一種自行車車架管用鋁合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明一種自行車車架管用鋁合金及其制備方法，要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有鋁合金在制造自行車車架管方面或者強(qiáng)度不足或者焊接工藝性能不足或者安全可靠性不足的問題。按重量百分比由下列組分組成：0.8-1.6%Mg，0.8-1.8%Si，0.7-1.2%Cu，0.6-1.4%Mn，0.10-0.30%Cr，0.1-0.6%Er，0.08-0.20%Zr，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。有益效果在于：本發(fā)明的鋁合金強(qiáng)度高、塑性好，使自行車進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化。用本發(fā)明鋁合金制成的自行車車架管的強(qiáng)度大于450MPa，延伸率保持在10%以上；焊接性能和擠壓性能優(yōu)異，能夠滿足自行車車架管的擠壓成形和車架的焊接需要，能順利通過歐標(biāo)安全檢驗(yàn)。
【專利說明】一種自行車車架管用鋁合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自行車用鋁合金領(lǐng)域，特別涉及自行車車架管用鋁合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金自行車具有質(zhì)輕美觀的突出優(yōu)點(diǎn)，其需求量迅速擴(kuò)大。目前用于自行車的鋁合金管材材質(zhì)主要有6061、6063和6082等三種鋁合金。這些合金的主要合金元素是鎂和硅，并通過形成Mg2Si相實(shí)現(xiàn)彌散強(qiáng)化。其中硅除形成Mg2Si相外，一般都有一定的過剩，即鎂硅質(zhì)量比Mg/Si〈l.73。其抗拉強(qiáng)度一般都為230-310MPa，并隨著硅過剩量的提高而提高，經(jīng)熱處理后最高可達(dá)310MPa。鎂和硅在固溶溫度以上的固溶速度很快，通常只需數(shù)秒，因此，這種材料可以通過將擠壓出口溫度控制在500-550°C實(shí)現(xiàn)擠壓成形的同時(shí)得到固溶態(tài)的冶金組織，隨后進(jìn)行時(shí)效處理。這類合金用于自行車車架管，存在的不足主要是強(qiáng)度偏低，壁厚較大，一般為1.8mm，導(dǎo)致自行車車架重量較大。此外，這類合金制成車架后經(jīng)常因達(dá)不到歐盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會公布的自行車安全標(biāo)準(zhǔn)而不能出口。
[0003]若采用7****的高強(qiáng)鋁合金(鋁合金牌號中7開頭的一系列合金)，雖然其強(qiáng)度高，可以使管壁顯著減薄，但其制備工藝復(fù)雜，質(zhì)量穩(wěn)定性和焊接性能較差，難以滿足自行車車架生產(chǎn)的需要。201210061326.6公開了采用6066合金制作車架的方法，制成的車架經(jīng)過T4、T6熱處理，強(qiáng)度可達(dá)250MPa，延伸率大于8%，但制成的車架仍不能穩(wěn)定通過歐標(biāo)的自行車安全標(biāo)準(zhǔn)，腳蹬力疲勞實(shí)驗(yàn)只有2萬次(城市車達(dá)5萬次為合格，山地車和賽車達(dá)10萬次為合格)。6070-T6鋁合金強(qiáng)度可達(dá)380MPa，延伸率不低于10%，比6066鋁合金的性能有所提高，但其焊接性能較差，無法適應(yīng)自行車車架的焊接需要。為了解決現(xiàn)有鋁合金在生產(chǎn)薄壁車架管時(shí)強(qiáng)度不足、現(xiàn)有高強(qiáng)鋁合金焊接性能不能滿足車架管焊接需要、以及制成的車架難以通過歐盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會公布的自行車安全標(biāo)準(zhǔn)的問題，提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有鋁合金在制造自行車車架管方面或者強(qiáng)度不足或者焊接工藝性能不足或者制成的車架難以通過歐盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會公布的自行車安全標(biāo)準(zhǔn)的問題，本發(fā)明采用硅、鎂、銅、鉻復(fù)合合金化提高強(qiáng)度，通過添加錳、稀土鉺和鋯改善塑性和焊接性能，獲得一種強(qiáng)度高、塑性好、焊接性能優(yōu)良的自行車車架管用鋁合金及其制備方法。
[0005]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種自行車車架管用鋁合金，按重量百分比由下列組分組成:0.8-1.6%Mg，0.8-1.8%Si,0.7-1.2%Cu，0.6-1.4%Μη，0.10-0.30%Cr,0.1-0.6%Er,0.08-0.20%Zr,余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
[0007]進(jìn)一步，在25°C的條件 下，根據(jù)國標(biāo)(GB/T228-2002)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)方法，對所述自行車車架管用鋁合金經(jīng)過熱處理后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，拉伸強(qiáng)度大于450MPa，延伸率大于10%，疲勞強(qiáng)度大于(5X IO8) 150MPa。
[0008]進(jìn)一步，其金相圖中的強(qiáng)化相除Mg2Si外，還有W相(CuMg5Si4Alx)和CuAl2相，晶粒尺寸細(xì)小,不大于20 μ m。
[0009]進(jìn)一步，所述鋁合金按QB1880-2008要求，進(jìn)行振動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)40萬次以上不破壞。
[0010]進(jìn)一步，所述合金制成的車架在25V的條件下，進(jìn)行拉壓疲勞試驗(yàn)時(shí)，壽命可達(dá)18萬次以上仍完好無損。
[0011]所述的一種自行車車架管用鋁合金，其制備方法包括如下步驟:
[0012]步驟1，將電解鋁錠加熱至720_780°C或直接將液態(tài)的電解鋁液轉(zhuǎn)入熔煉爐，以結(jié)晶硅、金屬錳、金屬銅、金屬鉻純物質(zhì)形式按重量百分比分別配加所述的硅、錳、鉻、銅至含量要求，加熱熔化并攪拌均勻得到合金熔體；
[0013]步驟2，將合金熔體溫度控制在730_750°C范圍，按重量百分比將金屬鎂錠加入合金熔體內(nèi)部，使其熔化并攪拌均勻；
[0014]步驟3，控制合金熔體溫度至720-740°C，加入鋁合金精煉劑1%_2%并攪拌精煉
10-30min，扒除浮渣后，加蓋覆蓋劑；
[0015]步驟4，按重量百分比加入鋁-鉺中間合金和鋁-鋯中間合金配加鉺和鋯至要求含量，攪拌均勻后，即可出爐澆注，得到鑄棒，供后續(xù)擠壓自行車用管材用。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:`[0017](I)本發(fā)明的鋁合金晶粒細(xì)小、強(qiáng)度高、塑性好，可以用來制作壁厚1.2-1.8mm的薄壁車架管，使自行車進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化。由于本發(fā)明采用硅、鎂、銅、鉻復(fù)合合金化提高強(qiáng)度，通過添加錳、稀土鉺和鋯改善塑性，用本發(fā)明鋁合金制成的自行車車架管的晶粒尺寸小于20 μ m，強(qiáng)度大于450MPa，延伸率保持在10%以上。比6066鋁合金強(qiáng)度提高60MPa以上。
[0018](2)本發(fā)明的鋁合金焊接性能和擠壓性能優(yōu)異，能夠滿足自行車車架管的擠壓成形和車架的焊接需要。由于添加了錳、稀土鉺和鋯，合金的擠壓性能和焊接性能比6066顯著改善，擠壓過程順暢，焊接過程無開裂，焊接接頭抗拉強(qiáng)度大于母材強(qiáng)度。
[0019](3)用本發(fā)明制成的自行車車架的安全可靠性顯著提高。用本發(fā)明制成的自行車車架，即使壁厚減至1.2mm，進(jìn)行QB1880-2008規(guī)定的振動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)40萬次以上未見破壞(10萬次不破壞為合格);進(jìn)行歐盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會公布的自行車安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的腳蹬力疲勞實(shí)驗(yàn)12萬次以上未見破壞(城市車達(dá)5萬次為合格，山地車和賽車達(dá)10萬次為合格)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明的金相圖，圖中黑色和灰色顆粒為析出強(qiáng)化相。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的三種實(shí)施方式做出簡要說明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]一種自行車車架管用鋁合金，按重量百分比由下列組分組成:
[0024]1.6%Mg, 1.8%Si，1.2%Cu, 1.4%Mn, 0.30%Cr, 0.60%Er, 0.20%Zr,余量為 Al 及不可避
免的雜質(zhì)。其制備方法包括如下步驟:
[0025]步驟1，將電解純鋁液轉(zhuǎn)入熔煉爐，以結(jié)晶硅、金屬錳、金屬銅、金屬鉻純物質(zhì)按重量百分比分別配加所述的硅、錳、鉻、銅至含量要求，加熱熔化并攪拌均勻，得到合金熔體；
[0026]步驟2，將合金熔體溫度控制在750°C，將金屬鎂錠加入熔體內(nèi)部，使其熔化并攪拌均勻；
[0027]步驟3，控制合金熔體溫度至740 V，加入鋁合金精煉劑1.5%或吹入鋁合金精煉氣體并攪拌精煉30min，扒除浮渣后，加蓋覆蓋劑；
[0028]步驟4，按重量百分比加入鋁-鉺中間合金和鋁-鋯中間合金配加鉺和鋯至要求含量，攪拌均勻后，出爐澆注，得到鑄棒，供后續(xù)擠壓自行車用管材。
[0029]拉伸實(shí)驗(yàn)
[0030]該合金的熱擠壓管材的在25攝氏度的實(shí)驗(yàn)條件下，抗拉強(qiáng)度高達(dá)480MPa，延伸率大于10%，擠壓性能和焊接性能均能滿足自行車架生產(chǎn)需要。
[0031]振動(dòng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)
[0032]用實(shí)施例1所述的合金制成的自行車車架進(jìn)行QB1880-2008規(guī)定的振動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)40萬次以上不破壞(10萬次不破壞為合格)。
[0033]腳蹬力疲勞試驗(yàn)
[0034]進(jìn)行歐盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會公布的自行車安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的腳蹬力疲勞實(shí)驗(yàn)18萬次以上不破壞(達(dá)到10萬次即為合格)。
[0035]平均晶粒尺寸
`[0036]使用光學(xué)顯微鏡觀察。將實(shí)施例1中的合金進(jìn)行0.05-0.1mm機(jī)械研磨后進(jìn)行電解刻蝕的表面，利用線截法在該實(shí)施例合金的擠出方向或長度方向上進(jìn)行測定。測定長度為0.2mm，每個(gè)視野各3根，共計(jì)觀察5個(gè)視野。因此總測定線長度為0.2mmX 15=3mm。
[0037]平均結(jié)晶粒徑是利用上述線截法，測定同一截取試驗(yàn)片的任意5個(gè)位置，采用15次截取試驗(yàn)片的平均值。
[0038]本實(shí)施例中平均結(jié)晶粒徑小于20 μ m。
[0039]實(shí)施例2
[0040]一種自行車車架管用鋁合金，按重量百分比由下列組分組成:1.l%Mg, 1.3%Si，
0.9%Cu，1.0%Mn,0.2%Cr，0.3%ER,0.15%Zr，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。其制備方法包括如下步驟:
[0041]步驟1，將電解鋁錠加熱熔化至750°C，以鋁-硅、鋁-錳、鋁-鉻、鋁-銅中間合金形式按重量百分比分別配加所述的硅、錳、鉻、銅至含量要求，加熱熔化得到合金熔體并攪拌均勻；
[0042]步驟2，將合金熔體溫度控制在740°C范圍，將金屬鎂錠加入熔體內(nèi)部，使其熔化并攪拌均勻；
[0043]步驟3，控制合金熔體溫度至730°C，加入鋁合金精煉劑1%或吹入鋁合金精煉氣并攪拌精煉20min，扒除浮渣后，加蓋覆蓋劑；
[0044]步驟4，按重量百分比加入鋁-鉺中間合金和鋁-鋯中間合金配加鉺和鋯至要求含量，攪拌均勻后，即可出爐澆注，得到鑄棒，供后續(xù)擠壓自行車用管材加工用。
[0045]拉伸試驗(yàn)
[0046]該合金的熱擠壓管材在25攝氏度的實(shí)驗(yàn)條件下，抗拉強(qiáng)度高達(dá)465MPa，延伸率大于11%，擠壓性能和焊接性能均能滿足自行車架生產(chǎn)需要。[0047]振動(dòng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)
[0048]用本實(shí)施例2所合金制備成的自行車車架，進(jìn)行QB1880-2008規(guī)定的振動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)40萬次以上未見破壞(10萬次不破壞為合格)。
[0049]腳蹬力疲勞試驗(yàn)
[0050]進(jìn)行歐盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會公布的自行車安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的腳蹬力疲勞實(shí)驗(yàn)，達(dá)12萬次以上未見破壞(達(dá)到10萬次即為合格)。
[0051]平均晶粒尺寸
[0052]使用光學(xué)顯微鏡觀察。將實(shí)施例2中的合金進(jìn)行0.05-0.1mm機(jī)械研磨后進(jìn)行電解刻蝕的表面，利用線截法在該實(shí)施例合金的擠出方向或長度方向上經(jīng)行測定。測定長度為0.2mm，每個(gè)視野各3根，共計(jì)觀察5個(gè)視野。因此總測定線長度為0.2mmX 15=3mm。
[0053]平均結(jié)晶粒徑是利用上述線截法，測定同一截取試驗(yàn)片的任意5個(gè)位置，采用15次截取試驗(yàn)片的平均值。
[0054]本實(shí)施例中平均結(jié)晶粒徑小于20 μ m。
[0055]實(shí)施例3
[0056]一種自行車車架管用鋁合金，按重量百分比由下列組分組成:0.8%Mg，0.8%Si，
0.7%Cu，0.6%Mn，0.10%Cr，0.l%Er,0.08%Zr，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。其制備方法包括如下步驟:
[0057]步驟1，將純鋁錠加 熱至720°C，以鋁-硅、鋁-錳、鋁-鉻、鋁-銅中間合金形式按重量百分比分別配加所述的硅、錳、鉻、銅至含量要求，加熱熔化得到合金熔體并攪拌均勻；
[0058]步驟2，將合金熔體溫度控制在730°C范圍，將金屬鎂錠加入熔體內(nèi)部，使其熔化并攪拌均勻；
[0059]步驟3，控制合金熔體溫度至720 V，加入鋁合金精煉劑1%_2%或吹入鋁合金精煉氣并攪拌精煉lOmin，扒除浮渣后，加蓋覆蓋劑；
[0060]步驟4，按重量百分比加入鋁-鉺中間合金和鋁-鋯中間合金配加鉺和鋯至要求含量，攪拌均勻后，即可出爐澆注，得到鑄棒，供后續(xù)擠壓自行車用管材加工用。
[0061]本發(fā)明的鋁合金強(qiáng)度高、塑性好，可以用來制作薄壁車架管，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化。
[0062]拉伸實(shí)驗(yàn)
[0063]用本發(fā)明鋁合金制成的自行車車架管，該合金的熱擠壓管材的在25攝氏度的實(shí)驗(yàn)條件下，抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度高達(dá)450MPa，延伸率保持在11%以上，擠壓性能和焊接性能均能滿足自行車架生產(chǎn)需要。
[0064]振動(dòng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)
[0065]用實(shí)施例3所述合金制成的自行車車架，進(jìn)行QB1880-2008規(guī)定的振動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)40萬次以上未見破壞(10萬次不破壞為合格)。
[0066]腳蹬力疲勞試驗(yàn)
[0067]進(jìn)行歐盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會公布的自行車安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的腳蹬力疲勞實(shí)驗(yàn)，達(dá)20萬次以上未見破壞(達(dá)到10萬次即為合格)。本發(fā)明的鋁合金焊接性能和擠壓性能優(yōu)異，能夠滿足自行車車架的制造需要。
[0068]平均晶粒尺寸[0069]使用光學(xué)顯微鏡觀察。將實(shí)施例3中的合金進(jìn)行0.05-0.1mm機(jī)械研磨后進(jìn)行電
解刻蝕的表面，利用線截法在該實(shí)施例合金的擠出方向或長度方向上進(jìn)行測定。測定長度
為0.2mm，每個(gè)視野各3根，共計(jì)觀察5個(gè)視野。因此總測定線長度為0.2mmX 15=3mm。
[0070]平均結(jié)晶粒徑是利用上述線截法，測定同一截取試驗(yàn)片的任意5個(gè)位置，采用15
次截取試驗(yàn)片的平均值。
[0071]本實(shí)施例中平均結(jié)晶粒徑小于20 μ m。
[0072]下表本發(fā)明的3種不同配比的實(shí)施例與6066鋁合金和申請?zhí)枮?01210061326.6
合金的組織性能對比表。
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種自行車車架管用鋁合金，其特征在于:按重量百分比由下列組分組成:0.8-1.6%Mg, 0.8-1.8%Si,0.7-1.2%Cu,0.6-1.4%Mn,0.10-0.30%Cr, 0.1-0.6%Er,0.08-0.20%Zr，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自行車車架管用鋁合金，其特征在于:所述一種自行車車架管用鋁合金的金相圖中的強(qiáng)化相除Mg2Si外，還有W相(Cu4Mg5Si4Alx)和CuAl2相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自行車車架管用鋁合金，其特征在于:在25°C的條件下，對所述的一種自行車車架管用鋁合金T6處理后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，拉伸強(qiáng)度為450MPa以上，延伸率為10%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自行車車架管用鋁合金，其特征在于:所述一種自行車車架管用鋁合金制成的車架在25°C的條件下，進(jìn)行拉壓疲勞試驗(yàn)時(shí)，壽命可達(dá)18萬次以上仍完好無損。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自行車車架管用鋁合金，其特征在于:所述一種自行車車架管用鋁合金按QB1880-2008要求，進(jìn)行振動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)40萬次以上不破壞。
6.一種自行車車架管用鋁合金的制備方法，其特征在于:包括如下步驟， 步驟1，將電解鋁錠加熱至720-780°C或直接將液態(tài)的電解鋁液轉(zhuǎn)入熔煉爐，以結(jié)晶硅、金屬錳、金屬銅、金屬鉻純物質(zhì)形式按重量百分比分別配加所述的硅、錳、鉻、銅至含量要求，加熱熔化并攪拌均勻得到合金熔體； 步驟2，將合金熔體溫度控制在730-750°C范圍，按重量百分比將金屬鎂錠加入合金熔體內(nèi)部，使其熔化并攪拌均勻； 步驟3，控制合金熔體溫度至720-740 °C，加入鋁合金精煉劑1%_2%并攪拌精煉10-30min，扒除浮渣后，加蓋覆蓋劑； 步驟4，按重量百分比加入鋁-鉺中間合金和鋁-鋯中間合金配加鉺和鋯至要求含量，攪拌均勻后，即可出爐澆注，得到鑄棒，供后續(xù)擠壓自行車用管材用。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種自行車車架管用鋁合金的制備方法，其特征在于:所述步驟1，將電解鋁錠加熱至720-780°C或直接將液態(tài)的電解鋁液轉(zhuǎn)入熔煉爐，以鋁-硅、鋁-錳、鋁-鉻、鋁-銅中間合金形式按重量百分比分別配加所述的硅、錳、鉻、銅至含量要求，加熱熔化并攪拌均 勻得到合金熔體。
【文檔編號】C22C21/00GK103484728SQ201310374068
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】邢書明 申請人:天津金輪自行車集團(tuán)有限公司, 天津市金輪天大數(shù)控機(jī)床有限公司