CN111057916A - 一种新型铝合金锻造材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车用铝合金铸造领域，具体涉及一种新型铝合金锻造材及其制备方法。该铝合金锻造材包括以下重量百分比的组分：Si：0.7％～0.9％；Fe：0.1％～0.4％；Cu：≤0.05％；Mn：0.4％～1.0％；Mg：0.9％～1.2％；Zn：≤0.05％；Ti：≤0.1％；Sr：0.1％～0.3％；余量为Al及不可避免的杂质。本发明铝合金锻造材通过控制Si含量，可以提高合金可焊接性能，同时控制较低的Cu和Zn含量能提高合金的耐腐蚀性能。

Description

一种新型铝合金锻造材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型铝合金锻造材及其制备方法，属于汽车用铝合金铸造领域。
背景技术
近20年来，世界性能源问题变得越来越严重，这使得减轻汽车自重、降低油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。铝具有密度小、耐蚀性好等特点，且铝合金的塑性优良，铸、锻、冲压工艺均适用，最适合汽车零部件生产的压铸工艺。从生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。
目前乘用车用新型铝合金锻造材多为6082合金，该合金虽然符合乘用车用铝合金，但随着对使用目的、零件形状、尺寸精度、数量、质量标准、焊接性能、强度和耐腐蚀性能等各方面的要求和经济效益的评估，该合金已然不能满足日趋高标准的要求，因此，在6082合金基础上亟待开发一种新型铝合金锻造材。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种焊接性能、强度和耐腐蚀性能优异的汽车用铝合金锻造材。
本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种新型铝合金锻造材，所述铝合金锻造材包括以下重量百分比的组分：Si：0.7％～0.9％；Fe：0.1％～0.4％；Cu：≤0.05％；Mn：0.4％～1.0％；Mg：0.9％～1.2％；Zn：≤0.05％；Ti：≤0.1％；Sr：0.1％～0.3％；余量为Al及不可避免的杂质。
本发明将Si含量控制在0.7％～0.9％范围内，可以提高合金可焊接性能，同时控制Cu≤0.05％，Zn：≤0.05％，较低的Cu和Zn含量能提高合金的耐腐蚀性能。
作为优选，所述的铝合金锻造材包括以下重量百分比的组分：Si：0.8％～0.9％；Fe：0.1％～0.3％；Cu：≤0.03％；Mn：0.4％～0.7％；Mg：0.9％～1.1％；Zn：≤0.03％；Ti：≤0.6％；Sr：0.2％～0.3％；余量为Al及不可避免的杂质。
进一步优选，所述铝合金锻造材还包括按重量百分比计的Er：0.1％～0.3％、Cr：0.1％～0.3％、Sc：0.1％～0.3％中的一种或多种。本发明采用上述原料组分可以细化合金组织，形成第二相粒子强化，避免材料热处理后再结晶，有利于进一步提高合金的强度、冲击性能和耐疲劳性能。
本发明的另一个目的是提供一种上述铝合金锻造材的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S1：按各组分重量百分比称取原料，并将原料熔炼成合金液；
S2：采用N2与粉末状精炼剂混合吹入到合金液内部进行除气精炼，扒渣；
S3：将精炼后的合金液浇注于铸造模具，得铝合金铸造棒材；
S4：对铝合金铸造棒材进行100％的在线相控阵超声波探伤；
S5：将经过探伤后的铝合金铸造棒材于480℃～530℃×6～12小时条件下进行均匀化退火处理，空冷至室温；
S6：将均匀化退火后的铝合金锻造成型；
S7：对锻造后的产品进行T6热处理，最终获得铝合金锻造型材。
作为优选，所述步骤S1中原料熔炼的温度为745-760℃。对于本发明，熔炼温度低于745℃时，不利于合金元素的溶解及气体、夹杂物的排出，增加形成偏析、冷隔、欠铸的倾向，还会因冒口热量不足，使铸件得不到合理的补缩；但熔炼温度高于760℃，吸氢增加，晶粒粗大，铝的氧化更加严重，部分合金元素的烧损也愈严重。
作为优选，所述步骤S2中粉末状精炼剂为四氟化硅。在高温下四氟化硅容易分解，分解物与氢结合形成硅氟酸，进而达到较佳的净化除气效果。
作为优选，所述步骤S2中合金液氢含量控制在0.08～0.15ml/100g。将合金液中氢含量控制在上述范围，可以大幅减少合金液夹杂物的存在，获得较纯净的合金液，以降低后续超声波探伤时铝合金铸造棒材出现内部缺陷的概率。
作为优选，所述步骤S4中超声波探伤速度为1～3m/s。通过该超声波探伤速度范围可以对铝合金铸造棒材内部状况进行全面排查，以确保其内部无缺陷，便于进行后续操作。
作为优选，所述步骤S6中锻造成型具体过程为：将退火后铝合金于450～540℃下预热1～3小时，经过预锻和380～500℃精锻得到带毛边的产品，对毛边产品进行切边处理。
作为优选，所述步骤S7中T6热处理具体过程为：465～560℃进行5～22小时的固溶处理；延迟时间＜30秒，在90℃以下进行淬火处理；在170～250℃对淬火的锻造材进行4～20小时人工时效处理；冷却至室温，得铝合金锻造材。本发明通过该条件下的热处理可以获得强度、焊接性能和耐腐蚀性能适合用于轻量化汽车制造的锻造材。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明新型铝合金锻造材通过控制Si含量，可以提高合金可焊接性能，同时控制较低的Cu和Zn含量能提高合金的耐腐蚀性能。通过添加Er、Cr、Sc进一步提高合金的强度、冲击性能和耐疲劳性能。
2.本发明制备工艺衔接紧密，简单易于操作，获得的锻造材产品焊接性能、强度和耐腐蚀性能适合用于轻量化汽车制造，可以实现工业化大批量生产的需求。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并说明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。若无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常的原料，所采用的方法均为本领域的常规方法。
实施例1
一种新型铝合金锻造材，所述铝合金锻造材包括以下重量百分比的组分：Si：0.7％％；Fe：0.1％％；Cu：0.01％；Mn：0.4％；Mg：0.9％；Zn：0.01％；Ti：0.02％；Sr：0.1％；余量为Al及不可避免的杂质；
上述铝合金锻造材的制备方法，包括以下步骤：
S1：按各组分重量百分比称取原料，并将原料于745℃下熔炼成合金液；
S2：采用N2与四氟化硅混合吹入到合金液内部进行除气精炼，扒渣；控制合金液中氢含量为0.08ml/100g；
S3：将精炼后的合金液浇注于铸造模具，得铝合金铸造棒材；
S4：对铝合金铸造棒材进行100％的在线相控阵超声波探伤，超声波探伤速度为1m/s；
S5：将经过探伤后的铝合金铸造棒材于480℃×6小时条件下进行均匀化退火处理，空冷至室温；
S6：将退火后铝合金于450℃下预热1小时，经过预锻和380℃精锻得到带毛边的产品，对毛边产品进行切边处理；
S7：将锻造后的产品于465℃进行5小时的固溶处理；延迟时间5秒，在60℃进行淬火处理；在170℃对淬火的锻造材进行4小时人工时效处理；冷却至室温，得铝合金锻造材。
实施例2
一种新型铝合金锻造材，所述铝合金锻造材包括以下重量百分比的组分：Si：0.75％；Fe：0.2％；Cu：0.02％；Mn：0.5％；Mg：0.95％；Zn：0.02％；Ti：0.03％；Sr：0.15％；Er：0.1％；余量为Al及不可避免的杂质；
上述铝合金锻造材的制备方法，包括以下步骤：
S1：按各组分重量百分比称取原料，并将原料于750℃下熔炼成合金液；
S2：采用N2与四氟化硅混合吹入到合金液内部进行除气精炼，扒渣；控制合金液中氢含量为0.09ml/100g；
S3：将精炼后的合金液浇注于铸造模具，得铝合金铸造棒材；
S4：对铝合金铸造棒材进行100％的在线相控阵超声波探伤，超声波探伤速度为1.5m/s；
S5：将经过探伤后的铝合金铸造棒材于490℃×7小时条件下进行均匀化退火处理，空冷至室温；
S6：将退火后铝合金于460℃下预热1.5小时，经过预锻和385℃精锻得到带毛边的产品，对毛边产品进行切边处理；
S7：将锻造后的产品于480℃进行8小时的固溶处理；延迟时间8秒，在65℃进行淬火处理；在180℃对淬火的锻造材进行6小时人工时效处理；冷却至室温，得铝合金锻造材。
实施例3
一种新型铝合金锻造材，所述铝合金锻造材包括以下重量百分比的组分：Si：0.8％；Fe：0.25％；Cu：0.03％；Mn：0.7％；Mg：1.0％；Zn：0.03％；Ti：0.05％；Sr：0.2％；Er：0.2％、Cr：0.2％、Sc：0.2％；余量为Al及不可避免的杂质；
上述铝合金锻造材的制备方法，包括以下步骤：
S1：按各组分重量百分比称取原料，并将原料于750℃熔炼成合金液；
S2：采用N2与四氟化硅混合吹入到合金液内部进行除气精炼，扒渣；控制合金液氢含量为0.1ml/100g；
S3：将精炼后的合金液浇注于铸造模具，得铝合金铸造棒材；
S4：对铝合金铸造棒材进行100％的在线相控阵超声波探伤，超声波探伤速度为2m/s；
S5：将经过探伤后的铝合金铸造棒材于500℃×8小时条件下进行均匀化退火处理，空冷至室温；
S6：将退火后铝合金于480℃下预热2小时，经过预锻和420℃精锻得到带毛边的产品，对毛边产品进行切边处理；
S7：将锻造后的产品于500℃进行12小时的固溶处理；延迟时间10秒，在70℃进行淬火处理；在200℃对淬火的锻造材进行12小时人工时效处理；冷却至室温，得铝合金锻造材。
实施例4
一种新型铝合金锻造材，所述铝合金锻造材包括以下重量百分比的组分：Si：0.85％；Fe：0.3％；Cu：0.04％；Mn：0.9％；Mg：1.1％；Zn：0.04％；Ti：0.08％；Sr：0.25％；Cr：0.25％、Sc：0.25％；余量为Al及不可避免的杂质；
上述铝合金锻造材的制备方法，包括以下步骤：
S1：按各组分重量百分比称取原料，并将原料于755℃熔炼成合金液；
S2：采用N2与四氟化硅混合吹入到合金液内部进行除气精炼，扒渣；控制合金液氢含量为0.13ml/100g；
S3：将精炼后的合金液浇注于铸造模具，得铝合金铸造棒材；
S4：对铝合金铸造棒材进行100％的在线相控阵超声波探伤，超声波探伤速度为2.5m/s；
S5：将经过探伤后的铝合金铸造棒材于520℃×10小时条件下进行均匀化退火处理，空冷至室温；
S6：将退火后铝合金于520℃下预热2.5小时，经过预锻和490℃精锻得到带毛边的产品，对毛边产品进行切边处理；
S7：将锻造后的产品于540℃进行18小时的固溶处理；延迟时间15秒内，在80℃进行淬火处理；在230℃对淬火的锻造材进行16小时人工时效处理；冷却至室温，得铝合金锻造材。
实施例5
一种新型铝合金锻造材，所述铝合金锻造材包括以下重量百分比的组分：Si：0.9％；Fe：0.4％；Cu：0.05％；Mn：1.0％；Mg：1.2％；Zn：0.05％；Ti：0.1％；Sr：0.3％；Er：0.3％、Sc：0.3％；余量为Al及不可避免的杂质；
上述铝合金锻造材的制备方法，包括以下步骤：
S1：按各组分重量百分比称取原料，并将原料于760℃下熔炼成合金液；
S2：采用N2与四氟化硅混合吹入到合金液内部进行除气精炼，扒渣；合金液中控制氢含量为0.15ml/100g；
S3：将精炼后的合金液浇注于铸造模具，得铝合金铸造棒材；
S4：对铝合金铸造棒材进行100％的在线相控阵超声波探伤，超声波探伤速度为3m/s；
S5：将经过探伤后的铝合金铸造棒材于530℃×12小时条件下进行均匀化退火处理，空冷至室温；
S6：将退火后铝合金于540℃下预热3小时，经过预锻和500℃精锻得到带毛边的产品，对毛边产品进行切边处理；
S7：将锻造后的产品560℃进行22小时的固溶处理；延迟时间25秒，在90℃进行淬火处理；在250℃对淬火的锻造材进行20小时人工时效处理；冷却至室温，得铝合金锻造材。
对比例1
本对比例与实施例3的区别仅在于，精炼过程中未采用粉末状精炼剂四氟化硅。
对比例2
本对比例与实施例3的区别仅在于，精炼过程中未对氢含量进行控制。
对比例3
本对比例与实施例3的区别仅在于，未对探伤后的铝合金铸造棒材进行均匀化退火处理。
对比例4
本对比例与实施例3的区别仅在于，未对退火处理后的铝合金锻造材进行T6热处理。
对比例5
现有技术中采用的常规6082铝合金。
对实施例1-5及对比例1-5进行性能测试，测试结果如表1所示；
表1：实施例1-5及对比例1-5的铝合金锻造材性能测试结果
Figure BDA0002335841650000081
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种新型铝合金锻造材，其特征在于，所述铝合金锻造材包括以下重量百分比的组分：Si：0.7％～0.9％；Fe：0.1％～0.4％；Cu：≤0.05％；Mn：0.4％～1.0％；Mg：0.9％～1.2％；Zn：≤0.05％；Ti：≤0.1％；Sr：0.1％～0.3％；余量为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的铝合金锻造材，其特征在于，所述的锻造材包括以下重量百分比的组分：Si：0.8％～0.9％；Fe：0.1％～0.3％；Cu：≤0.03％；Mn：0.4％～0.7％；Mg：0.9％～1.1％；Zn：≤0.03％；Ti：≤0.6％；Sr：0.2％～0.3％；余量为Al及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金锻造材，其特征在于，所述铝合金锻造材还包括按重量百分比计的Er：0.1％～0.3％、Cr：0.1％～0.3％、Sc：0.1％～0.3％中的一种或多种。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的铝合金锻造材的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
S1：按各组分重量百分比称取原料，并将原料熔炼成合金液；
S2：采用N2与粉末状精炼剂混合吹入到合金液内部进行除气精炼，扒渣；
S3：将精炼后的合金液浇注于铸造模具，得铝合金铸造棒材；
S4：对铝合金铸造棒材进行100％的在线相控阵超声波探伤；
S5：将经过探伤后的铝合金铸造棒材于480℃～530℃×6～12小时条件下进行均匀化退火处理，空冷至室温；
S6：将均匀化退火后的铝合金锻造成型；
S7：对锻造后的产品进行T6热处理，最终获得铝合金锻造型材。
5.根据权利要求4所述的铝合金锻造材的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中原料熔炼的温度为740-760℃。
6.根据权利要求4所述的铝合金锻造材的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中粉末状精炼剂为四氟化硅。
7.根据权利要求4所述的铝合金锻造材的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中合金液氢含量控制在0.08～0.15ml/100g。
8.根据权利要求4所述的铝合金锻造材的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中超声波探伤速度为1～3m/s。
9.根据权利要求4所述的铝合金锻造材的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中锻造成型具体过程为：将退火后铝合金于450～540℃下预热1～3小时，经过预锻和380～500℃精锻得到带毛边的产品，对毛边产品进行切边处理。
10.根据权利要求4所述的铝合金锻造材的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中T6热处理具体过程为：将锻造后的产品于465～560℃进行5～22小时的固溶处理；延迟时间＜30秒，在90℃以下进行淬火处理；在170～250℃对淬火的锻造材进行4～20小时人工时效处理；冷却至室温，得铝合金锻造材。
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