挤压筒温控制在480±20℃，模具温度控制温度为480℃-510℃、挤压铸锭温度控制为490℃-510℃，棒材出口温度控制在480℃-500℃，挤压速度控制在6±1m/min。这样，对各个工艺参数的合理控制，可最大化的保证了生产的连续性及生产效率，同时避免了粗晶的产生。
3)、在线淬火：在挤压完成后，棒材需经特定的多孔淬火装置进行在线淬火降温，冷却方式为水冷，这样可以很快的降低了产品的温度，保证其出淬火区域，温度＜50℃，方便后续的拉伸矫直，增加了生产效率。
4)、锯切：淬火后的棒材制品经成品锯切，形成独立的成品。
5)、拉伸：经设定的拉伸系数，对棒材制品进行拉伸，其拉伸系数为0.5％-1.0％。
6)、切去头尾废料：拉伸后的棒材制品切去头尾废料，而后切取头尾在低倍50mm长料样进行低倍检查。
本发明实施例还提出的一种车用铝合金棒材，其是采用上述的车用铝合金棒材的加工方法制得。上述的车用铝合金棒材的加工方法可有效的降低车用铝合金棒材的表面粗晶，最终棒材产品的各项性能指标均高于标准要求，并且棒材产品在低倍检查中的粗晶合格率≥95％，使得棒材产品的成品率提升至70％以上。
具体的，如下面的表1所示的实施例1-3铝材的成分及其质量百分比。
表1：实施例1-3铝合金的成分及其质量百分比
实施例1：
本发明实施例提及的一种车用铝合金棒材，其是按照以下加工方法制得：
按照上表的实施例1的铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼、铸造成铸棒。再采用三孔分流模具挤压铸棒，且挤压比系数控制在11，挤压工艺参数设定为：挤压筒温控制在470℃，模具温度控制温度为490℃、挤压铸锭温度控制为490℃，棒材出口温度控制在480℃，挤压速度控制在5m/min。在挤压完成后，棒材需经特定的多孔淬火装置进行在线淬火降温，冷却方式为水冷，制品温度＜50℃；淬火后的棒材制品经成品锯切，形成独立的成品，并经设定的拉伸系数，对棒材制品进行拉伸，其拉伸系数为0.6％；最后对拉伸后的棒材制品切去头尾废料，而后在低倍50mm长料样进行低倍检查，得到最终的车用铝合金棒材产品。
现有的车用铝合金棒材的生产技术，是采用单孔生产，挤压比大，挤压速度慢，产品低倍粗晶较多，头尾废料较长，成品率不足50％。采用新的多孔挤压生产工艺可以从根本上解决此类问题，通过对不同棒径的产品，设计三孔模具，大大降低了挤压比，使得产品形变量减小，分散了畸变储能，使得粗晶形成的区域较浅；同时多孔生产可以有效的减小头尾废料的长度，提高了产品的成品率。减小了能效及生产成本，使得生产效率得到极大的提高。同时也保证了产品的合格率，避免了后续的检测工序，节省了人力物力及能源的消耗。
实施例2：
本实施例提及的一种车用铝合金棒材，其加工方法与实施例1中的加工方法的步骤和参数基本相同，不同之处在于，本实施例中，如表1的实施例2的铝合金成分中：si：1.0％，mg：0.9％，mn：0.7％；控制挤压比为13，挤压筒温控制在490℃，模具温度控制温度490℃、挤压铸锭温度控制为500℃，棒材出口温度控制在490℃，挤压速度控制在6m/min，拉伸系数为0.7％，得到最终的车用铝合金棒材产品。
实施例3：
本实施例提及的一种车用铝合金棒材，其加工方法与实施例1中的加工方法的步骤和参数基本相同，不同之处在于，本实施例中，如表1的实施例3的铝合金成分中：si：1.2％，mg：1.0％，mn：0.9％；控制挤压比为15，挤压筒温控制在500℃，模具温度控制温度500℃、挤压铸锭温度控制为510℃，棒材出口温度控制在500℃，挤压速度控制在7m/min，拉伸系数为0.9％，得到最终的车用铝合金棒材产品。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。