CN105256175A - 一种汽车控制臂用可锻造高强高韧铝合金 - Google Patents

Abstract

一种汽车控制臂用可锻造高强高韧铝合金，它涉及铝合金加工技术领域，将Si含量和Mg含量分别由6082的1.05-1.12％和0.82-0.95％下降到0.95-1.05％和提高到0.9-1.0％，目的是在减少游离硅含量的同时提高Mg2Si的含量，以在保持强度不变的基础上，提高合金的延展性和可锻能力。本发明具有比强度高、可锻性好且安全性高等优点，是现代汽车用传动和承载关键部件的基础材料，可以很好的满足国内高端锻造铝合金坯料的要求，推动国内锻造铝合金的技术进步，也为整个铝加工产业链发展提供支持，其相关产品将填补国内空白，性能达到国际先进水平，对于促进我国汽车、铝产业的发展具有重要的战略意义。

Description

一种汽车控制臂用可锻造高强高韧铝合金

技术领域：

本发明涉及铝合金加工技术领域，具体涉及一种汽车控制臂用可锻造高强高韧6X82铝合金。

背景技术：

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中己大量应用。随着科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。

随着锻造铝合金的广泛应用，对于锻造后的性能及功能影响最大来自于锻造前的坯料，而要想获得高强度及高韧性的锻造制品，坯料的成分及晶粒组织至关重要。汽车控制臂用的6082锻造件，要求锻造后的抗拉强度达到440Mpa以上，且粗晶环小于3mm，国内挤压坯料无法满足要求，完全依赖进口，故而极大的增加了生产的成本。

发明内容：

本发明的目的是提供一种汽车控制臂用可锻造高强高韧6X82铝合金，它具有比强度高、可锻性好且安全性高等优点，是现代汽车用传动和承载关键部件的基础材料，能很好的满足国内高端锻造铝合金坯料的要求，推动国内锻造铝合金的技术进步，也为整个铝加工产业链发展提供支持。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它的制备工艺为①：进一步优化汽车控制臂铝合金的成分，并引入原位纳米颗粒强化，从而使最终获得的汽车控制臂综合力学性能进一步提高。

在合金成分控制上，首先将Si含量和Mg含量分别由6082的1.05-1.12％和0.82-0.95％下降到0.95-1.05％和提高到0.9-1.0％，目的是在减少游离硅含量(由0.58％降至0.4％)的同时提高Mg2Si的含量(由1.4％提高到1.5％)，以在保持强度不变的基础上，提高合金的延展性和可锻能力。同时将Cu的成分控制在0.55～0.65之间，提高合金的强度。其次将Mn含量由0.63％提高到0.7％、同时将Zr作为添加元素控制在0.03％左右、并把杂质Cr作为添加元素控制在0.1-0.15％范围内，通过这三个元素的复合作用，形成细小弥散的化合物，提高再结晶温度。通过合金成分的微调为6X82合金材料的形成，打下了坚实基础。

研究表明，原位纳米增强颗粒形态圆整、在铝合金基体上均匀分布，不仅有利于提高材料的强度，而且可以保证材料具有良好的韧性。本项目在熔体处理过程中，在铝合金熔体中加入氧化锆等反应物，并在电磁场作用下实现原位化学反应，生成Al203等原位纳米增强颗粒。

②：将在线除气除渣技术与电磁净化技术集成，以实现净化效率和净化效果的有机统一，最终有效净化不同尺寸的夹杂，实现熔体深度净化。

在熔铸工艺上，首先采用在线除气除渣技术，获得了高品质铝熔体，其氢含量≤0.15ml/100gAl，晶粒平均尺寸≤100μm，晶粒大小均匀，铸锭中心与边部晶粒尺寸相差≤10％，主合金元素偏析比≤15％。其次采用细晶强化技术并改变细化剂的引入方式，在含有Zr、Cr元素的合金中，使用AL-Ti-B作为细化剂会造成“中毒”而失效，所以将细化剂的引入方式由Al-5Ti-1B更改为Al-5Ti-0.3C，有效提高了细化效果。

③：开发电磁场调控半连铸技术，在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化。

最后在铸造过程中施加电磁搅拌，在强有力的磁力搅拌下，迫使铝熔体流动，增加了液相中晶粒的形核的同时性，使晶核增加分布均匀。由此为高性能汽车控制臂体提供了高质量的挤压坯料。

④：优化挤压成型技术，在保证强度的前提下进一步提高材料锻造的可靠性和稳定性，提高材料成品率。

本发明具有以下有益效果：

1)、设计并开发了高性能铝合金6X82，通过调控合金元素，获得汽车控制臂的室温拉伸强度大于440MPa，屈服强度大于380MPa，伸长率大于10％。

2)、优化了熔铸工艺，采用了先进的在线除气和除渣技术，并改变细化剂的引入方式，获得高质量的挤压坯料。

3)、创新设计并发明了纳米颗粒增强铝基原位复合材料，增强颗粒尺寸可控在60nm～100nm范围、颗粒体积分数可在2～10％调控。

4)、开发了电磁场调控半连铸技术，在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化。

5)、开发了高温慢速多孔挤压技术及在线雾化热处理技术，将粗晶环从8mm减少到1mm以下。

具体实施方式：

本具体实施方式采用以下技术方案：①：进一步优化汽车控制臂铝合金的成分，并引入原位纳米颗粒强化，从而使最终获得的汽车控制臂综合力学性能进一步提高。

在合金成分控制上，首先将Si含量和Mg含量分别由6082的1.05-1.12％和0.82-0.95％下降到0.95-1.05％和提高到0.9-1.0％，目的是在减少游离硅含量(由0.58％降至0.4％)的同时提高Mg2Si的含量(由1.4％提高到1.5％)，以在保持强度不变的基础上，提高合金的延展性和可锻能力。同时将Cu的成分控制在0.55～0.65之间，提高合金的强度。其次将Mn含量由0.63％提高到0.7％、同时将Zr作为添加元素控制在0.03％左右、并把杂质Cr作为添加元素控制在0.1-0.15％范围内，通过这三个元素的复合作用，形成细小弥散的化合物，提高再结晶温度。通过合金成分的微调为6X82合金材料的形成，打下了坚实基础。

研究表明，原位纳米增强颗粒形态圆整、在铝合金基体上均匀分布，不仅有利于提高材料的强度，而且可以保证材料具有良好的韧性。本项目在熔体处理过程中，在铝合金熔体中加入氧化锆等反应物，并在电磁场作用下实现原位化学反应，生成Al203等原位纳米增强颗粒。

②：将在线除气除渣技术与电磁净化技术集成，以实现净化效率和净化效果的有机统一，最终有效净化不同尺寸的夹杂，实现熔体深度净化。

在熔铸工艺上，首先采用在线除气除渣技术，获得了高品质铝熔体，其氢含量≤0.15ml/100gAl，晶粒平均尺寸≤100μm，晶粒大小均匀，铸锭中心与边部晶粒尺寸相差≤10％，主合金元素偏析比≤15％。其次采用细晶强化技术并改变细化剂的引入方式，在含有Zr、Cr元素的合金中，使用AL-Ti-B作为细化剂会造成“中毒”而失效，所以将细化剂的引入方式由Al-5Ti-1B更改为Al-5Ti-0.3C，有效提高了细化效果。

③：开发电磁场调控半连铸技术，在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化。

最后在铸造过程中施加电磁搅拌，在强有力的磁力搅拌下，迫使铝熔体流动，增加了液相中晶粒的形核的同时性，使晶核增加分布均匀。由此为高性能汽车控制臂体提供了高质量的挤压坯料。

④：优化挤压成型技术，在保证强度的前提下进一步提高材料锻造的可靠性和稳定性，提高材料成品率。

本发明具有以下有益效果：

1)、设计并开发了高性能铝合金6X82，通过调控合金元素，获得汽车控制臂的室温拉伸强度大于440MPa，屈服强度大于380MPa，伸长率大于10％。

2)、优化了熔铸工艺，采用了先进的在线除气和除渣技术，并改变细化剂的引入方式，获得高质量的挤压坯料。

3)、创新设计并发明了纳米颗粒增强铝基原位复合材料，增强颗粒尺寸可控在60nm～100nm范围、颗粒体积分数可在2～10％调控。

4)、开发了电磁场调控半连铸技术，在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化。

5)、开发了高温慢速多孔挤压技术及在线雾化热处理技术，将粗晶环从8mm减少到1mm以下。

本发明具有比强度高、可锻性好且安全性高等优点，是现代汽车用传动和承载关键部件的基础材料，可以很好的满足国内高端锻造铝合金坯料的要求，推动国内锻造铝合金的技术进步，也为整个铝加工产业链发展提供支持，其相关产品将填补国内空白，性能达到国际先进水平，对于促进我国汽车、铝产业的发展具有重要的战略意义。

Claims (1)

1.一种汽车控制臂用可锻造高强高韧铝合金，其特征在于它的制备工艺为①：在合金成分控制上，首先将Si含量和Mg含量分别由6082°的1.05-1.12％和0.82-0.95％下降到0.95-1.05％和提高到0.9-1.0％，目的是在减少游离硅含量(由0.58％降至0.4％)的同时提高Mg2Si的含量(由1.4％提高到1.5％)，以在保持强度不变的基础上，提高合金的延展性和可锻能力。同时将Cu的成分控制在0.55～0.65之间，提高合金的强度。其次将Mn含量由0.63％提高到0.7％、同时将Zr作为添加元素控制在0.03％左右、并把杂质Cr作为添加元素控制在0.1-0.15％范围内，通过这三个元素的复合作用，形成细小弥散的化合物，提高再结晶温度。通过合金成分的微调为6X82合金材料的形成，打下了坚实基础。

②：将在线除气除渣技术与电磁净化技术集成，以实现净化效率和净化效果的有机统一，最终有效净化不同尺寸的夹杂，实现熔体深度净化。

在熔铸工艺上，首先采用在线除气除渣技术，获得了高品质铝熔体，其氢含量≤0.15ml/100gAl，晶粒平均尺寸≤100μm，晶粒大小均匀，铸锭中心与边部晶粒尺寸相差≤10％，主合金元素偏析比≤15％。其次采用细晶强化技术并改变细化剂的引入方式，在含有Zr、Cr元素的合金中，使用AL-Ti-B作为细化剂会造成“中毒”而失效，所以将细化剂的引入方式由Al-5Ti-1B更改为Al-5Ti-0.3C，有效提高了细化效果。

③：开发电磁场调控半连铸技术，在凝固过程中施加电磁场促进半连铸铸锭组织均匀化与晶粒细化。

最后在铸造过程中施加电磁搅拌，在强有力的磁力搅拌下，迫使铝熔体流动，增加了液相中晶粒的形核的同时性，使晶核增加分布均匀。由此为高性能汽车控制臂体提供了高质量的挤压坯料。

④：优化挤压成型技术，在保证强度的前提下进一步提高材料锻造的可靠性和稳定性，提高材料成品率。