專利名稱：用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金及其機(jī)械加工，其體涉及一種用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
目前，汽車行業(yè)快速發(fā)展，人們對(duì)汽車的性價(jià)比要求越來(lái)越高。汽車保險(xiǎn)杠是一種表面積大、形狀復(fù)雜的薄臂結(jié)構(gòu)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(xiǎn)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(fù)雜、價(jià)格昂貴，使得汽車成本增加，加大了購(gòu)買者的負(fù)擔(dān)；聚丙烯材料以其低密度、易成型加工、可回收利用的優(yōu)點(diǎn)，在汽車上的應(yīng)用不斷增大，但是聚丙烯材料韌性和抗沖擊強(qiáng)度低，增大了司機(jī)及乘客的風(fēng)險(xiǎn)，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(shí)經(jīng)在線淬火有較高的強(qiáng)度，制品的焊接性能，耐腐蝕性能良好，有一定的耐應(yīng)力腐蝕性能，特別是具有較強(qiáng)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(xiǎn)杠，如何加工出類似性能或更優(yōu)性能的鋁合金鑄錠是我們所要解決的問題，但是加工此類型鋁合金鑄錠時(shí)，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)羽毛晶等缺陷。這些缺陷會(huì)在隨后的生產(chǎn)中“遺傳”給擠壓材，降低了制品的力學(xué)性能。羽毛晶具有粗大平直的晶軸，力學(xué)性能有很強(qiáng)的各向?qū)?，不僅破壞了工藝性能而且會(huì)大幅的降低力學(xué)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(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠及其生產(chǎn)工藝，該鋁合金鑄錠具有良好的熱變形性能，擠壓時(shí)經(jīng)在線淬火有較高的強(qiáng)度，制品的焊接性能，耐腐蝕性能良好，有一定的耐應(yīng)力腐蝕性能，特別是具有較強(qiáng)的吸收沖擊能力和抗擊折疊的性能。為了實(shí)現(xiàn)上述方案，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠，其中非鋁的合金元素為Si所占的質(zhì)量百分含量為O. 10%, Fe的質(zhì)量百分含量為O. 16% -O. 17%,Mg的質(zhì)量百分含量為I. 20%-I. 30%,Mn的質(zhì)量百分含量為小于O. 04%,Cu的質(zhì)量百分含量為O. 20% -O. 22%, Cr的質(zhì)量百分含量為小于O. 04%, Zn的質(zhì)量百分含量為6. 50% -6. 70%, Zr的質(zhì)量百分含量為O. 15% -O. 16%, Ti的質(zhì)量百分含量為O. 03% -O. 04%，非檢測(cè)雜質(zhì)單個(gè)質(zhì)量百分含量為O. 05%，總和為O. 10%。一種用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠生產(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(hào)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(diǎn)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?xì)鉅t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(xué)成分和溫度后即要抓緊倒?fàn)t，Si的質(zhì)量百分含量控制在O. 10%，F(xiàn)e的質(zhì)量百分含量控制在O. 16% -O. 17%, Mg的質(zhì)量百分含量控制在1.20% -1.30%, Mn的質(zhì)量百分含量控制在< O. 04%, Cu的質(zhì)量百分含量控制在O. 20% -O. 22 % , Cr的質(zhì)量百分含量控制在< 0.04%，Zn的質(zhì)量百分含量控制在
6.50% -6. 70%,Zr的質(zhì)量百分含量控制在O. 15% -O. 16%，非檢測(cè)雜質(zhì)單個(gè)質(zhì)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(shí)間，倒入靜置爐時(shí)對(duì)爐內(nèi)熔體邊倒?fàn)t邊用永磁攪拌器對(duì)爐內(nèi)的熔體進(jìn)行攪拌，倒?fàn)t時(shí)要保持熔體平穩(wěn)流動(dòng)，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(wú)鈉精煉劑進(jìn)行精煉，精煉劑用量I. 5kg/t，精煉時(shí)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(wú)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(dá)到Ti的質(zhì)量百分含 量為 O. 03% -O. 04%。(6)為進(jìn)一步提高熔體的純潔度，用除氣機(jī)進(jìn)行第二次凈化進(jìn)一步除氣除渣，采用30ppi和50ppi的雙級(jí)過濾濾除熔體中的氧化夾雜物；(7)待熔體撒上IOkg無(wú)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(shí)裝爐，先不點(diǎn)火升溫，開風(fēng)機(jī)運(yùn)行Ih后再點(diǎn)火升溫，加熱升溫速度90°C /h，均質(zhì)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。本發(fā)明用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠生產(chǎn)工藝，其中所述步驟(2)中Zn錠分三批用加料鏟分?jǐn)?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(zhuǎn)各攪拌5min,使?fàn)t內(nèi)的化學(xué)成分和溫度均勻。本發(fā)明用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠生產(chǎn)工藝，其中所述步驟(4)從倒?fàn)t到鑄造，熔體在靜置爐內(nèi)停留時(shí)間不得超過lh。本發(fā)明用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠生產(chǎn)工藝，其中所述步驟(2)中Zn錠分三批用加料鏟分?jǐn)?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(zhuǎn)各攪拌5min,使?fàn)t內(nèi)的化學(xué)成分和溫度均勻。采用上述方案后，本發(fā)明用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠及其生產(chǎn)工藝，通過控制非鋁合金Zn的質(zhì)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(shí)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(guān)系，故該合金有強(qiáng)烈的時(shí)效硬化效應(yīng)，通過控制Cu的質(zhì)量百分含量在O. 20% -O. 22%，提高合金的耐應(yīng)力腐蝕、抗拉強(qiáng)度和塑性，通過控制Zr的質(zhì)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(jié)晶終了溫度和耐應(yīng)力腐蝕性能，通過控制Mn的質(zhì)量百分含量小于O. 04%，Cr小于O. 04%故對(duì)合金的斷裂性不會(huì)帶來(lái)不良影響，將Fe的質(zhì)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(zhì)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，通過控制Ti的質(zhì)量百分含量為O. 03% -O. 04%，消除了羽毛晶產(chǎn)生的外在條件，能細(xì)化合金的鑄態(tài)晶粒，而且使合金的強(qiáng)度、韌性、耐磨性、抗疲勞性能及熱穩(wěn)定性均有所提高。本發(fā)明的有益效果是通過工藝控制熔煉溫度不超過760°C，加強(qiáng)熔體的攪拌，控制熔體在爐內(nèi)停留時(shí)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?fàn)t時(shí)邊攪拌邊倒?fàn)t，在靜置爐中，加強(qiáng)攪拌縮短熔體在爐內(nèi)停留的時(shí)間，有效防止Zn、Zr的比重偏析；熔體采取二次凈化和雙級(jí)過濾工藝措施對(duì)保證鑄錠的內(nèi)部純潔度，有效提高制品的性能；熱頂鑄造可以提聞鑄淀的內(nèi)、外部質(zhì)量，為制品組織和性能的提聞奠定了基礎(chǔ)條件；在線淬火采用強(qiáng)風(fēng)冷卻，使冷卻速度達(dá)到200°C /min以上對(duì)提高制品的固溶程度，保證制品力學(xué)性能是至關(guān)重要的；根據(jù)制品的使用特性要求，采用了雙級(jí)時(shí)效是正確的，即保證了制品具有較高的強(qiáng)度，又保證了制品有足夠的塑性。本發(fā)明的進(jìn)一步有益效果是在步驟(2)中Zn錠分三批用加料鏟分?jǐn)?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(zhuǎn)各攪拌5min，使?fàn)t內(nèi)的化學(xué)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(jìn)一步有益效果是步驟(4)從倒?fàn)t到鑄造，熔體在靜置爐 內(nèi)停留時(shí)間不得超過lh，這樣操作進(jìn)一步消除了羽毛晶產(chǎn)生的外在條件。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :本發(fā)明用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠，其非鋁的合金元素為Si的質(zhì)量百分含量是O. 095 %，F(xiàn)e的質(zhì)量百分含量為O. 163 %，Mg的質(zhì)量百分含量為I. 23 %，Mn的質(zhì)量百分含量為O. 011%，Cu的質(zhì)量百分含量為O. 219%,Cr的質(zhì)量百分含量為O. 0023%,Zn的質(zhì)量百分含量為6. 64%,Zr的質(zhì)量百分含量為O. 156%,Ti的質(zhì)量百分含量為O. 031%,非檢測(cè)雜質(zhì)單個(gè)質(zhì)量百分含量為O. 03%，總和為O. 09%。加工該鋁合金鑄錠的生產(chǎn)工藝，包括如下步驟；(I)配料合金的基體選用99. 85牌號(hào)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(diǎn)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?xì)鉅t熔煉，考慮到該合金含Zn量較高，Zr的熔點(diǎn)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?jǐn)?shù)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(zhuǎn)各攪拌5min，使?fàn)t內(nèi)的化學(xué)成分和溫度均勻，取樣分析調(diào)整完化學(xué)成分和溫度后即要抓緊倒?fàn)t，Si的質(zhì)量百分含量控制在O. 095%,Fe的質(zhì)量百分含量控制在O. 163%,Mg的質(zhì)量百分含量控制在I. 23%,Mn的質(zhì)量百分含量控制在O. 011%，Cu的質(zhì)量百分含量控制在O. 219%,Cr的質(zhì)量百分含量控制在O. 0023%,Zn的質(zhì)量百分含量控制在6. 64%,Zr的質(zhì)量百分含量控制在O. 156%,Ti的質(zhì)量百分含量控制在0.031%，非檢測(cè)雜質(zhì)單個(gè)質(zhì)量百分含量控制在0.03%，總和控制在O. 09 %，盡量縮短熔體在爐內(nèi)停留的時(shí)間,倒?fàn)t時(shí)對(duì)爐內(nèi)熔體邊倒?fàn)t邊用永磁攪拌器對(duì)爐內(nèi)的熔體進(jìn)行攪拌；倒?fàn)t時(shí)要保持熔體平穩(wěn)流動(dòng)，不得有沖擊翻滾現(xiàn)象；(4)倒?fàn)t后在750°C以上的條件下，用氬氣噴吹無(wú)鈉精煉劑進(jìn)行精煉，精煉劑用量
I.5kg/t，精煉時(shí)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(wú)鈉覆蓋劑，靜置20min后，即要抓緊鑄造；從倒?fàn)t到鑄造，熔體在靜置爐內(nèi)停留時(shí)間不得超過Ih,以免熔體中形成晶核的活化質(zhì)點(diǎn)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(huì)對(duì)Al-Ti-B絲的細(xì)化效果造成不良影響。因?yàn)閆r會(huì)對(duì)起細(xì)化作用的Τ Β2表面形成一層ZrB2或Zr的包復(fù)層，從而抑制了 TiB2細(xì)化晶粒的特性。此外Zr還會(huì)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(xì)化效果。綜上所述Zr的加入會(huì)形成羽毛晶的生成條件，為補(bǔ)償因Zr加入而引起的Al-Ti-B絲中的TiB2，Τ Α13粒子細(xì)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(dá)到Ti的質(zhì)量百分含量為O. 031%；(5)為進(jìn)一步提高熔體的純潔度，在鑄造過程中在線用除氣機(jī)進(jìn)行第二次凈化進(jìn)一步除氣除渣，除氣機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速350r/min氬氣流量2m3/h，合金中含有氧化物會(huì)破壞其基體的連續(xù)性，進(jìn)而影響合金的力學(xué)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(yīng)的工藝措施除去。在這里采用30ppi和50ppi的雙級(jí)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(jié)晶器短，鑄造速度快，冷卻強(qiáng)度大，故可以提高鑄錠 的表面和內(nèi)部質(zhì)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(shí)鑄造溫度、鑄造速度、冷卻強(qiáng)度調(diào)配不當(dāng)也會(huì)造成羽毛晶生成的條件。經(jīng)認(rèn)真分析研究，我們對(duì)鑄造參數(shù)，按表I數(shù)值控制表I
權(quán)利要求
1.一種用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠，其特征在于其非鋁的合金元素為=Si所占的質(zhì)量百分含量為0. 10%，F(xiàn)e的質(zhì)量百分含量為0. 16% -0. 17%, Mg的質(zhì)量百分含量為I.20% I. 30%, Mn的質(zhì)量百分含量為小于0. 04%, Cu的質(zhì)量百分含量為0. 20% -0. 22%,Cr的質(zhì)量百分含量為小于0. 04%,Zn的質(zhì)量百分含量為6. 50% -6. 70%,Zr的質(zhì)量百分含量為0. 15% -0. 16%, Ti的質(zhì)量百分含量為0. 03% -0. 04%，非檢測(cè)雜質(zhì)單個(gè)質(zhì)量百分含量為0. 05%，總和為0. 10%。
2.一種用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠生產(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(hào)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(diǎn)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?xì)鉅t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(xué)成分和溫度后即要抓緊倒?fàn)t，Si的質(zhì)量百分含量控制在0. 10%, Fe的質(zhì)量百分含量控制在0. 16% -0. 17%, Mg的質(zhì)量百分含量控制在1.20% -1.30%, Mn的質(zhì)量百分含量控制在< 0. 04%, Cu的質(zhì)量百分含量控制在0. 20% -0. 22%, Cr的質(zhì)量百分含量控制在< 0.04%，Zn的質(zhì)量百分含量控制在.6.50% -6. 70%,Zr的質(zhì)量百分含量控制在0. 15% -0. 16%，非檢測(cè)雜質(zhì)單個(gè)質(zhì)量百分含量控制在0. 05%，總和控制在0. 10%，盡量縮短熔體在爐內(nèi)停留的時(shí)間，倒入靜置爐時(shí)對(duì)爐內(nèi)熔體邊倒?fàn)t邊用永磁攪拌器對(duì)爐內(nèi)的熔體進(jìn)行攪拌，倒?fàn)t時(shí)要保持熔體平穩(wěn)流動(dòng)，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(wú)鈉精煉劑進(jìn)行精煉，精煉劑用量I. 5kg/t，精煉時(shí)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(wú)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(dá)到Ti的質(zhì)量百分含量為.0.03% -0. 04%。
(6)為進(jìn)一步提高熔體的純潔度，用除氣機(jī)進(jìn)行第二次凈化進(jìn)一步除氣除渣，采用30ppi和50ppi的雙級(jí)過濾濾除熔體中的氧化夾雜物； (7)待熔體撒上IOkg無(wú)鈉覆蓋劑后20min內(nèi)，使用O304mm熱頂同水平鑄造； (8)鑄錠在250°C時(shí)裝爐，先不點(diǎn)火升溫，開風(fēng)機(jī)運(yùn)行Ih后再點(diǎn)火升溫，加熱升溫速度900C /h,均質(zhì)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。
3.如權(quán)利要求2所述的用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟(2)中Zn錠分三批用加料鏟分?jǐn)?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(zhuǎn)各攪拌5min,使?fàn)t內(nèi)的化學(xué)成分和溫度均勻。
4.如權(quán)利要求2所述的用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟(4)從倒?fàn)t到鑄造，熔體在靜置爐內(nèi)停留時(shí)間不得超過lh。
全文摘要
一種用于汽車保險(xiǎn)杠的鋁合金鑄錠及其生產(chǎn)工藝，屬于鋁合金及機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，通過配料→熔煉→永磁攪拌→測(cè)溫→取樣→調(diào)整成分及溫度→倒?fàn)t→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(jí)過濾→同水平熱頂鑄造→鑄錠均勻化→鑄錠的機(jī)械加工→鑄錠檢驗(yàn)→感應(yīng)爐加熱鑄錠，完成汽車保險(xiǎn)杠鋁合金鑄錠的加工。本發(fā)明加工出的鋁合金鑄錠具有良好的熱變形性能，擠壓時(shí)經(jīng)在線淬火有較高的強(qiáng)度，制品的焊接性能，耐腐蝕性能良好，有一定的耐應(yīng)力腐蝕性能，特別是具有較強(qiáng)的吸收沖擊能力和抗擊折疊的性能。
文檔編號(hào)C22F1/053GK102965553SQ201210532748
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者張培良, 王剛, 高安江, 李瑞清, 吳英杰, 蘇本顯, 徐群峰 申請(qǐng)人:叢林集團(tuán)有限公司