本发明属于铝合金
技术领域：
，具体是涉及一种汽车保险杆用铝合金及其制备方法。
背景技术：
：为了在汽车发生碰撞事故时能起到缓冲作用，保护前后的车体，汽车的前后端均安装有保险杠。为了减少汽车在发生侧撞事故时对乘员的伤害，在汽车的车门内部通常也安装有车门保险杠，以增强车门的防撞冲击力。汽车保险杆可以吸收和缓和外界的冲击力，是保护车身及乘员安全的重要安全装置。传统的汽车保险杆是用钢板冲压而成，钢板制成的汽车保险杆虽然强度高，防撞能力强，但缺点是重量大，吸收和缓和外界冲击力的作用差。随着汽车轻量化的发展，汽车保险杠作为一种重要的安全装置也走向了革新的道路。目前常见的汽车保险主要由塑料制成，塑料虽然重量轻，但其强度略显不足，抗冲击力较差，并且塑料容易随着时间的延长而发生老化。铝合金具有密度小、成形加工性能好、耐腐蚀、易于回收再生等优点，随着汽车轻量化的发展，汽车保险杆都迫切需要高强度、耐腐蚀和焊接性能优良的铝合金来替代现有的钢铁材料或塑料，以达到车身结构的轻量化、节能减排以及保险杆与车体造型的和谐与统一。7xxx系铝合金属于可热处理强化型铝合金，又称为高强度铝合金或超高强度铝合金，目前主要用于航空航天领域，如制造飞机的壁板、隔框、翼梁、起落架等。7xxx系铝合金的主要合金元素是zn和mg，zn和mg除了具有固溶强化作用外，还可形成强化效果极为显著的mgzn2相。随着zn、mg含量的增加，元素的固溶强化作用越明显，mgzn2强化相的数量也越多，合金的强度也随之提高。但随着合金强度的上升，塑性开始下降，耐腐蚀性能、焊接性能也随之下降。现有常规牌号的7xxx系铝合金虽有强度高的特点，但其塑性、耐蚀性能、焊接性能普遍都较差，无法满足汽车保险杆对铝合金耐腐蚀性能和焊接性能的要求。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种强度高、塑性好、耐腐蚀和焊接性能优良，能够满足汽车轻量化发展需求的汽车保险杆用铝合金及其制备方法。本发明的技术方案是这样实现的：本发明所述的汽车保险杆用铝合金，其特点是由以下成分及质量百分比组成：zn5.0～5.6%，mg0.6～0.9%，li0.4～0.8%，zr0.005～0.015%，c0.001～0.003%，re0.1～0.3%，fe≤0.15%，si≤0.1%，cu≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述re的成分组成及质量百分比为：pr21.7%，nd14.2%，pm7.3%，sm17.9%，eu24.4%，gd14.5%。优选的，本发明所述的汽车保险杆用铝合金，由以下成分及质量百分比组成：zn5.4%，mg0.8%，li0.6%，zr0.01%，c0.002%，re0.2%，fe≤0.15%，si≤0.1%，cu≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述re的成分组成及质量百分比为：pr21.7%，nd14.2%，pm7.3%，sm17.9%，eu24.4%，gd14.5%。本发明所述的汽车保险杆用铝合金的制备方法，其特点是包括以下步骤：第一步：选用工业纯铝锭、纯锌锭、纯镁锭、al20li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作为原材料；第二步：将铝锭在740～780℃加热熔化，并加入占原材料总重量为5.0～5.6%的锌锭、0.6～0.9%的镁锭和2～4%的al20li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.1～0.3%的al5zr1c合金和0.1～0.3%的混合稀土re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至700～720℃并静置0.5～1小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在490～500℃固溶处理1～3小时，水淬后，在120～130℃时效处理15～18小时，随炉冷却后得到汽车保险杆用铝合金。本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明汽车保险杆用铝合金的室温抗拉强度大于450mpa，屈服强度大于410mpa，伸长率大于11%，具有强度高、塑性好、耐腐蚀和焊接性能优良等优点，具有广阔的市场应用前景。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明作进一步的详细说明。本发明所述的汽车保险杆用铝合金，由以下成分及质量百分比组成：zn5.0～5.6%，mg0.6～0.9%，li0.4～0.8%，zr0.005～0.015%，c0.001～0.003%，re0.1～0.3%，fe≤0.15%，si≤0.1%，cu≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。优选的，所述汽车保险杆用铝合金的成分及质量百分比组成为：zn5.4%，mg0.8%，li0.6%，zr0.01%，c0.002%，re0.2%，fe≤0.15%，si≤0.1%，cu≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。所述re的成分组成及质量百分比为：pr21.7%，nd14.2%，pm7.3%，sm17.9%，eu24.4%，gd14.5%。其中，zn和mg是本发明汽车保险杆用铝合金的主要合金元素，除了具有固溶强化作用外，二者还可形成强化效果极为显著的mgzn2相，是铝合金的主要增强相。随着zn、mg含量的增加，铝合金的强度也随之提高，但合金的塑形、耐蚀性能、焊接性能也会随之下降。为了保证铝合金具有足够的强度和良好的塑性、耐蚀性能和焊接性能，因此，zn含量选择在5.0～5.6%，mg含量选择在0.6～0.9%，优选的，zn含量为5.4%，mg含量为0.8%。li是最轻的金属元素，在汽车保险杆用铝合金中加入li，首先可以降低铝合金的密度，提高铝合金的比强度和比刚度，达到轻量化的效果。其次是li在铝合金时效过程还会析出纳米尺寸的al3li和al2mgli强化相，这些强化相可钉扎位错、亚晶和晶界，提高铝合金的塑性变形能力和焊接性能，添加0.4～0.8%的li即可对铝合金产生显著的效果，优选的，li添加量为0.6%。zr、c是以al5zr1c合金的形式加入到铝合金中，al5zr1c合金是由氟锆酸钾和碳粉的混合物与铝液反应得到，内部含有大量的zrc粒子。al5zr1c合金是一种新型的铝合金晶粒细化剂，发明人的大量实验证明，al5zr1c合金比现有的al5ti1b和al5ti1c合金具有更强的晶粒细化能力，添加0.1～0.3%的al5zr1c合金，铝合金中含有0.005～0.015%的zr和0.001～0.003%的c，可显著细化铝合金的晶粒，改善铝合金的组织均匀性，提高铝合金的塑性变形能力，优选的，al5zr1c合金添加量为0.2%，铝合金中含有0.01%的zr和0.002%的c。re是含有pr、nd、pm、sm、eu、gd共六种轻稀土元素的混合稀土，轻稀土元素的物理化学性质活泼，能与铝合金液中的氢、氧、铁、硅、锰、铜、铬等杂质元素反应生成高熔点、高稳定性的稀土化合物，对铝合金液有深度净化作用，可以消除杂质元素的有害影响，同时轻稀土元素还可以提高铝合金的腐蚀电位并在铝合金表面形成致密的稀土氧化膜，提高铝合金抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀的能力。发明人的实验研究表明，添加含有pr、nd、pm、sm、eu、gd共六种轻稀土元素的混合轻稀土的效果比添加一种或少数几种轻稀土元素的效果都更好，因此，选择添加0.1～0.3%的混合轻稀土，优选的，混合轻稀土添加量为0.2%。本发明还提供了所述汽车保险杆用铝合金的制备方法，具体包括以下步骤：第一步：选用工业纯铝锭、纯锌锭、纯镁锭、al20li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作为原材料；第二步：将铝锭在740～780℃加热熔化，并加入占原材料总重量为5.0～5.6%的锌锭、0.6～0.9%的镁锭和2～4%的al20li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.1～0.3%的al5zr1c合金和0.1～0.3%的混合稀土re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至700～720℃并静置0.5～1小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在490～500℃固溶处理1～3小时，水淬后，在120～130℃时效处理15～18小时，随炉冷却后得到汽车保险杆用铝合金。本发明的制备方法，选用工业纯铝锭、纯锌锭、纯镁锭、al20li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作为原材料，通过优化zn、mg主合金元素的含量，添加al20li合金进行微合金化，降低铝合金的密度，提高铝合金的塑性和焊接性能。经精炼除气、除渣后，再加入al5zr1c合金和混合稀土，能够充分发挥al5zr1c合金和混合稀土对铝合金液的晶粒细化和深度净化作用，确保本发明汽车保险杆用铝合金获得高强度、高塑性以及优良的耐腐蚀性能和焊接性能。为了更详尽的描述本发明汽车保险杆用铝合金及制备方法，以下列举几个实施例作更进一步的说明。实施例1：本发明所述的汽车保险杆用铝合金，由以下成分及质量百分比组成：zn5.0%，mg0.6%，li0.4%，zr0.005%，c0.001%，re0.1%，fe≤0.15%，si≤0.1%，cu≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述re的成分组成及质量百分比为：pr21.7%，nd14.2%，pm7.3%，sm17.9%，eu24.4%，gd14.5%。制备方法由以下步骤组成：第一步：选用工业纯铝锭、纯锌锭、纯镁锭、al20li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作为原材料；第二步：将铝锭在740℃加热熔化，并加入占原材料总重量为5.0%的锌锭、0.6%的镁锭和2%的al20li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.1%的al5zr1c合金和0.1%的混合稀土re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至700℃并静置1小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在500℃固溶处理1小时，水淬后，在120℃时效处理18小时，随炉冷却后得到汽车保险杆用铝合金。实施例2：本发明所述的汽车保险杆用铝合金，由以下成分及质量百分比组成：zn5.4%，mg0.8%，li0.6%，zr0.01%，c0.002%，re0.2%，fe≤0.15%，si≤0.1%，cu≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述re的成分组成及质量百分比为：pr21.7%，nd14.2%，pm7.3%，sm17.9%，eu24.4%，gd14.5%。制备方法由以下步骤组成：第一步：选用工业纯铝锭、纯锌锭、纯镁锭、al20li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作为原材料；第二步：将铝锭在760℃加热熔化，并加入占原材料总重量为5.4%的锌锭、0.8%的镁锭和3%的al20li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.2%的al5zr1c合金和0.2%的混合稀土re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至710℃并静置0.7小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在495℃固溶处理2小时，水淬后，在125℃时效处理16小时，随炉冷却后得到汽车保险杆用铝合金。实施例3：本发明所述的汽车保险杆用铝合金，由以下成分及质量百分比组成：zn5.6%，mg0.9%，li0.8%，zr0.015%，c0.003%，re0.3%，fe≤0.15%，si≤0.1%，cu≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述re的成分组成及质量百分比为：pr21.7%，nd14.2%，pm7.3%，sm17.9%，eu24.4%，gd14.5%。制备方法由以下步骤组成：第一步：选用工业纯铝锭、纯锌锭、纯镁锭、al20li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作为原材料；第二步：将铝锭在780℃加热熔化，并加入占原材料总重量为5.6%的锌锭、0.9%的镁锭和4%的al20li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.3%的al5zr1c合金和0.3%的混合稀土re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至720℃并静置0.5小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在490℃固溶处理3小时，水淬后，在130℃时效处理15小时，随炉冷却后得到汽车保险杆用铝合金。按中华人民共和国国家标准gb/t16865-2013，将实施例1-3的汽车保险杆用铝合金加工成标准拉伸试样，在dns200型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2毫米/分钟，拉伸力学性能如表1所示。表1实施例1-3汽车保险杆用铝合金的拉伸力学性能实施例序号抗拉强度/mpa屈服强度/mpa伸长率/%实施例1450.7415.415.9实施例2467.5428.413.5实施例3481.8447.111.7由表1的检测结果可见，本发明汽车保险杆用铝合金的室温抗拉强度大于450mpa，屈服强度大于410mpa，伸长率大于11%，具有强度高、塑性好、耐腐蚀、焊接性能优良等优点，具有广阔的市场应用前景。本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。当前第1页12