一種保險杠用高強度高韌性鋁合金型材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種保險杠用高強度高韌性鋁合金型材，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的化學成分：硅0.5?1％、鎂3.2?5.5％、鐵0.5?0.8%、銅0.1?0.3%、錳2?2.3%、鉻0.1?0.3%、鋅3?4%、鈦0.2?0.4%、釓0.01?0.02%、釔0.03?0.05%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)元素。同時，本發(fā)明還公開了一種制備該鋁合金型材的方法，通過該方法制備的鋁合金型材綜合力學性能優(yōu)異，具有較高的抗拉強度，韌性好，可以用于制作高級轎車保險杠，安全系數(shù)高，經(jīng)久耐用。
【專利說明】一種保險杠用高強度高韌性鋁合金型材及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明屬于鋁合金材料及加工技術領域，尤其涉及一種保險杠用高強度高韌性鋁合金型材及其制備方法。
【背景技術】
[0003]目前，汽車行業(yè)快速發(fā)展，人們對汽車的性價比要求越來越高。保險杠是汽車本身的重要組成部分，起作用是當汽車與其他車輛或障礙物發(fā)生碰撞時，能保護司乘人員按期、降低車體損害程度。國內(nèi)外正在研究和開發(fā)安全型保險杠，代表了今后一段時期世界各國汽車保險杠的發(fā)展趨勢，安全型保險杠主要包括自身吸能型、液壓緩沖型及其安全氣囊型保險杠等。
[0004]汽車保險杠是一種表面積大、形狀復雜的薄臂結構部件，它要求具有優(yōu)異的高、低溫沖擊韌性、剛性、耐老化性、耐熱性和耐寒性;而現(xiàn)有的汽車保險杠多采用聚氨酯彈性體和ABS等材料制備，這些材料成型工藝復雜、價格昂貴，使得汽車成本增加，加大了購買者的負擔;聚丙烯材料以其低密度、易成型加工、可回收利用的優(yōu)點，在汽車上的應用不斷增大，但是聚丙烯材料韌性和抗沖擊強度低，增大了司機及乘客的風險，而且成品表面的光澤度和平滑度較差。
[0005]而鋁合金因其密度低，強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，具有優(yōu)良的導電性、導熱性、抗蝕性等性能，常用于加工成各種型材，廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業(yè)等方面。如專利CN104862517A公開了一種用于制造車輛保險桿的吸能泡沫鋁材料；專利CNl 03710594A公開了一種轎車保險杠用鋁合金型材的制備方法；專利CN103451492A公開了一種汽車保險杠用泡沫鋁材料及其制備工藝，但上述現(xiàn)有的鋁型材的抗拉強度、硬度以及韌性等滿足目前高安全保障的要求，導致轎車安全系數(shù)較低，而且造價較高、生產(chǎn)效率較低、性能不能達到使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術中的上述問題，提供一種具有良好的抗拉強度、機械強度和韌性的保險杠用高強度高韌性鋁合金型材及其制備方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
本發(fā)明的第一個方面是提供一種保險杠用高強度高韌性鋁合金型材型材，包括以下質(zhì)量百分比的化學成分:硅0.5-1 %、鎂3.2-5.5%、鐵0.5-0.8%、銅0.1-0.3%、錳2_2.3%、鉻
0.1-0.3%、鋅3-4%、鈦0.2-0.4%、釓0.01-0.02%、釔0.03-0.05%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0008]進一步地，所述保險杠用高強度高韌性鋁合金型材型材，包括以下質(zhì)量百分比的化學成分:硅0.6-0.8%、鎂4.5-5%、鐵0.6-0.7%、銅0.15-0.25%、錳 2.1-2.2%、鉻0.15-0.25%、鋅 3.4-3.6%、鈦 0.3-0.35%、釓 0.015-0.017%、釔0.035-0.045%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0009]進一步地，所述保險杠用高強度高韌性鋁合金型材型材，包括以下質(zhì)量百分比的化學成分:硅0.7 %、鎂4.8 %、鐵0.65%、銅0.2%、錳2.1%、鉻0.2%、鋅3.5%、鈦0.33%、釓
0.016%、釔0.040%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0010]本發(fā)明的第二個方面是提供一種保險杠用高強度高韌性鋁合金型材型材的制備方法，包括以下步驟:
步驟1，按配方比的化學成分稱取金屬硅、鋁錠、鎂錠、鋅錠和錳錠并加入到干燥的熔煉爐中，在溫度為780-7900C下預熔煉30-50min，然后將配方比的化學成分鐵、銅、鉻、鈦、釓、釔以中間合金的形式投入熔煉爐中，保持溫度為740-750°C直到投料全部熔化得到鋁合金溶液；
步驟2，將步驟I得到的鋁合金熔液在740-745°C溫度下倒入靜置爐，采用吹入氬氣和精煉劑配合使用的方法，進行精煉、除氣，精煉劑用量為0.5-1.0千克/噸，并采用多孔過濾板除去熔液中的氧化夾雜物，得到精煉熔液；
步驟3，將步驟2得到的精煉熔液在725-735 °C下進行半連續(xù)澆鑄，得到鋁合金鑄錠；步驟4，將步驟3得到的鋁合金鑄錠進行均勻化處理，均勻化制度為490°C/lh，鋁合金鑄錠經(jīng)均勻化處理后被預熱至480-500°C，利用擠壓機擠出成型，模具溫度450-470°C，擠壓筒溫度450-470°C，擠壓件出模溫度480-510°C，產(chǎn)品流出速度7-9mm/s;
步驟5，將步驟4得到的鋁合金型材進行在線水淬處理，淬火溫度為370-390°C，水溫控制在10-15°C，鋁合金型材淬火完全后按照時效制度位200°C/24h進行時效處理得到鋁合金型材成品。
[0011]進一步地，在所述步驟I熔煉過程中嚴格控制各合金成分的比例，雜質(zhì)質(zhì)量百分含量控制在0.05%以下。
[0012]進一步地，所述步驟(I)中鋅錠分二批加入爐內(nèi)，加入一批待Zn熔化后，用永磁攪拌器攪拌5min，正反轉(zhuǎn)各攪拌5min，使爐內(nèi)的化學成分和溫度均勾。
[0013]進一步地，所述步驟2從倒爐到鑄造，熔體在靜置爐內(nèi)停留時間不得超過0.5h。
[0014]進一步地，所述步驟2中所采用的精煉劑的組分配比為:螢石6-10份、白云石6-10份、氯化鋰5-8份、氯化|丐10-15份、納米氧化鋇2-3份、納米氧化硼0.5-1份、乙稀基三乙氧基硅烷0.5-1份、三乙醇胺2-3份、三氟甲基磺酸鋰0.2-0.5份。
[0015]優(yōu)選地，所述精煉劑的組分配比為:螢石8份、白云石8份、氯化鋰6份、氯化鈣12份，納米氧化鋇2.5份、納米氧化硼0.8份、乙烯基三乙氧基硅烷0.8份、三乙醇胺2.5份、三氟甲基磺酸鋰0.24份。
[0016]進一步地，所述述精煉劑的制備方法為:(I)將螢石、白云石混合均勻，740-750°C煅燒1.5h，冷卻至室溫后放入濃度為30%的鹽酸溶液中浸泡3h，取出用蒸餾水洗滌至中性，烘干，1300 °C煅燒1.5h，冷卻至室溫，粉碎，過120目篩；(2 )將過篩后的混合物與納米氧化鋇、納米氧化硼混合均勻，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，2500rpm高速研磨5min，待用；(3)將氯化鋰和氯化|丐混合均勾，加熱至待其全部恪融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌30-40min，噴射造粒，即得精煉劑。
[0017]進一步地，所述將步驟4中均勻化制度為490°C/lh，鋁合金鑄錠經(jīng)均勻化處理后被預熱至485-495°C，利用擠壓機擠出成型，模具溫度460-465°C，擠壓筒溫度460-465°C，擠壓件出模溫度490-500 °C，產(chǎn)品流出速度8mm/s。
[0018]進一步地，所述步驟5中淬火溫度為380-385°C，水溫控制在12_13°C。
[0019]本發(fā)明采用上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比，具有如下技術效果:
本發(fā)明的制備方法通過采用合適的鋁合金材料、擠壓溫度、擠壓系數(shù)、淬火冷卻方式、和時效方式，使生產(chǎn)出的汽車鋁合金保險杠吸能盒性能達到:Rp0.2彡120MPa，Rm彡180MPa，延伸率多12%;并且整個工藝生產(chǎn)效率以及成品率高，成本低;本發(fā)明制得的鋁合金型材綜合力學性能優(yōu)異，具有較高的抗拉強度，韌性好，熱穩(wěn)定性好，抗疲勞性好，耐磨性好，具有良好的加工和成型性能;經(jīng)組裝后形成的保險杠產(chǎn)品不僅具有很好的防撞性能，且在劇烈撞擊時吸能效果良好，具備很好的緩沖性能；可以用于制作高級轎車保險杠，安全系數(shù)高，經(jīng)久耐用。
【具體實施方式】
[0020]下面通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細和具體的介紹，以使更好的理解本發(fā)明，但是下述實施例并不限制本發(fā)明范圍。
[0021]實施例1制備保險杠用高強度高韌性鋁合金型材
步驟I，按化學成分的比例為:硅0.5 %、鎂3.5 %、鐵0.5%、銅0.1%、錳2.3%、鉻0.1%、鋅4%、鈦0.2%、釓0.01%、釔0.03%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)元素;稱取金屬硅、鋁錠、鎂錠、鋅錠和錳錠并加入到干燥的熔煉爐中，在溫度為780°C下預熔煉35min，然后將配方比的化學成分鐵、銅、鉻、鈦、釓、釔以中間合金的形式投入熔煉爐中，保持溫度為745°C直到投料全部熔化得到鋁合金溶液；
步驟2，將步驟I得到的鋁合金熔液在743°C溫度下倒入靜置爐，采用吹入氬氣和精煉劑配合使用的方法，進行精煉、除氣，精煉劑用量為0.6千克/噸，并采用多孔過濾板除去熔液中的氧化夾雜物，得到精煉熔液；
步驟3，將步驟2得到的精煉熔液在725 °C下進行半連續(xù)澆鑄，得到鋁合金鑄錠；
步驟4，將步驟3得到的鋁合金鑄錠進行均勻化處理，均勻化制度為490°C/lh，鋁合金鑄錠經(jīng)均勻化處理后被預熱至490°C，利用擠壓機擠出成型，模具溫度450°C，擠壓筒溫度4500C，擠壓件出模溫度480 0C，產(chǎn)品流出速度9mm/s;
步驟5，將步驟4得到的鋁合金型材進行在線水淬處理，淬火溫度為390°C，水溫控制在10°C，鋁合金型材淬火完全后按照時效制度位200°C/24h進行時效處理得到鋁合金型材成品O
[0022]實施例2制備保險杠用高強度高韌性鋁合金型材
步驟I，按化學成分的比例為:硅I %、鎂5.5%、鐵0.8%、銅0.3%、錳2%、鉻0.1%、鋅4%、鈦
0.2%、釓0.02%、釔0.05%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)元素;稱取金屬硅、鋁錠、鎂錠、鋅錠和錳錠并加入到干燥的熔煉爐中，在溫度為790°C下預熔煉50min，然后將配方比的化學成分鐵、銅、鉻、鈦、釓、釔以中間合金的形式投入熔煉爐中，保持溫度為750°C直到投料全部熔化得到鋁合金溶液；
步驟2，將步驟I得到的鋁合金熔液在745°C溫度下倒入靜置爐，采用吹入氬氣和精煉劑配合使用的方法，進行精煉、除氣，精煉劑用量為1.0千克/噸，并采用多孔過濾板除去熔液中的氧化夾雜物，得到精煉熔液；
步驟3，將步驟2得到的精煉熔液在735 °C下進行半連續(xù)澆鑄，得到鋁合金鑄錠；
步驟4，將步驟3得到的鋁合金鑄錠進行均勻化處理，均勻化制度為490°C/lh，鋁合金鑄錠經(jīng)均勻化處理后被預熱至500°C，利用擠壓機擠出成型，模具溫度470°C，擠壓筒溫度4700C，擠壓件出模溫度510 °C，產(chǎn)品流出速度7mm/s;
步驟5，將步驟4得到的鋁合金型材進行在線水淬處理，淬火溫度為390°C，水溫控制在15°C，鋁合金型材淬火完全后按照時效制度位200°C/24h進行時效處理得到鋁合金型材成品O
[0023]實施例3制備保險杠用高強度高韌性鋁合金型材
步驟I，按化學成分的比例為:硅0.7%、鎂4.8%、鐵0.65%、銅0.2%、錳2.1%、鉻0.2%、鋅3.5%、鈦0.33%、釓0.016%、釔0.040%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)元素;稱取金屬硅、鋁錠、鎂錠、鋅錠和錳錠并加入到干燥的熔煉爐中，在溫度為785°C下預熔煉40min，然后將配方比的化學成分鐵、銅、鉻、鈦、釓、釔以中間合金的形式投入熔煉爐中，保持溫度為745°C直到投料全部熔化得到鋁合金溶液；
步驟2，將步驟I得到的鋁合金熔液在745°C溫度下倒入靜置爐，采用吹入氬氣和精煉劑配合使用的方法，進行精煉、除氣，精煉劑用量為0.8千克/噸，并采用多孔過濾板除去熔液中的氧化夾雜物，得到精煉熔液；
步驟3，將步驟2得到的精煉熔液在730 °C下進行半連續(xù)澆鑄，得到鋁合金鑄錠；
步驟4，將步驟3得到的鋁合金鑄錠進行均勻化處理，均勻化制度為490°C/lh，鋁合金鑄錠經(jīng)均勻化處理后被預熱至490°C，利用擠壓機擠出成型，模具溫度460°C，擠壓筒溫度4600C，擠壓件出模溫度500 0C，產(chǎn)品流出速度8mm/s;
步驟5，將步驟4得到的鋁合金型材進行在線水淬處理，淬火溫度為380°C，水溫控制在13°C，鋁合金型材淬火完全后按照時效制度位200°C/24h進行時效處理得到鋁合金型材成品O
[0024]本發(fā)明實施例1-3制備保險杠用高強度高韌性鋁合金型材，通過對鋁合金化學成分配比進行重組的優(yōu)化，并采用合適的鋁合金材料、擠壓溫度、擠壓系數(shù)、淬火冷卻方式、和時效方式，使生產(chǎn)出的汽車鋁合金保險杠吸能盒性能達到:Rp0.2彡120MPa，Rm彡180MPa，延伸率多12%;用于汽車保險杠吸能盒產(chǎn)品不僅具有很好的防撞性能，且在劇烈撞擊時吸能效果良好，具備很好的緩沖性能，安全系數(shù)高，經(jīng)久耐用。
[0025]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本發(fā)明進行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種保險杠用高強度高韌性鋁合金型材，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的化學成分:硅0.5-1 %、鎂3.2-5.5%、鐵0.5-0.8%、銅0.1-0.3%、錳2-2.3%、鉻0.1-0.3%、鋅3_4%、鈦0.2-0.4%、釓0.01-0.02%、釔0.03-0.05%、其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)元素。2.根據(jù)權利要求1所述的保險杠用高強度高韌性鋁合金型材，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的化學成分:硅0.6-0.8%、鎂4.5-5%、鐵0.6-0.7%、銅0.15-0.25%、錳2.1-2.2%、絡0.15-0.25%、鋅 3.4-3.6%、鈦0.3-0.35%、釓 0.015-0.017%、釔0.035-0.045%、其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)元素。3.—種如權利要求1或2所述的保險杠用高強度高韌性鋁合金型材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，按配方比的化學成分稱取金屬硅、鋁錠、鎂錠、鋅錠和錳錠并加入到干燥的熔煉爐中，在溫度為780-7900C下預熔煉30-50min，然后將配方比的化學成分鐵、銅、鉻、鈦、釓、釔以中間合金的形式投入熔煉爐中，保持溫度為740-750°C直到投料全部熔化得到鋁合金溶液； 步驟2，將步驟I得到的鋁合金熔液在740-745°C溫度下倒入靜置爐，采用吹入氬氣和精煉劑配合使用的方法，進行精煉、除氣，精煉劑用量為0.5-1.0千克/噸，并采用多孔過濾板除去熔液中的氧化夾雜物，得到精煉熔液； 步驟3，將步驟2得到的精煉熔液在725-735 °C下進行半連續(xù)澆鑄，得到鋁合金鑄錠； 步驟4，將步驟3得到的鋁合金鑄錠進行均勻化處理，均勻化制度為490°C/lh，鋁合金鑄錠經(jīng)均勻化處理后被預熱至480-500°C，利用擠壓機擠出成型，模具溫度450-470°C，擠壓筒溫度450-470°C，擠壓件出模溫度480-510°C，產(chǎn)品流出速度7-9mm/s; 步驟5，將步驟4得到的鋁合金型材進行在線水淬處理，淬火溫度為370-390°C，水溫控制在10-15°C，鋁合金型材淬火完全后按照時效制度位200°C/24h進行時效處理得到鋁合金型材成品。4.根據(jù)權利要求3所述的保險杠用高強度高韌性鋁合金型材的制備方法，其特征在于，在所述步驟I熔煉過程中嚴格控制各合金成分的比例，雜質(zhì)質(zhì)量百分含量控制在0.05%以下。5.根據(jù)權利要求3所述的保險杠用高強度高韌性鋁合金型材的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中鋅錠分二批加入爐內(nèi)，加入一批待Zn熔化后，用永磁攪拌器攪拌5min，正反轉(zhuǎn)各攪拌5min，使爐內(nèi)的化學成分和溫度均勾。6.根據(jù)權利要求3所述的保險杠用高強度高韌性鋁合金型材的制備方法，其特征在于，所述步驟2從倒爐到鑄造，熔體在靜置爐內(nèi)停留時間不得超過0.5h。7.根據(jù)權利要求3所述的保險杠用高強度高韌性鋁合金型材的制備方法，其特征在于，所述步驟2中所采用的精煉劑的組分配比為:螢石8-10份、白云石8-10份、氯化鋰5-8份、氯化鈣10-15份、納米氧化鋇2-3份、納米氧化硼0.5-1份、乙烯基三乙氧基硅烷0.5-1份、三乙醇胺2-3份、三氟甲基磺酸鋰0.2-0.5份。8.根據(jù)權利要求3所述的保險杠用高強度高韌性鋁合金型材的制備方法，其特征在于，所述將步驟4中均勻化制度為490°C/lh，鋁合金鑄錠經(jīng)均勻化處理后被預熱至485-495°C，利用擠壓機擠出成型，模具溫度460-465°C，擠壓筒溫度460 V-465 V，擠壓件出模溫度490°C -500 °C，產(chǎn)品流出速度8mm/s。9.根據(jù)權利要求3所述的保險杠用高強度高韌性鋁合金型材的制備方法，其特征在于，所述步驟5中淬火溫度為380-385°C，水溫控制在12-13°C。
【文檔編號】C22F1/047GK106086551SQ201610588432
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月25日 公開號201610588432.8, CN 106086551 A, CN 106086551A, CN 201610588432, CN-A-106086551, CN106086551 A, CN106086551A, CN201610588432, CN201610588432.8
【發(fā)明人】羅布灣
【申請人】慈溪市宜美佳鋁業(yè)有限公司