專利名稱：用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬機械加工，具體涉及一種用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝。
背景技術：
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。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。7NB46屬于Al-Zn-Mg系超硬鋁合金，由于其具有良好的熱變形性能，擠壓時經(jīng)在線淬火有較高的強度，制品的焊接性能，耐腐蝕性能良好，有一定的耐應力腐蝕性能，特別是具有較強的吸收沖擊能力和抗擊折疊的性能，因而特別適合擠壓成空心型材制成汽車的保險杠，如何用加工出類似性能或更優(yōu)性能的鋁合金型材是我們所要解決的問題，但是加工此類型鋁合金型材時，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)羽毛晶等缺陷。這些缺陷會在隨后的生產(chǎn)中“遺傳”給擠壓材，降低了制品的力學性能。羽毛晶具有粗大平直的晶軸，力學性能有很強的各向導性，不僅破壞了工藝性能而且會大幅的降低力學性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝，其加工出的鋁合金型材具有良好的熱變形性能，擠壓時經(jīng)在線淬火有較高的強度，制品的焊接性能，耐腐蝕性能良好，有一定的耐應力腐蝕性能，特別是具有較強的吸收沖擊能力和抗擊折疊的性倉泛。為了實現(xiàn)上述方案，本發(fā)明的技術解決方案為一種用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝，其包括以下步驟(I)先配料合金的基體選用99. 85牌號的鋁錠，Mg、Zn元素以純金屬的形式加入，考慮Cu、Cr、Ti、Zr元素熔點較高，且在合金中含量較低，故以中間合金的形式加入；(2)之后采用25噸蓄熱式燃氣爐熔煉，熔煉溫度不宜過高，為750±5°C ；(3)在熔煉過程中，取樣分析調(diào)整完化學成分和溫度后即要抓緊倒爐，Si的質量百分含量控制在O. 10%，F(xiàn)e的質量百分含量控制在O. 16% -O. 17%, Mg的質量百分含量控制在1.20% -1.30%, Mn的質量百分含量控制在< O. 04%, Cu的質量百分含量控制在O. 20% -O. 22%, Cr的質量百分含量控制在< 0.04%，Zn的質量百分含量控制在
6.50% -6. 70%,Zr的質量百分含量控制在O. 15% -O. 16%，非檢測雜質單個質量百分含量控制在O. 05%，總和控制在O. 10%，盡量縮短熔體在爐內(nèi)停留的時間，倒入靜置爐時對爐內(nèi)熔體邊倒爐邊用永磁攪拌器對爐內(nèi)的熔體進行攪拌，倒爐時要保持熔體平穩(wěn)流動，不得有沖擊翻滾現(xiàn)象；(4)倒入靜置爐后在750°C以上的條件下，用氬氣噴吹無鈉精煉劑進行精煉，精煉劑用量I. 5kg/t，精煉時間為IOmin以上，扒凈熔體表面的浮渣，向熔體表面均勻的撒上IOkg無鈉覆蓋劑；(5)在線添加Al-Ti-B絲，添加量為800mm/min，最終使合金達到Ti的質量百分含量為 O. 03% -O. 04%(6)為進一步提高熔體的純潔度，用除氣機進行第二次凈化進一步除氣除渣，除氣機轉子轉速控制在350r/min,lS氣流量控制在2m3/h,采用30ppi和50ppi的雙級過濾濾除熔體中的氧化夾雜物；(7)待熔體撒上IOkg無鈉覆蓋劑后20min內(nèi)，使用Φ 304mm熱頂同水平鑄造；(8)鑄錠在250°C時裝爐，先不點火升溫，開風機運行Ih后再點火升溫，加熱升溫 速度90°C /h，均質溫度485±5°C，保溫8h，然后放入冷卻爐冷卻，冷卻速度要> 100°C /h,冷卻到室溫后出爐；(9)之后，選用40MN擠壓機擠壓，鑄錠加熱溫度500°C，擠壓模具溫度450°C，擠壓溫度 480°C，擠壓速度 3. 1-3. 2m/min ；(10)之后對型材在線淬火，淬火溫度為350°C _550°C，擠壓型材的出?？跍囟炔坏玫陀?80°C，采用強風冷卻；(11)之后將型材用200T拉伸機拉直，變形量為1% _3%，校直后的型材經(jīng)檢驗合格后，按要求尺寸切成成品后，再進行雙級時效即100°c保溫8h升溫至145°C再保溫llh。本發(fā)明用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝，其中所述步驟(2)中Zn錠分三批用加料鏟分數(shù)的加入爐內(nèi)，加入一批待Zn熔化后，用永磁攪拌器攪拌lOmin，正反轉各攪拌5min,使爐內(nèi)的化學成分和溫度均勻。本發(fā)明用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝，其中所述步驟(4)從倒爐到鑄造，熔體在靜置爐內(nèi)停留時間不得超過lh。采用上述方案后，本發(fā)明用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝，通過控制合金Zn的質量百分含量為6. 50% -6. 70% ,Mg為I. 20% -I. 30%，在合金中，Zn、Mg共存時形成了一系列的新相α相(Mg5A18)、η相(MgZn2)、T相(A12Mg3Zn)，其中η相和在Al中有較高的溶解度和明顯的溫度關系，故該合金有強烈的時效硬化效應，通過控制Cu的質量百分含量在O. 20% -O. 22%，提高合金的耐應力腐蝕、抗拉強度和塑性，通過控制Zr的質量百分比為O. 15% -O. 16%，不僅能夠顯著地提高合金的焊接性能，還能急劇的提高合金的再結晶終了溫度和耐應力腐蝕性能，通過控制Mn的質量百分含量小于O. 04%,Cr小于O. 04%故對合金的斷裂性不會帶來不良影響，將Fe的質量百分含量控制在O. 16% -O. 17%，其與合金中的Si元素形成FeAlSi化合物，使Mg2Si脆性相在晶界和枝晶界呈不連續(xù)狀態(tài)存在，從而降低合金的熱裂紋傾向，通過控制Si的質量百分含量在O. 10%，消除了合金中產(chǎn)生羽毛晶的內(nèi)在原因，控制熔煉溫度不超過760°C，加強熔體的攪拌，控制熔體在爐內(nèi)停留時間不超過2h，增加Al-Ti-B絲的添加量，將Ti成分控制在O. 03%-O. 04%，消除了羽毛晶產(chǎn)生的外在條件；在熔煉過程中通過永磁攪拌器攪拌，倒爐時邊攪拌邊倒爐，在靜置爐中，加強攪拌縮短熔體在爐內(nèi)停留的時間，有效防止Zn、Zr的比重偏析；熔體采取二次凈化和雙級過濾工藝措施對保證鑄淀的內(nèi)部純潔度，有效提聞制品的性能；熱頂鑄造可以提聞鑄淀的內(nèi)、外部質量，為制品組織和性能的提高奠定了基礎條件；在線淬火采用強風冷卻，使冷卻速度達到200°C /min以上對提高制品的固溶程度，保證制品力學性能是至關重要的；根據(jù)制品的使用特性要求，采用了雙級時效是正確的，即保證了制品具有較高的強度，又保證了制品有足夠的塑性。本發(fā)明的進一步有益效果是在步驟(2)中Zn錠分三批用加料鏟分數(shù)的加入爐內(nèi)，加入一批待Zn熔化后，用永磁攪拌器攪拌lOmin，正反轉各攪拌5min，使爐內(nèi)的化學成分和溫度均勻，更為有效防止Zn、Zr的比重偏析。
本發(fā)明的進一步有益效果是步驟(4)從倒爐到鑄造，熔體在靜置爐內(nèi)停留時間不得超過lh，這樣操作進一步消除了羽毛晶產(chǎn)生的外在條件。說明書附I為本發(fā)明的均火鑄錠邊部高倍組織X 200圖；圖2為本發(fā)明的均火鑄錠半徑1/2處高倍組織X 200圖；圖3為本發(fā)明的均火鑄錠中心部位高倍組織X200圖；圖4為本發(fā)明的型材邊部橫向高倍組織X 200圖；圖5為本發(fā)明的型材邊部縱向高倍組織X 200圖；圖6為本發(fā)明的型材中部橫向高倍組織X200圖；圖7為本發(fā)明的型材中部縱向高倍組織X 200圖。
具體實施例方式本發(fā)明用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝，包括如下步驟；(I)配料合金的基體選用99. 85牌號的鋁錠。Mg、Zn元素以純金屬的形式加入，考慮Cu、Cr、Ti、Zr元素熔點較高，且在合金中含量較低，故以中間合金的形式加入。(2)熔煉采用25噸蓄熱式燃氣爐熔煉，考慮到該合金含Zn量較高，Zr的熔點較高，易產(chǎn)生Zn、Zr的比重偏析和羽毛晶，因而采取以下措施為防止產(chǎn)生羽毛晶，熔煉溫度不宜過高，為755°C ；(3)為防止產(chǎn)生Zn、Zr比重偏析，將Zn錠分三批用加料鏟分數(shù)的加入爐內(nèi)，加入一批待Zn熔化后，用永磁攪拌器攪拌lOmin，正反轉各攪拌5min，使爐內(nèi)的化學成分和溫度均勻，取樣分析調(diào)整完化學成分和溫度后即要抓緊倒爐，Si的質量百分含量控制在O. 10%,Fe的質量百分含量控制在O. 16% -O. 17%，Mg的質量百分含量控制在1.20% -I. 30%, Mn的質量百分含量控制在< O. 04%,Cu的質量百分含量控制在O. 20% -O. 22%,Cr的質量百分含量控制在< O. 04%,Zn的質量百分含量控制在6. 50% -6. 70%,Zr的質量百分含量控制在O. 15%-O. 16%，非檢測雜質單個質量百分含量控制在O. 05%，總和控制在O. 10%，盡量縮短熔體在爐內(nèi)停留的時間，倒爐時對爐內(nèi)熔體邊倒爐邊用永磁攪拌器對爐內(nèi)的熔體進行攪拌；倒爐時要保持熔體平穩(wěn)流動，不得有沖擊翻滾現(xiàn)象；(4)倒爐后在750°C以上的條件下，用氬氣噴吹無鈉精煉劑進行精煉，精煉劑用量
I.5kg/t，精煉時間為IOmin以上；扒凈熔體表面的浮渣，向熔體表面均勻的撒上IOkg無鈉覆蓋劑，靜置20min后，即要抓緊鑄造；從倒爐到鑄造，熔體在靜置爐內(nèi)停留時間不得超過Ih,以免熔體中形成晶核的活化質點衰減，造成產(chǎn)生羽毛晶和Zn、Zr比重偏析的條件；由于該合金加入了 Zr，會對Al-Ti-B絲的細化效果造成不良影響。因為Zr會對起細化作用的TiB2表面形成一層ZrB2或Zr的包復層，從而抑制了 TiB2細化晶粒的特性。此外Zr還會置換TiA13中的一些Ti形成(Til-XZrx) A13類型的三元固溶體。改變了其晶格常數(shù)和TiA13的形核特性，而且隨著Zr含量的增加而使晶粒粗化，這是由于在形成的三元相中Zr的摩爾份額增加，而降低了 TiA13的細化效果。綜上所述Zr的加入會形成羽毛晶的生成條件，為補償因Zr加入而引起的Al-Ti-B絲中的TiB2，Τ Α13粒子細化效果的降低，采取了增加添加Al-Ti-B絲量的辦法，添加量為800mm/min最終使合金達到Ti的質量百分含量為O. 03% -O. 04% ；(5)為進一步提高熔體的純潔度，在鑄造過程中在線用除氣機進行第二次凈化進一步除氣除渣，除氣機轉子轉速350r/min氬氣流量2m3/h，合金中含有氧化物會破壞其基體的連續(xù)性，進而影響合金的力學性能。為此在生產(chǎn)中要盡量降低熔體中的氧化夾雜物。一是在工藝上采取措施盡量減少生產(chǎn)過程中氧化夾雜物的生成。二是把生成的氧化夾雜物采取相應的工藝措施除去。在這里采用30ppi和50ppi的雙級過濾就是為了濾除熔體中的氧化夾雜物，一般可濾除10μ以上的氧化夾雜物95%以上、5-10 μ的氧化夾雜物50%左右。(6)由于熱頂同水平鑄造結晶器短，鑄造速度快，冷卻強度大，故可以提高鑄錠的表面和內(nèi)部質量及性能。因而本次試生產(chǎn)使用Φ304mm熱頂同水平鑄造。但在鑄造時鑄造溫度、鑄造速度、冷卻強度調(diào)配不當也會造成羽毛晶生成的條件。經(jīng)認真分析研究，我們對鑄造參數(shù)，按表I數(shù)值控制表權利要求
1.一種用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝，其特征在于包括以下步驟 (1)先配料合金的基體選用99.85牌號的鋁錠，Mg、Zn元素以純金屬的形式加入，考慮Cu、Cr、Ti、Zr元素熔點較高,且在合金中含量較低,故以中間合金的形式加入； (2)之后采用25噸蓄熱式燃氣爐熔煉，熔煉溫度不宜過高，為750±5°C； (3)在熔煉過程中，取樣分析調(diào)整完化學成分和溫度后即要抓緊倒爐，Si的質量百分含量控制在O. 10%, Fe的質量百分含量控制在O. 16% -O. 17%, Mg的質量百分含量控制在1.20% -1.30%, Mn的質量百分含量控制在< O. 04%, Cu的質量百分含量控制在O. 20% -O. 22%, Cr的質量百分含量控制在< 0.04%，Zn的質量百分含量控制在6.50% -6. 70%,Zr的質量百分含量控制在O. 15%-O. 16%，非檢測雜質單個質量百分含量控制在O. 05%，總和控制在O. 10%，盡量縮短熔體在爐內(nèi)停留的時間，倒入靜置爐時對爐內(nèi)熔體邊倒爐邊用永磁攪拌器對爐內(nèi)的熔體進行攪拌，倒爐時要保持熔體平穩(wěn)流動，不得有沖擊翻滾現(xiàn)象； (4)倒入靜置爐后在750°C以上的條件下，用氬氣噴吹無鈉精煉劑進行精煉，精煉劑用量I. 5kg/t，精煉時間為IOmin以上，扒凈熔體表面的浮渣，向熔體表面均勻的撒上IOkg無鈉覆蓋劑； (5)在線添加Al-Ti-B絲，添加量為800mm/min，最終使合金達到Ti的質量百分含量為O.03% -O. 04% (6)為進一步提高熔體的純潔度，用除氣機進行第二次凈化進一步除氣除渣，除氣機轉子轉速控制在350r/min,lS氣流量控制在2m3/h,采用30ppi和50ppi的雙級過濾濾除熔體中的氧化夾雜物； (7)待熔體撒上IOkg無鈉覆蓋劑后20min內(nèi)，使用Φ304mm熱頂同水平鑄造； (8)鑄錠在250°C時裝爐，先不點火升溫，開風機運行Ih后再點火升溫，加熱升溫速度900C /h,均質溫度485±5°C，保溫8h，然后放入冷卻爐冷卻，冷卻速度要> 100°C /h,冷卻到室溫后出爐； (9)之后，選用40MN擠壓機擠壓，鑄錠加熱溫度500°C，擠壓模具溫度450°C，擠壓溫度480°C，擠壓速度 3. 1-3. 2m/min ； (10)之后對型材在線淬火，淬火溫度為350°C_550°C，擠壓型材的出?？跍囟炔坏玫陀?80°C，采用強風冷卻； (11)之后將型材用200T拉伸機拉直，變形量為I% -3 %，校直后的型材經(jīng)檢驗合格后，按要求尺寸切成成品后，再進行雙級時效即100°C保溫8h升溫至145°C再保溫llh。
2.如權利要求I所述的用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟(2)中Zn錠分三批用加料鏟分數(shù)的加入爐內(nèi)，加入一批待Zn熔化后，用永磁攪拌器攪拌IOmin,正反轉各攪拌5min,使爐內(nèi)的化學成分和溫度均勻。
3.如權利要求I所述的用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟(4)從倒爐到鑄造，熔體在靜置爐內(nèi)停留時間不得超過lh。
全文摘要
一種用于汽車保險杠的鋁合金型材生產(chǎn)工藝，屬于金屬機械加工技術領域，通過配料→熔煉→永磁攪拌→測溫→取樣→調(diào)整成分及溫度→倒爐→精煉(一次凈化)→靜置→在線加入Al-Ti-B絲→在線除氣除渣(二次凈化)→雙級過濾→同水平熱頂鑄造→鑄錠均勻化→鑄錠的機械加工→鑄錠檢驗→感應爐加熱鑄錠→擠壓→精密在線淬火→拉伸校直→時效→型材的組織和性能檢驗→交貨過程，完成汽車保險杠鋁合金型材的加工。本發(fā)明加工出的鋁合金型材具有良好的熱變形性能，擠壓時經(jīng)在線淬火有較高的強度，制品的焊接性能，耐腐蝕性能良好，有一定的耐應力腐蝕性能，特別是具有較強的吸收沖擊能力和抗擊折疊的性能。
文檔編號F27D27/00GK102978488SQ20121053273
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者張培良, 蘇振佳, 王剛, 高安江, 孫文超, 蘇本顯 申請人:叢林集團有限公司