一种抗冲击吸能特性的铝合金挤压材及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种抗冲击吸能特性的铝合金挤压材及其制造方法，所述铝合金属于Al‑Mg‑Si‑Mn系合金，含有主合金元素Mg、Si、Mn和微量元素Cr、Er、La、Sr、Ti、B，其制造方法包括熔炼配制铝合金液、炉内喷吹精炼、在线细化变质、在线除气过滤、半连续铸造、铸锭均匀化、加热挤压、在线淬火和人工时效。本发明专利技术通过细化变质针状β‑富Fe相和过剩Si相，使其转变为细小均匀的颗粒状并弥散分布在α‑Al基体，消除针状富Fe相和过剩Si相对强度和塑性的危害。通过形成多元共格弥散相质点抑制再结晶和晶粒长大，使铝合金挤压材保持细小纤维晶组织，提高冲击韧性和抗腐蚀性能。本发明专利技术铝合金挤压材具有优异的抗冲击吸能效果，适合于制造受冲击碰撞的吸能构件。

An Aluminum Alloy Extruded Material with Impact and Energy Absorption Characteristics and Its Manufacturing Method

The invention provides an aluminium alloy extrusion material with impact and energy absorption characteristics and a manufacturing method thereof. The aluminium alloy belongs to the Al Mg Si Mn series alloy, which contains the main alloy elements Mg, Si, Mn and trace elements Cr, Er, La, Sr, Ti, B. The manufacturing method includes melting and preparing aluminium alloy liquid, in-furnace injection refining, on-line refinement, on-line degassing and filtering, semi-continuous casting and ingot homogenization. Homogenization, hot extrusion, on-line quenching and artificial aging. By refining the modified needle-like beta-rich Fe phase and excess Si phase, the present invention transforms them into fine and uniform granular and disperses in the matrix of alpha-Al, eliminating the hazards of relative strength and plasticity of needle-like rich Fe phase and excess Si phase. By forming multi-coherent dispersed phase particles to inhibit recrystallization and grain growth, the extruded aluminium alloy retains fine fibrous grain structure, and improves impact toughness and corrosion resistance. The aluminium alloy extruded material of the invention has excellent impact energy absorption effect and is suitable for manufacturing energy absorption components subjected to impact impact.

【技术实现步骤摘要】
一种抗冲击吸能特性的铝合金挤压材及其制造方法
本专利技术属于铝合金加工
，具体是涉及一种抗冲击吸能特性的铝合金挤压材及其制造方法。
技术介绍
汽车轻量化是在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的重量，提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。轻量化是实现汽车节能减排的重要措施之一，对汽车工业的可持续发展具有重要意义。铝合金具有密度低、比强度高、可回收利用等优点，是目前汽车轻量化的首选材料，近年来在汽车上的应用日益扩大。保险杠是安装在汽车前后部位用于吸收和缓和外界冲击力、防护车身前后的重要安全装置，是汽车发生碰撞事故时首先接触的部件。保险杠由防撞梁和吸能盒组成，防撞梁的两端连接吸能盒，然后再通过螺栓连接在车体的纵梁上。当汽车发生低速碰撞时，防撞梁将碰撞能量传递至两端的吸能盒，防撞梁和吸能盒通过塑性变形吸收碰撞能量，减小撞击力对车身纵梁的损害，对车辆起到保护作用，降低车辆的维修成本。当汽车发生高速碰撞，特别是高速偏置碰撞时，防撞梁将撞击力传递到车身纵梁，尽可能让整个车体去吸收碰撞能量，以保护驾乘人员的安全。保险杠是通过自身的弹塑性变形将碰撞能量转化为内能，吸收缓和外界冲击力，达到降低车速、保护驾车人员和车身安全的目的。因此，保险杠对铝合金的综合性能要求较高，首先必须具有较高的强度，但强度也不能太高，强度必须与车身设计相匹配。其次必须具有良好的塑性和冲击韧性，当遭受碰撞冲击时，保险杠能迅速发生塑性变形并延迟断裂破碎，以提高抗冲击吸能效果。另外，生产中需要将防撞梁弯曲加工成弧形，使防撞梁的形状与车辆前后形状相匹配，这要求铝合金具有良好的弯曲加工性能和抗应力腐蚀开裂性能。生产中还需要将防撞梁与吸能盒进行焊接组装，因而还要求铝合金具有良好的焊接性能。Al-Mg-Si-Mn系铝合金是可热处理强化的中高铝合金，具有良好的焊接性能、耐腐蚀性能和弯曲加工性能，广泛用于汽车、轨道车辆、船舶、飞机等交通运输工具。但用于制造汽车保险杠的防撞梁和吸能盒时，现有Al-Mg-Si-Mn系铝合金的塑性、冲击韧性和抗应力腐蚀开裂性能仍显不足，在汽车遭受严酷环境下的高速碰撞时，铝合金防撞梁和吸能盒容易断裂破碎，抗冲击吸能效果大幅下降，对汽车和驾乘人员的安全无法起到有效的保护作用。因此，现有Al-Mg-Si-Mn系铝合金及其制造方法仍有待改进和发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种以Al-Mg-Si-Mn系铝合金为基础，通过优化合金成分组成，获得较高的抗拉强度、屈服强度和塑性以及优异的冲击韧性和抗应力腐蚀开裂性能，抗冲击吸能效果更好的铝合金挤压材及其制造方法。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术所述抗冲击吸能特性的铝合金挤压材，其特点是：该铝合金挤压材由以下质量百分比的成分组成：Mg0.6～0.9％，Si0.9～1.1％，Mn0.4～0.6％，Cr0.15～0.3％，Er0.05～0.1％，La0.1～0.2％，Sr0.05～0.1％，Ti0.01～0.02％，B0.002～0.004％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的其它杂质，其中，Cr与Er的质量比为3:1，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。本专利技术所述抗冲击吸能特性的铝合金挤压材的制备方法，其特点是包括以下步骤：第一步：按照所述铝合金挤压材的成分组成及质量百分比，选用牌号Al99.70的铝锭、牌号Mg9980的镁锭、AlSi20合金、AlMn10合金、AlCr10合金、AlEr10合金、AlLa10合金、AlSr5合金杆和AlTi5B1合金杆为原材料进行配料；第二步：将铝锭在740～760℃加热熔化，然后加入镁锭、AlSi20合金、AlMn10合金、AlCr10合金、AlEr10合金和AlLa10合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用纯度≥99.9％的氮气和占原材料总重量为0.3～0.5％的无钠精炼剂对铝合金液喷吹精炼10～20分钟进行除气除杂处理，扒渣后再静置20～40分钟；第四步：将铝合金液导入流槽，然后加入AlSr5合金杆和AlTi5B1合金杆进行在线细化变质处理；第五步：将铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为150～200转/分钟、氩气流量为0.6～1立方米/小时的除气机和孔隙率为40～60ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；第六步：将铝合金液在铸造温度690～710℃、铸造速度80～120毫米/分钟、冷却水压力0.4～0.6MPa条件下半连续铸造成铝合金圆棒；第七步：将铝合金圆棒先加热至350～360℃保温1～2小时，接着继续升温到570～580℃保温4～5小时进行均匀化处理，然后水雾强制冷却至室温；第八步：将铝合金圆棒先加热至505～515℃，然后在模具温度360～380℃、挤压筒温度320～330℃、挤压速度为8～12米/分钟条件下将铝合金圆棒挤压成铝合金挤压材，然后将铝合金挤压材穿水冷却至室温；第九步：将铝合金挤压材先加热至155～165℃保温2～3小时，然后再继续升温至195～205℃保温3～4小时进行时效处理，随炉冷却至室温后得到所述铝合金挤压材。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)本专利技术通过优化设计Mg、Si、Mn主合金元素的含量，确保铝合金挤压材的强度大于330MPa，又不高于370MPa，满足防撞梁和吸能盒对铝合金挤压材的强度的要求；(2)本专利技术通过添加微量Sr和La元素分别对针状β-Fe富铁相和过剩单质Si相进行细化变质，使其转变为细小颗粒状或短棒状，并弥散分布在α-Al基体上，消除针状β-Fe富铁相和过剩单质Si相对铝合金挤压材塑性和韧性的危害，提高铝合金挤压材的塑性和韧性；(3)本专利技术通过优化设计Cr和Er的成分范围和配比，形成Cr和Er的多元共格弥散相质点阻碍晶界、亚晶界的迁移，抑制再结晶和晶粒长大，使铝合金挤压材沿挤压方向上保持细小纤维晶粒组织，提高铝合金挤压材的冲击韧性和抗应力腐蚀开裂性能；(4)本专利技术铝合金挤压材的抗拉强度为330～370MPa，屈服强度为310～350MPa，伸长率为15～20％，冲击韧性值大于30J·cm2，抗应力腐蚀开裂试验大于50天，具有较高的抗拉强度、屈服强度和塑性，优异的冲击韧性和抗应力腐蚀开裂性能，有效提升了铝合金挤压材的抗冲击吸能效果。附图说明图1为实施例1铝合金挤压材试样静态压缩后的形貌图。图2为对比例1铝合金挤压材试样静态压缩后的形貌图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例和对比例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所述抗冲击吸能特性的铝合金挤压材，由以下质量百分比的成分组成：Mg0.6～0.9％，Si0.9～1.1％，Mn0.4～0.6％，Cr0.15～0.3％，Er0.05～0.1％，La0.1～0.2％，Sr0.05～0.1％，Ti0.01～0.02％，B0.002～0.004％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的其它杂质，其中，Cr与Er的质量比为3:1，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。Mg是铝合金挤压材的主要合金元素之一，Mg在铝合金中的固溶度较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗冲击吸能特性的铝合金挤压材，其特征在于：该铝合金挤压材由以下质量百分比的成分组成：Mg 0.6～0.9％，Si 0.9～1.1％，Mn 0.4～0.6％，Cr 0.15～0.3％，Er 0.05～0.1％，La 0.1～0.2％，Sr 0.05～0.1％，Ti 0.01～0.02％，B 0.002～0.004％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的其它杂质，其中，Cr与Er的质量比为3:1，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。

【技术特征摘要】
1.一种抗冲击吸能特性的铝合金挤压材，其特征在于：该铝合金挤压材由以下质量百分比的成分组成：Mg0.6～0.9％，Si0.9～1.1％，Mn0.4～0.6％，Cr0.15～0.3％，Er0.05～0.1％，La0.1～0.2％，Sr0.05～0.1％，Ti0.01～0.02％，B0.002～0.004％，Fe≤0.15％，余量为Al和不可避免的其它杂质，其中，Cr与Er的质量比为3:1，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。2.一种如权利要求1所述抗冲击吸能特性的铝合金挤压材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：按照所述铝合金挤压材的成分组成及质量百分比，选用牌号Al99.70的铝锭、牌号Mg9980的镁锭、AlSi20合金、AlMn10合金、AlCr10合金、AlEr10合金、AlLa10合金、AlSr5合金杆和AlTi5B1合金杆为原材料进行配料；第二步：将铝锭在740～760℃加热熔化，然后加入镁锭、AlSi20合金、AlMn10合金、AlCr10合金、AlEr10合金和AlLa10合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用纯度≥99.9％的氮气和占原材料总重量为0.3～0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王顺成，李新涛，周楠，黄正华，
申请(专利权)人：广东省材料与加工研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44