一种车体用高强高韧铝合金及其制备方法与流程

1.本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其涉及一种车体用高强高韧铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.变形铝合金具有比强度高、高韧性、加工性能好以及优异的耐腐蚀性能等被广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车以及民用建筑等领域。目前，国内外已开发出上千种合金牌号的商用铝合金。其中，6xxx系合金作为变形铝合金中的一大类，以其原料成本低，成形性能好、可进行表面处理等一系列优点，被广泛使用于电子产品、门窗、幕墙以及工业材等领域。由于汽车轻量化概念的普及和铝合金应用的逐渐扩大，铝合金应用于汽车结构部件成为发展主流，大量的钢结构件逐步被铝合金替代，由于钢的强度普遍高于铝合金，且具有优良的强韧性和塑性，如何提高铝合金的强韧性和塑性，保障汽车行驶的动态安全性成为行业技术难点和研究热点。
3.传统的6063和6061因挤压性良好，在汽车轻量化进程中也有一定的应用，但针对车厢板等承重结构件，其强度和韧性并不能很好地满足要求，而6082虽然具有更高的强度，但挤压成形性较差，以及无法保证加工后型材的尺寸精度，无发将其应用于制备多空腔复杂结构型材。
4.因此，现需要一种车体用高强高韧铝合金及其制备方法，在具有高强高韧性的前提下，具有良好的可塑性能和挤压性能，且能够确保加工成型后型材件的尺寸精度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种车体用高强高韧铝合金，其具有良好的合金力学性能，同时具备良好的塑性、延伸率和挤压成形性。
6.本发明提供了一种车体用高强高韧铝合金的制备方法，其制备的合金力学性能优秀，挤压成形好适用于制备车体用的多空腔复杂结构型材。
7.本发明公开了一种车体用高强高韧铝合金，所述车体用高强高韧铝合金按质量百分比计包括si 0.60～1.00％、mg 0.50～0.80％、cu 0～0.10％、mn0.01～0.10％、fe 0.03～0.20％、zn 0～0.10％、cr 0.02～0.1％、ti 0.01～0.05％、v0.05～0.20％，余量为a1和不可避免的杂质；
8.其中，mg与si的质量比为0.50～1.00，且mg与si的质量百分比之和为1.10～1.60％。
9.作为上述技术方案的改进，所述车体用高强高韧铝合金中，mn、cr和fe的质量百分比之和为0.13～0.20％，且mn与fe的质量比为0.45～0.80。
10.作为上述技术方案的改进，所述车体用高强高韧铝合金中，v与fe的质量比为0.70～1.32。
11.作为上述技术方案的改进，所述车体用高强高韧铝合金的抗拉强度为290～
317mpa，屈服强度为270～294mpa，延伸率为10～17％。
12.相应的，本发明还公开一种如上述所述的车体用高强高韧铝合金的制备方法，其特征在于，包括：
13.(1)按照比例准备原料备用；
14.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
15.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，其中均质温度为560～580℃，保温时间为8～10h，获得铸棒；
16.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8～10m/min；
17.(5)将所述合金半成品冷却；
18.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.5～1.5％；
19.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为165～175℃，时效时间为6～10h。
20.作为上述技术方案的改进，步骤(2)包括：
21.(2.1)将各种原料在720～760℃熔化，得到合金液；
22.(2.2)将所述合金液在710～730℃精炼15～20min；
23.(2.3)将精炼后的合金液静置40～60min；
24.(2.4)将静置后的合金液进行铸造，在铸造过程中加入铝钛硼丝，以及进行在线除气和过滤得到铸锭；其中，铸造温度为690～710℃，铸造速度为65～85mm/min。
25.作为上述技术方案的改进，，步骤(4)中所述铸棒的挤压压力为4400～4600t，模具上机温度为440～460℃，挤压筒温度为390～410℃，挤压料出口温度≤220℃。
26.作为上述技术方案的改进，，步骤(4)中所述铸棒采用梯度加热法；其中，加热的温度依次为490℃、480℃、470℃。
27.作为上述技术方案的改进，，步骤(5)中，挤压后得合金半成品进行在线强风和水雾冷却，冷却后合金半成品的温度小于220℃。
28.实施本发明具有以下有益效果：
29.(1)本发明的高强高韧铝合金，其配方按质量百分比计包括si0.60～1.00％、mg 0.50～0.80％、cu 0～0.10％、mn 0.01～0.10％、fe 0.03～0.20％、zn 0～0.10％、cr 0.02～0.1％、ti 0.01～0.05％、v 0.05～0.20％，余量为a1和不可避免的杂质；其中，mg与si的质量比为0.50～1.00，且mg与si的质量百分比之和为1.10～1.60％。通过对配方中mg和si含量的合理调控，将剩余si的含量控制在合适的范围内，并保证mg2si强化相的数量，从而实现在保证具有优异力学性能的前提下，兼具优秀的热塑性、成形性和尺寸精度，使本发明的铝合金可制备车体用的多空腔复杂结构件。
30.(2)本发明的铝合金其延伸率为10～15％、抗拉强度大于290mpa、屈服强度大于270mpa，适用于制备车体用的多空腔复杂结构型材。
附图说明
31.图1是本发明高强高韧铝合金实施例一的扫描电镜微观显微组织图。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
33.参见图1所示，本发明提供了一种车体用高强高韧铝合金，其按质量百分比计包括si 0.60～1.00％、mg 0.50～0.80％、cu 0～0.10％、mn 0.01～0.10％、fe 0.03～0.20％、zn 0～0.10％、cr 0.02～0.1％、ti 0.01～0.05％、v0.05～0.20％，余量为a1和不可避免的杂质；其中，mg与si的质量比为0.50～1.00，且mg与si的质量百分比之和为1.10～1.60％。
34.其中，mg和si是主要的强化元素，其可结合形成mg2si晶体相，确保铝合金所制得的型材的各项力学性能。mg的含量为0.50～0.80wt％，示例性的为，0.57wt％、0.63wt％、0.78wt％、0.80wt％，但不限于此。si的含量为0.60～1.00wt％，示例性的为，0.62wt％、0.79wt％、0.88wt％、1.00wt％，但不限于此。本发明为了使铝合金具有良好的成型性和热塑性，对合金的成分进行了合理的调配控制。为此将mg和si的质量比控制为0.50～1.00，mg和si质量百分比为1.10～1.60％，保证合金中生成有足够数量的mg2si强化相的数量，同时使生成mg2si强化相后的剩余si含量维持在0.4～0.7wt％，一定量的过剩si，能够提高热挤压时合金的流动性和热塑性，从而提高合金的成型性；另外，还能增强时效效应、提高屈服强度和韧性，进而能够使其适用于铸造结构复杂的车体用结构件。
35.另外，本发明的合金中还包括ti，ti可以使铸锭组织细化，并形成细小、均匀的等轴晶，从而改善合金的变形加工能力。ti的含量为0.01～0.05wt％，示例性的为，0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％，但不限于此。
36.进一步的，所述铝合金中，mn、cr和fe的质量百分比之和为0.13～0.20％，且mn与fe的质量比为0.45～0.80。示例性的为，0.45、0.55、0.62、0.75，但不限于此。一定含量的fe可细化铸造组织，以及可降低铸造时的热烈纹倾向，但过高的fe含量，会使β-fe相的含量过多，对合金的挤压性能存在负面影响。由于铝合金的制备原料中存在含fe的杂质，为了控制β-fe相的含量，本技术需要mn与cr进行联合添加，mn和cr能够将β-fe尽可能转化为α-fe，从而可细化再结晶晶粒。控制mn、cr和fe的质量百分比之和为0.13～0.20％，且mn和fe的质量比为0.45～0.80，使硬脆相β-alfesi转化为α-alfemnsi，抑制有害相的析出。当mn与fe的质量比高于0.80时，mn的添加量过多，会造成合金淬火敏感性大大增加，不利于复杂结构的挤压成形。
37.进一步的，所述铝合金中还包括v，按质量百分比计，v的质量百分比为0.05～0.18％。v与al化合形成弥散相颗粒，对细化再结晶晶粒，提高强韧性和塑性，改善耐蚀性有较大的帮助。
38.其中，所述铝合金中，v和fe的质量比为0.70～1.32。示例性的为，0.70、0.92、1.15、1.27，但不限于此。由于在铝合金中，加入v元素后不仅会使合金组织中的长针状β-fe相变短，还会生成alsivfe相，进而能够提高合金的力学性能、抗拉强度、屈服强度和伸长率。
39.本发明还公开了一种车体用高强高韧铝合金的制备方法，包括以下步骤：
40.(1)按照比例准备原料备用；
41.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
42.具体的，步骤包括：
43.(2.1)将各种原料在720～760℃熔化，得到合金液；
44.具体的，按金属熔化难易程度依次加入合金原料，搅拌均化并进行2～3次扒渣；其中，扒渣温度为720～750℃，扒渣前需要加入打渣剂。
45.(2.2)将所述合金液在710～730℃精炼15～20min；
46.具体的，需要精炼2～3次，精炼前需要加入精炼剂，每次精炼时间为15～20min。
47.(2.3)将精炼后的合金液静置40～60min；
48.(2.4)将静置后的合金液进行铸造，在铸造过程中加入铝钛硼丝，以及进行在线除气和过滤得到铸锭；其中，铸造温度为690～710℃，铸造速度为65～85mm/min。
49.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，其中均质温度为560～580℃，保温时间为8～10h，获得铸棒；
50.具体的，在560～580℃进行均质处理，采用喷水冷却，消除晶内偏析及铸造应力，获得组织均匀的铸棒。需要说明的是，高温长时间均质工艺，能够尽可能使β-alfesi转化为α-alfesi，提高合金挤压性能。
51.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8～10m/min；
52.具体的，将铸棒在4500t挤压机上进行挤压；其中，模具温度为450～460℃，挤压筒温度为390～410℃，挤压速度为8～10m/min，挤压出料口温度为520～550℃。
53.其中，铸棒采用工频炉进行梯度加热，加热梯度依次为490℃、480℃、470℃，本实施例采用梯度加热方法加热铸棒，一方面使铸棒各区温度均匀，另一方面实现等温挤压，提高组织的均匀性，并保证合金尺寸的精度。
54.(5)将所述合金半成品冷却；
55.具体的，挤压后得合金半成品进行在线强风和水雾冷却，冷却后合金半成品的温度小于220℃。
56.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.5～1.5％，以消除变形应力。
57.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为165～175℃，时效时间为6～10h。
58.下面以具体实施例进一步说明本发明：
59.实施例一
60.本实施例提供一种车体用高强高韧铝合金的制备方法，包括：
61.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
62.si 0.78％、mg 0.6％、fe 0.12％、mn 0.06％、ti 0.03％、cu 0.03％、zn 0.02％、cr 0.03％、v 0.10；
63.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
64.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
65.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8～10m/min；
66.(5)将所述合金半成品进行冷却；
67.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
68.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170
℃，时效时间为8h。
69.实施例二
70.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
71.si 0.88％、mg 0.71％、fe 0.05％、mn 0.03％、ti 0.02％、cu 0.03％、zn0.08％、cr 0.06％、v 0.06％；
72.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
73.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
74.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8m/min；
75.(5)将所述合金半成品进行冷却；
76.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
77.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170℃，时效时间为8h。
78.实施例三
79.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
80.si 0.71％、mg 0.61％、fe 0.14％、mn 0.04％、ti 0.04％、cu 0.03％、zn0.05％、cr 0.03％、v 0.10％；
81.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
82.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
83.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8m/min；
84.(5)将所述合金半成品进行冷却；
85.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
86.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170℃，时效时间为8h。
87.实施例四
88.本实施例提供一种车体用高强高韧铝合金的制备方法，包括：
89.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
90.si 0.65％、mg 0.55％、fe 0.15％、mn 0.05％、ti 0.02％、cu 0.04％、zn0.03％、cr 0.05％、v 0.12％；
91.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
92.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
93.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，模具上机温度为450℃，挤压筒温度为400℃，挤压出料口温度为535℃，挤压速度为8m/min；
94.(5)将所述合金半成品进行冷却；
95.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
96.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170℃，时效时间为8h。
97.实施例五
98.本实施例提供一种车体用高强高韧铝合金的制备方法，包括：
99.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
100.si 1.0％、mg 0.5％、fe 0.09％、mn 0.05％、ti 0.02％、cu 0.07％、zn 0.08％、cr 0.03％、v 0.07％；
101.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
102.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
103.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8m/min；
104.(5)将所述合金半成品进行冷却；
105.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
106.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170℃，时效时间为8h。
107.实施例六
108.本实施例提供一种车体用高强高韧铝合金的制备方法，包括：
109.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
110.si 0.8％、mg 0.5％、fe 0.09％、mn 0.07％、ti 0.03％、cu 0.07％、zn 0.05％、cr 0.02％、v 0.16％；
111.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
112.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
113.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8m/min；
114.(5)将所述合金半成品进行冷却；
115.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
116.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170℃，时效时间为8h。
117.实施例七
118.本实施例提供一种车体用高强高韧铝合金的制备方法，包括：
119.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
120.si 0.79％、mg 0.53％、fe 0.10％、mn 0.03％、ti 0.03％、cu 0.07％、zn0.05％、cr 0.05％、v 0.05％；
121.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
122.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
123.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8m/min；
124.(5)将所述合金半成品进行冷却；
125.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
126.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170℃，时效时间为8h。
127.实施例八
128.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
129.si 0.92％、mg 0.66％、fe 0.09％、mn 0.03％、ti 0.03％、cu 0.07％、zn0.05％、cr 0.03％、v 0.18％；
130.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
131.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
132.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8m/min；
133.(5)将所述合金半成品进行冷却；
134.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
135.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170℃，时效时间为8h。
136.实施例九
137.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
138.si 0.83％、mg 0.77％、fe 0.12％、mn 0.03％、ti 0.01％、cu 0.05％、zn0.09％、cr 0.04％、v 0.06％；
139.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
140.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
141.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8m/min；
142.(5)将所述合金半成品进行冷却；
143.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
144.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170℃，时效时间为8h。
145.实施例十
146.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
147.si 0.74％、mg 0.52％、fe 0.08％、mn 0.09％、ti 0.04％、cu 0.07％、zn0.09％、cr 0.03％、v 0.05％；
148.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
149.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
150.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8m/min；
151.(5)将所述合金半成品进行冷却；
152.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
153.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170℃，时效时间为8h。
154.对比例一
155.(1)按照比例准备原料备用；其中，以质量百分比计的原料配方如下：
156.si 0.66％、mg 0.74％、fe 0.08％、mn 0.07％、ti 0.02％、cu 0.05％、zn0.09％、cr 0.05％、v 0.13％；
157.(2)将原材料熔炼、铸造得到铝铸锭；
158.(3)将所述铝铸锭进行均质处理，均质温度为575℃，保温8h，获得铝铸棒；
159.(4)将均质处理后的铸棒挤压，得到合金半成品；其中，挤压速度为8m/min；
160.(5)将所述合金半成品进行冷却；
161.(6)将冷却后的合金半成品进行调直；其中，调直量为0.6％；
162.(7)将调直后的合金半成品进行时效处理，得到合金成品；其中，时效温度为170℃，时效时间为8h。
163.需要说明的是，实施例一至实施例十、对比例一的挤压模具是相同的。
164.具体的测试结果如下表：
[0165][0166][0167]
由表格中可以看出，本发明中的铝型材，其抗拉强度≥290mpa，屈服强度≥270mpa，延伸率≥11％。
[0168]
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。