一种汽车车身用的铝合金型材及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车车身用的铝合金型材及制造方法，原料中各合金元素的质量百分含量为：Si 0.13％‑0.17％，Fe 0.13％‑0.17％，Cu 0.09％‑0.12％，Mn 0.04％‑0.06％，Mg 0.6％‑0.8％，Cr 0.018‑0.022％，Zn 5.5％‑5.8％，Zr 0.15％‑0.195％，Ti 0.027％‑0.033％，其它单个元素含量≤0.05％，其它元素总量≤0.15％，剩余为铝。其制造方法包括：熔炼，净化处理、铸造成棒，均匀化退火，挤压，拉伸，自然时效、人工时效处理等工序，使得材料表现出较好的静态碰撞效果，特别适用于制造汽车保险杠系统用铝合金吸能盒和纵梁，不仅具有良好的力学性能，同时具备良好的耐腐蚀性能、抗疲劳性能和压溃性能(静态和动态碰撞冲击性能)，且能够批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车车身用的铝合金型材及制造方法
本专利技术涉及一种铝合金材料及制造工艺，具体涉及一种7000系列铝合金型材的合金成分的设计与生产制造方法，特别适用于制造汽车保险杠系统用铝合金吸能盒和纵梁，可以满足车身轻量化、低速和高速碰撞吸能能量的综合要求。
技术介绍
7000系列(Al-Zn-Mg)铝合金型材广泛应用于航空航天、高铁以及高端汽车制造等领域，这种铝合金型材的生产制造一般包括：熔炼、均匀化、挤压、自然时效和人工时效热处理。7000系列铝合金在铸造过程中会形成较为粗大的晶粒组织和粗大的共晶组织，该粗晶组织形成的原因一般分为两类：(1)铸造温度太高，导致溶液中形核质点较小，在线细化不均匀导致；(2)冷却强度不够导致形成的晶粒在一定的温度下发生了晶粒的长大；粗大的共晶组织多为液穴较深以及冷却强度不够导致晶界形成较为粗大的共晶组织，共晶组织在均匀化过程较难完全消除，对后期挤压型材的压溃性能、冲击韧性、腐蚀性能和疲劳性能较为不利。此外，7000系列铝合金在挤压成型材后各个壁厚位置的晶粒组织均保持纤维晶粒为主，少量的亚晶粒以及极少的再结晶百分数，结合强力的冷却速率，确保型材各个位置淬火的温度近乎一致，热处理后性能均匀一致；挤压型材的晶粒组织主要取决于铸棒的微观组织、挤压温度和速度、挤压模具的结构设计以及挤压后的热处理方式，晶粒组织决定材料的力学性能和高速碰撞吸能的效果；挤压型材的冷却方式决定了溶质原子固溶的浓度和形成空位的浓度，加速后期自然时效和人工时效后晶粒内部和晶界位置的析出相的析出和长大，使得材料具有较好的高速碰撞性能。表1为车身用7003(国标)铝合金各合金元素质量百分含量。表1现有车身用7003(国标)铝合金各合金元素质量百分含量(％)在本专利技术的专利技术人对现有技术的研究中发现，现有的铸棒和工艺技术挤压存在以下问题：(1)7000系列铝合金中Zn/Mg比例设计不合理；微量元素设计不合理，特别是Cr、Ti、Mn含量过高，Si、Fe含量也偏大；(2)熔炼使用的铝水的品质以及中间合金品质一般；(3)铸造的工艺参数不合理，铸造温度太高，冷却强度不够，致使铸造铝棒中间部分的晶粒组织较为粗大，出现较多的共晶组织和大颗粒的夹杂相，材料后期加工变性后性能均匀性降低，疲劳寿命降低；(4)均匀化工艺不合理，国内生产该款合金铸棒多采用单级或者双级均匀化热处理工艺，炉子条件无法实现梯度升温的条件，导致阻止晶粒发生再结晶的粒子无法析出，初生相得不到回溶；(5)挤压工艺参数不合理，挤压温度过低，导致模具寿命急剧降低；挤压温度过高，材料出口温度超过其固相线温度，易发生过烧，综合性能急剧降低，无法实现汽车用合金生命周期内的耐腐蚀性；(6)挤压模具设计不合理，挤压模具设计进料口过小，型材挤出困难；挤压模具设计进料口过大，型材综合性能不良；挤压型材各个截面位置无法实现等温挤出，导致型材综合性能不高，差异性较大，不利于后期加工成型和最终零件的综合性能；(7)热处理工艺不合理，后期热处理工艺可以进行T6/T7等多种，大多数厂家对工艺不清楚甚至无法理解，导致其材料无法满足汽车用合金的最终要求；在性能完全相同的情况下，冲击韧性、焊接性能和弯曲成型性能差异性较大。上述7个方面是否合理，直接决定了挤压出的7000系列铝合金型材是否具有较好的综合性能，尤其是高速碰撞的吸能效果。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术存在的上述问题，而提供一种不仅具有良好的力学性能，同时具备良好的耐腐蚀性能、抗疲劳性能和压溃性能(静态和动态碰撞冲击性能)，且能够批量化生产的汽车车身用的铝合金型材。本专利技术的另一个目的是提供一种汽车车身用的铝合金型材的制造方法。本专利技术一种汽车车身用的铝合金型材及制造方法采用两种技术方案。技术方案一：为了克服现有技术存在的上述问题，本专利技术对7003铝合金的化学成分进行了优化设计，在大量试验研究的基础上，研发出了FB-01牌号(公司内部优化使用牌号)的汽车车身用的铝合金型材。该牌号的本专利技术一种汽车车身用的铝合金型材，原料中各合金元素质量百分含量为：Si0.13％-0.17％，Fe0.13％-0.17％，Cu0.09％-0.12％，Mn0.04％-0.06％，Mg0.6％-0.8％，Cr0.018-0.022％，Zn5.5％-5.8％，Zr0.15％-0.195％，Ti0.027％-0.033％，其它单个元素含量≤0.05％，其它元素总量≤0.15％，剩余为铝。本专利技术一种汽车车身用的铝合金型材，原料中各合金元素质量百分含量优选为：Si0.14％-0.16％，Fe0.14％-0.16％，Cu0.1％-0.11％，Mn0.046％-0.055％，Mg0.6％-0.8％，Cr：0.019-0.021％，Zn5.6％-5.8％，Zr0.17％-0.18％，Ti0.028％-0.032％，其它单个元素含量≤0.04％，其它元素总量≤0.1％。本专利技术一种汽车车身用的铝合金型材，原料中各合金元素质量百分含量最佳为：Si0.15％，Fe0.15％，Cu0.1％，Mn0.05％，Mg0.7％，Cr0.02％，Zn5.7％，Zr0.18％，Ti0.03％，其它单个元素含量≤0.04％，其它元素总量≤0.09％。本专利技术一种汽车车身用的铝合金型材的制造方法，包括以下加工工序：1)熔炼：将净化处理后的铝水放入倾倒式熔炼炉内，添加其它各合金元素组分进行熔炼，熔炼温度为740℃-760℃，使原料完全熔化，并得到成分分布均匀的熔体。2)净化处理、铸造成棒：对上述熔体进行净化处理，除气除渣；将净化处理后的熔体铸造成铸棒，铸造温度为730℃-740℃，模盘温度控制在690℃-710℃之间，铸造速度为120-140mm/min，铸造水压为0.06-0.12Mpa。3)均匀化退火：将铸造出来的铸棒进行三级均匀化退火工艺处理，三级均匀化退火工艺为：280℃2h+380℃5h+480℃10h。本专利技术在均匀化退火工艺处理工序中，采用(50±2)℃/h的升温速率达到设定的温度要求，以50℃/h的升温速率为佳，以确保合金成分偏析得到充分解决，使得组织晶粒发生长大的析出相粒子均匀细小弥散分布。均匀化退火的主要目的是为了减少铝合金铸锭在铸造过程中引起的化学成分的偏析和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保温，然后进行缓慢冷却，以达到化学成分和组织均匀化的目的。此处采用三级均匀化的目的是为了使得Al3Zr粒子析出，与基体保持共格关系，能有效阻止晶粒组织的长大。4)挤压:将均匀化退火后的铸棒放入3000T的挤压筒中进行挤压处理得到铝合金型材半成品，挤压加热温度460-500℃，挤压型材出口速度8-15m/min，挤压出口温度500-560℃，挤压模具加热温度470-500℃；挤压比在20-60之间，挤压比优选为20-40范围。采用的挤压工艺参数，有利于材料形成以纤维晶粒为主，极少量再结晶组织的微观结构，经过一定的拉伸变形量，使得材料的位错组织增加，加速了GP区的形成和强化粒子的析出。5)拉伸：采用强力冷却淬火，在10-20s内将挤压得到铝合金型材半成品降到室温，然后进行拉伸处理，拉伸变形量控制在1％-3％，以2％-3％为佳，保证型材一定的应力应变，使得型材发生一定的加工硬化，材料内部形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车车身用的铝合金型材，其特征在于原料中各合金元素的质量百分含量为：Si 0.13％‑0.17％，Fe 0.13％‑0.17％，Cu 0.09％‑0.12％，Mn 0.04％‑0.06％，Mg 0.6％‑0.8％，Cr 0.018‑0.022％，Zn 5.5％‑5.8％，Zr 0.15％‑0.195％，Ti 0.027％‑0.033％，其它单个元素含量≤0.05％，其它元素总量≤0.15％，剩余为铝。

【技术特征摘要】
1.一种汽车车身用的铝合金型材，其特征在于原料中各合金元素的质量百分含量为：Si0.13％-0.17％，Fe0.13％-0.17％，Cu0.09％-0.12％，Mn0.04％-0.06％，Mg0.6％-0.8％，Cr0.018-0.022％，Zn5.5％-5.8％，Zr0.15％-0.195％，Ti0.027％-0.033％，其它单个元素含量≤0.05％，其它元素总量≤0.15％，剩余为铝。2.如权利要求1所述的一种汽车车身用的铝合金型材，其特征在于各合金元素质量百分含量为：Si0.14％-0.16％，Fe0.14％-0.16％，Cu0.1％-0.11％，Mn0.046％-0.055％，Mg0.6％-0.8％，Cr：0.019-0.021％，Zn5.6％-5.8％，Zr0.17％-0.18％，Ti0.028％-0.032％，其它单个元素含量≤0.04％，其它元素总量≤0.1％。3.如权利要求1所述的一种汽车车身用的铝合金型材，其特征在于各合金元素质量百分含量为：Si0.15％，Fe0.15％，Cu0.1％，Mn0.05％，Mg0.7％，Cr0.02％，Zn5.7％，Zr0.18％，Ti0.03％，其它单个元素含量≤0.04％，其它元素总量≤0.09％。4.一种汽车车身用的铝合金型材，其特征在于各合金元素质量百分含量为：Si0.13％-0.17％，Fe0.13％-0.17％，Cu0.18％-0.2％，Mn0.04％-0.06％，Mg0.7％-1.0％，Cr0.018-0.022％，Zn5.6％-6.2％，Zr0.15％-0.25％，Ti0.045％-0.055％，其它单个元素含量≤0.05％，其它元素总量≤0.15％，剩余为铝。5.如权利要求4所述的一种汽车车身用的铝合金型材，其特征在于各合金元素质量百分含量为：Si0.14％-0.16％，Fe0.14％-0.16％，Cu0.18％-0.19％，Mn0.045％-0.055％，Mg0.7％-0.9％，Cr0.019-0.021％，Zn5.7％-6.1％，Zr0.15％-0.19％，Ti0.047％-0.053％，其它单个元素含量≤0.04％，其它元素总量≤0.15％，剩余为铝。6.如权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：时勇，郭辉，
申请(专利权)人：马鞍山市新马精密铝业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34