一種用于汽車板材的壓鑄鋁合金的時效方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于汽車板材部件的、具有優(yōu)異力學性能的壓鑄鋁合金的時效方法，包括原料準備、熔煉、壓鑄、固溶-淬火處理以及兩級時效等步驟，具體是首先通過簡單的合金元素以及適量的配比進行原料配比，以得到了具有優(yōu)異壓鑄和時效性能的鋁合金體系，同時采取了合適的原料和熔煉工藝，保證了合金的性能，在壓鑄后選擇了最優(yōu)的時效處理工藝參數(shù)以獲得性能優(yōu)異的鋁合金。
【專利說明】一種用于汽車板材的壓鑄鋁合金的時效方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁及其合金的【技術領域】，特別是提供一種用于汽車板材部件的、具有優(yōu)異力學性能的壓鑄鋁合金的時效方法。
【背景技術】
[0002]鋁及其合金因具有優(yōu)異的力學性能、抗腐蝕性能、成型性能而自古受到青睞，同時加之2.17g/cm2的低密度，鋁合金是典型的被使用的結構型輕合，在汽車、船舶、運輸機、家電制品、電子通訊設備、建材等各個領域都被廣泛使用。特別是為了應對日益嚴重的能源短缺和環(huán)境污染等問題，必須盡量節(jié)約燃油的消耗以及嚴格控制二氧化碳等氣體的排放，而交通運輸產(chǎn)品的質量沒減輕10%，就可以使得油耗下降至少5%，相應地的氣體排放也自然能夠得到有效的控制，而將具有高的比強度和比剛度以及其他優(yōu)異性能的鋁合金用于相應產(chǎn)品的制造，無疑是解決上述問題最為可行的方法。
[0003]其中的Al-Mg-Si系合金因優(yōu)異的擠壓性能、相對高的強度和耐腐蝕性能而成為車身、門板、行李艙隔板等面板型構件的主要選擇。然而由于鋁合金的熔煉、熱處理時效工藝的各個步驟涉及到很多參數(shù)，如何選擇最為優(yōu)化的成分和與成分相適應的熔煉、熱處理工藝步驟和參數(shù)，從而開發(fā)出具有更優(yōu)異性能的鋁合金一直是相關研究人員最為關注的研究課題。
[0004]壓力鑄造是現(xiàn)今鋁及其合金的鑄造方法中技術含量較高的先進制備方法之一，其成本相對較低，且生產(chǎn)效率高，制備得到的鋁合金產(chǎn)品表面質量好、尺寸精度高，能夠滿足汽車工業(yè)部件對于鋁合金產(chǎn)品的要求標準。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的即在于提供一種鋁合金的配方，并通過合理的熔煉和壓力鑄造工藝得到鋁合金，最后經(jīng)過相應的熱處理時效工藝得到具有優(yōu)異性能的鋁合金產(chǎn)品。
[0006]本發(fā)明中的用于汽車板材的壓鑄鋁合金的時效方法，包括如下步驟:
[0007]I)原料準備:合金的成分配比為(wt.%):Si3.5-4.0、Mgl.5-1.8、Cu0.05-0.1、Cr0.04-0.06, Fe ( 0.02, Mn ( 0.03，余量為鋁和不可避免的雜質，同時滿足Si/Mg的比值在2.2-2.5之間；其中上述合金成分來自于純度為99.9%的純鋁、硅含量為12-15%的鋁硅合金、鉻含量為10-12的鋁鉻合金、電解銅、工業(yè)純鎂等原料，如果有Mn來自于10-12%的鋁猛合金原料。
[0008]2)熔煉:先將上述各原料預熱至至少150°C，然后將純鋁置于熔煉爐中加熱升溫至750-780°C，隨后加入鋁鉻合金和電解銅并持續(xù)攪拌直至鋁鉻合金和電解銅全部熔化，之后降溫至700-730°C并加入鋁硅合金并持續(xù)攪拌直至鋁硅合金全部熔化，隨后降溫至650-670°C并將工業(yè)純鎂按壓至熔體底部維持至少3-5min，之后攪拌熔體并再次升溫至750-780°C同時加入精煉劑進行精煉，靜置10-15min后，檢驗熔體成分合格后完成熔煉。
[0009]3)壓鑄:將成分合格的熔體降溫至680-700°C后壓鑄到經(jīng)過預熱至至少200°C的模具的型腔中，其中充型開始時的熔體流速為0.2-0.4m/s、鑄造壓力為70-75MPa，充型率超過60%后，提高熔體的流速至2-2.5m/s、鑄造壓力為85_90MPa，直至充型壓鑄結束。
[0010]4)固溶-淬火處理:將壓鑄鑄件經(jīng)過冷軋和/或熱軋加工后得到鋁合金板材，將鋁合金板材在570-600°C條件下鹽浴固溶處理1.5min后進行水淬冷卻，板材出爐入水的時間小于2秒且冷卻水的溫度小于20°C。
[0011]5)兩級時效:首先將經(jīng)固溶-淬火處理的鋁合金板材在100-120°c的條件下鹽浴保溫2.5-3h，隨后再將鋁合金板材在50-60°C的條件下鹽浴保溫120-150h，從而得到所述的Al-Mg-Si合金。
[0012]其中，合金兀素含量優(yōu)選的，所述娃的含量為3.8 ；
[0013]進一步優(yōu) 選的，所述鎂的含量為1.6 ；
[0014]進一步優(yōu)選的，所述銅的含量為0.07 ;
[0015]進一步優(yōu)選的，所述鉻的含量為Cr0.05 ；
[0016]進一步優(yōu)選的，所述鐵的含量小于0.005，更優(yōu)選為O ;
[0017]進一步優(yōu)選的,所述猛的含量小于0.01。
[0018]進一步優(yōu)選的，Si/Mg的比值為2.3。
[0019]其中，壓鑄時，所述的充型開始時的熔體流速為0.3m/s ；
[0020]進一步優(yōu)選的，所述的充型開始時的鑄造壓力為73MPa ；
[0021]進一步優(yōu)選的，所述的充型率超過60%后，提高熔體的流速至2.3m/s ；
[0022]進一步優(yōu)選的，所述的充型率超過60%后，鑄造壓力為88MPa。
[0023]其中，兩級時效時，優(yōu)選的，首先將經(jīng)固溶-淬火處理的鋁合金板材在110°C的條件下鹽浴保溫2.Sh ；
[0024]進一步優(yōu)選的，隨后再將鋁合金板材在55°C的條件下鹽浴保溫130h。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點在于:(1)合理地設計了合金的成分，通過簡單的合金元素以及適量的配比，得到了具有優(yōu)異壓鑄和時效性能的鋁合金；(2)采取了合適的原料和熔煉工藝，保證了合金的性能；(3)選擇了最佳的壓鑄工藝參數(shù)以獲得性能優(yōu)異的鋁合金；(4)采用了最為有效的兩級時效工藝和參數(shù)，最大限度地提高了鋁合金的性能。
【具體實施方式】
[0026]實施例1-6，以及對比例1-11:
[0027]I)原料準備:按表1的合金的成分配比準備原料，其中合金元素來自于純度為99.9%的純鋁、硅含量為12-15%的鋁硅合金、鉻含量為10-12的鋁鉻合金、電解銅、工業(yè)純鎂等原料，如果有Mn來自于10-12%的鋁錳合金原料。
[0028]2)熔煉:先將上述各原料預熱至180°C，然后將純鋁置于熔煉爐中加熱升溫至760°C，隨后加入鋁鉻合金和電解銅并持續(xù)攪拌直至鋁鉻合金和電解銅全部熔化，之后降溫至720°C并加入鋁硅合金并持續(xù)攪拌直至鋁硅合金全部熔化，隨后降溫至660°C并將工業(yè)純鎂按壓至熔體底部維持至少4min，之后攪拌熔體并再次升溫至770°C同時加入精煉劑進行精煉，靜置12min后,檢驗熔體成分合格后完成熔煉。
[0029]3)壓鑄:將成分合格的熔體降溫至690°C后壓鑄到經(jīng)過預熱至200°C的模具的型腔中，其中充型開始時的熔體流速為0.2m/s、鑄造壓力為70MPa，充型率超過60%后，提高熔體的流速至2m/s、鑄造壓力為85MPa，直至充型壓鑄結束。
[0030]4)固溶-淬火處理:將壓鑄鑄件經(jīng)過冷軋和/或熱軋加工后得到鋁合金板材，將鋁合金板材在580°C條件下鹽浴固溶處理1.5min后進行水淬冷卻，板材出爐入水的時間小于2秒且冷卻水的溫度小于20°C。
[0031]5)兩級時效:首先將經(jīng)固溶-淬火處理的鋁合金板材在100°C的條件下鹽浴保溫
2.5h，隨后再將鋁合金板材在50°C的條件下鹽浴保溫120h，從而得到所述的Al-Mg-Si合金。
[0032]由表1的結果可知，硅的含量不能過低，否則將會使得提高強度的效果不足，以及流動性的變差從而影響壓鑄性能，導致力學性能的明顯變差。而硅的含量過高則會導致延伸率的急劇下降和屈服強度的顯著降低。
[0033]鎂含量過低難于與硅協(xié)同發(fā)揮提高強度的作用，從而導致拉伸強度和屈服強度的顯著下降。而鎂含量過高會導致延伸率降低以及屈服強度的不足。
[0034]銅含量過低會使得延伸率嚴重的不足，同時屈服強度也明顯不足，而銅含量過高對于合金體系的拉伸強度和延伸率并未做出更多貢獻，反而拖累屈服強度的大幅下降。此外，適量的銅還能促進鎂硅強化相的形成，是合金體系重要的元素。
[0035]鉻含量過低難于發(fā)揮其晶粒細化的作用，從而導致拉伸強度的降低，同時延伸率、屈服強度等性能也不夠理想。鉻含量過高則可能與硅、錳等合金元素形成脆性金屬件化合物，從而大幅降低強度和塑性等各項力學性能。此外，適量的鉻還能促進鎂硅強化相的形成，也是合金體系重要的元素。
`[0036]鐵作為主要的雜質元素必須嚴格限制其含量，如果超過0.02，例如對比例9中的
0.04，則明顯降低強度和塑性等各項力學性能，優(yōu)選在0.005以下，當然如果能控制在更低更好。
[0037]錳雖然通常主要作為晶粒細化的合金元素使用，但本申請中更主要利用的是其對于鐵元素的協(xié)同溶解作用，因此控制其含量在0.03以下，根據(jù)鐵的含量，也可以為0.01以下。
[0038]硅鎂比是必須嚴格控制的，過高的硅鎂比則有過多的硅析出在晶界，從而影響合金的力學性能。而過低的硅鎂比則難于充分形成強化相，以獲得相應的力學性能。
[0039]表1
[0040]
【權利要求】
1.一種用于汽車板材的壓鑄鋁合金的時效方法，其具有如下的工藝步驟: 1)原料準備:合金的成分配比為(Wt.%):Si3.5-4.0、Mgl.5-1.8、Cu0.05-0.1、Cr0.04-0.06, Fe ( 0.02, Mn ( 0.03，余量為鋁和不可避免的雜質，同時滿足Si/Mg的比值在2.2-2.5之間；其中上述合金成分來自于純度為99.9%的純鋁、硅含量為12-15%的鋁硅合金、鉻含量為10-12的鋁鉻合金、電解銅、工業(yè)純鎂等原料，如果有Mn來自于10-12%的鋁猛合金原料； 2)熔煉:將上述原料以一定的順序加熱熔化，并精煉合金熔體，檢驗熔體成分合格后完成熔煉； 3)壓鑄:將熔煉得到的合金熔體經(jīng)過低速、高速兩階段的壓鑄得到壓鑄鑄件； 4)固溶-淬火處理:將壓鑄鑄件經(jīng)過冷軋和/或熱軋加工后得到鋁合金板材，將鋁合金板材在570-600°C條件下鹽浴固溶處理1.5min后進行水淬冷卻，板材出爐入水的時間小于2秒且冷卻水的溫度小于20°C ； 5)兩級時效:首先將經(jīng)固溶-淬火處理的鋁合金板材在100-120°C的條件下鹽浴保溫2.5-3h，隨后再將鋁合金板材在50-60°C的條件下鹽浴保溫120-150h，從而得到所述的鋁合金。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓鑄鋁合金的時效方法，其特征在于:首先將經(jīng)固溶-淬火處理的鋁合金板材在110°C的條件下鹽浴保溫2.8h。
3.根據(jù)權利要求1所述的壓鑄鋁合金的時效方法，其特征在于:隨后再將鋁合金板材在55°C的條件下鹽浴保溫130h。
【文檔編號】C22F1/043GK103526083SQ201310460998
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權日:2013年9月25日
【發(fā)明者】季吉清 申請人:蘇州吉利不銹鋼制品有限公司