一种高密度、轻量化工程车用框架材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种高密度、轻量化工程车用框架材料的制备方法，属于铝合金制造的技术领域。包括以下步骤：(1)铝合金熔炼、铸造，得铝合金铸锭；(2)对铝合金铸锭均质并进行成分检测；(3)挤压铝合金铸锭；(4)对挤压后的铝合金铸锭进行淬火、拉伸矫直、定尺锯切、双级人工时效，取试样检验，得工程车用框架材料。本发明通过控制铝合金的制造工艺、控制铝合金中各种化学成分的含量，使合金成分更加稳定，性能较改造之前更高，在抗拉强度、屈服强度、伸长率、布氏硬度等方面均高于国家标准。通过提高铝合金的性能，可以有效地减少工程车中铝合金的使用量，从而达到减轻工程车自身重量的目的。

权利要求

1.一种高密度、轻量化工程车用框架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）铝合金熔炼、铸造，得铝合金铸锭；

（2）对铝合金铸锭均质并进行成分检测；

（3）挤压铝合金铸锭；

（4）对挤压后的铝合金铸锭进行淬火、拉伸矫直、定尺锯切、双级人工时效，取试样检验，得工程车用框架材料；

所述步骤（1）中，铝合金熔炼依次经过如下步骤：投料、熔化、补料、精炼、一次扒渣、导炉、二次扒渣、二次精炼、三次扒渣、静止、细化、除气、过滤；

所述步骤（1）中，熔化温度为740 750℃；补料温度740 750℃；精炼温度为740 745℃；

~ ~ ~

精炼剂的用量为1±0.2kg/t‑Al，时间10‑15分钟，采用双管精炼，气泡高度在80mm以下；将精炼后的产品进行一次扒渣，将熔体表面浮渣扒净，再次取样分析，合格后转炉，转炉温度控制在740 750℃，扒渣时间在8 12min，使物料表面光滑无污物；导炉之后进行二次扒渣，~ ~时间在3 6min，三次扒渣时间在8 12min；扒渣过程结束后静置，时间20 30min；最后进行除~ ~ ~气、过滤，除气转速在350 450r/min，过滤采用40+60ppi过滤板双级过滤；

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所述步骤（2）中，均质后的铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0.00% 0.15%，Fe为~

0.00% 0.25%，Cu为0.04% 0.09%，Mn为0.45% 0.55%，Mg为1.3% 1.7%，Cr为0.10% 0.18%，Zn~ ~ ~ ~ ~为4.62% 4.9%，Ti为0.02 0.06%，Zr为0.10% 0.18%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.15%，~ ~ ~其余为Al；

所述步骤（3）中，挤压铝合金铸锭的方法为：将制备的铝合金铸锭加热到525 535℃，迅~速装入挤压筒，挤压温度为435 445℃，挤压速度2.0 3.0m/min，模具温度510 520℃，保温3~ ~ ~

5h，低温炉保温350℃≤24h；

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所述步骤（4）的具体方法为：淬火时，喷水冷上40%，下40%，强度100%；然后将型材依次进行压直处理和拉伸处理，拉伸率为0.5% 3%；定尺锯切，切头长度3500mm，切尾长度~

1500mm；最后进行双级人工时效，一级时效温度为100 110℃保持8h，二级时效温度为130~ ~

140℃保持8h；通过二级时效，使性能更加稳定。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述精炼剂中包含MgCl2、KCl和MgO。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，将熔炼之后的物料进行铸造，铸造盘头温度在705 720℃，氢含量≤0.15ml/100g‑Al。

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4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，均质的升温时间＞5h，均质温度465 475℃，保温时间14 18h，采用自然冷却。

~ ~

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，最终产品性指标应符合：抗拉强度≥430MPa，屈服强度≥400MPa，伸长率≥16%、布氏硬度≥130HBW。

说明书

一种高密度、轻量化工程车用框架材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于铝合金制造技术领域，具体涉及一种高密度、轻量化工程车用框架材料的制备方法。

背景技术

[0002] 随着世界机械制造技术的快速发展，新技术、新材料、新工艺、新产品层出不穷，对铝合金型材的需求量越来越大，铝合金型材广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等方面，而随着铝合金型材在制造业中的使用越来越多，对铝合金型材的要求也越来越高。工程车轻量化对于我国机械制造业的发展具有重要战略意义。

[0003] 结合各方面的分析，工程车轻量化与油耗紧密相关，而油耗又与二氧化碳排放、节能减排直接关联。工程车的油耗一直以来消耗巨大，不仅给使用者带来经济上的压力，对生产商带来服务上的困扰，还造成环境污染，直接影响到整个环境的治理。降低油耗的使用是节能减排的重要途径。工程车自重直接影响到油耗的使用程度，减轻工程车自身重量就成了工程车升级换代的重中之重。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高密度、轻量化工程车用框架材料的制备方法，以解决上述技术问题。本发明通过控制铝合金的制造工艺、控制铝合金中各种化学成分的含量，使合金成分更加稳定，性能较改造之前更高，在抗拉强度、屈服强度、伸长率、布氏硬度等方面均高于国家标准。通过提高铝合金的性能，可以有效地减少工程车中铝合金的使用量，从而达到减轻工程车自身重量的目的。

[0005] 本发明的技术方案为：

[0006] 一种高密度、轻量化工程车用框架材料的制备方法，包括以下步骤：

[0007] (1)铝合金熔炼、铸造，得铝合金铸锭；

[0008] (2)对铝合金铸锭均质并进行成分检测；

[0009] (3)挤压铝合金铸锭；

[0010] (4)对挤压后的铝合金铸锭进行淬火、拉伸矫直、定尺锯切、双级人工时效，取试样检验，得工程车用框架材料。

[0011] 优选的，所述步骤(1)中，铝合金熔炼依次经过如下步骤：投料、熔化、补料、精炼、一次扒渣、导炉、二次扒渣、二次精炼、三次扒渣、静止、细化、除气、过滤。所述熔化的温度为740～750℃，将各成分初步混合均匀。取试样检测，根据检测结果进行补料，补料温度740～
750℃，更好的与熔化结合在一起。所述精炼的温度为740‑745℃，精炼剂用量为1±0.2kg/t‑Al，时间10‑15分钟，采用双管精炼，气泡高度在80mm以下，使各成分进一步混合均匀。将精炼后的产品进行一次扒渣，将熔体表面浮渣扒净，再次取样分析，合格后转炉，转炉温度控制在740‑750℃，扒渣时间在8～12min，使物料表面光滑无污物。导炉之后进行二次扒渣，时间在3～6min，三次扒渣时间在8～12min。扒渣过程结束后静置，时间20‑30min。最后进行除气、过滤，除气转速在350‑450r/min，过滤采用40+60ppi过滤板双级过滤，解决铸锭过程中因杂质多而造成不合格产品，从而造成物料的浪费。

[0012] 优选的，所述精炼剂中包含MgCl2、KCl和MgO。

[0013] 优选的，所述步骤(1)中，将熔炼之后的物料进行铸造，铸造盘头温度在705‑720℃，氢含量≤0.15ml/100g‑Al。匀质后可使晶粒度更加细化，避免不平衡结晶的现象。

[0014] 优选的，所述步骤(2)中，均质的升温时间＞5h，均质温度465～475℃，保温时间14～18h，采用自然冷却。

[0015] 优选的，所述步骤(2)均质后的铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0.00％～0.15％，Fe为0.00％～0.25％，Cu为0.04％～0.09％，Mn为0.45％～0.55％，Mg为1.3％～
1.7％，Cr为0.10％～0.18％，Zn为4.5％～4.9％，Ti为0.02～0.06％，Zr为0.10％～
0.18％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为Al。用此比例元素生产出的铝合金耐腐蚀性和抗拉强度，抗屈服强度更优。

[0016] 优选的，所述步骤(3)中，挤压铝合金铸锭的方法为：将制备的铝合金铸锭加热到525～535℃，迅速装入挤压筒，挤压温度为435～445℃，挤压速度2.0～3.0m/min，模具温度
510～520℃，保温3～5h，低温炉保温350℃≤24h。

[0017] 优选的，所述步骤(4)的具体方法为：淬火时，喷水冷上40％，下40％，强度100％。然后将型材依次进行压直处理和拉伸处理，拉伸率为0.5％～3％。定尺锯切，切头长度
3500mm，切尾长度1500mm。最后进行双级人工时效，一级温度为100～110℃保持8h，二级温度为130～140℃保持8h。通过二级时效，使性能更加稳定。出时效炉，进行性能检测。

[0018] 优选的，所述步骤(4)中，最终产品性指标应符合：抗拉强度≥430MPa，屈服强度≥400MPa，伸长率≥16％、布氏硬度≥130HBW。

[0019] 本发明的有益效果为：

[0020] 本发明的铝合金制造工艺通过改变生产过程中的工艺参数，使合金成分更加稳定，性能较之前更高，高于国家标准。现行的国家标准要求为：抗拉强度≥380MPa，屈服强度≥350MPa，伸长率≥10％，布氏硬度≥110HBW。本发明制备的铝合金可以达到抗拉强度≥430MPa，屈服强度≥400MPa，伸长率≥16％、布氏硬度≥130HBW。本发明制备的铝合金强度和韧性越来越好。生产工艺易控制，可大批量生产应用。显著的减轻了工程车身重量、节约能源、降低油耗、减轻污染，降低成本、提高企业竞争力、增加企业利润。

具体实施方式

[0021] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0022] 实施例1

[0023] 一种高密度、轻量化工程车用框架材料的制备方法，具体方法如下：

[0024] (1)取铝合金原料，在740℃下熔化，将各成分初步混合均匀。取试样检测，根据检测结果进行补料，补料温度740℃。之后进行精炼，精炼温度在740℃，精炼剂用量0.8kg/t‑Al，时间10分钟，所述精炼剂中包含MgCl2、KCl和MgO。采用双管精炼，气泡高度在80mm以下，使各成分进一步混合均匀。然后将精炼后的产品进行一次扒渣，将熔体表面浮渣扒净，再次取样分析，合格后转炉，转炉温度控制在740℃，扒渣时间在10min，使物料表面光滑无污物。导炉之后进行二次扒渣，时间在5min，三次扒渣时间在10min。扒渣过程结束后静置，时间
20min。最后进行除气、过滤，除气转速在350r/min，过滤采用40+60ppi过滤板双级过滤。熔炼之后的物料进行铸造，铸造盘头温度在705℃，氢含量≤0.15ml/100g‑Al。

[0025] (2)对铝合金铸锭进行均质，升温时间6h，均质温度465℃，保温时间14h，采用自然冷却。铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0.05％，Fe为0.11％，Cu为0.04％，Mn为0.45％，Mg为1.3％，Cr为0.10％，Zn为4.5％，Ti为0.02％，Zr为0.10％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为Al。

[0026] (3)挤压铝合金铸锭，将制备的铝合金铸锭加热到525℃，迅速装入挤压筒，挤压温度为435℃，挤压速度2.0m/min，模具温度510℃，保温4.5h，低温炉保温350℃≤24h。

[0027] (4)淬火，喷水冷上40％，下40％，强度100％。然后将型材依次进行压直处理和拉伸处理，拉伸率为2.55％。定尺锯切，切头长度3500mm，切尾长度1500mm。最后进行双级人工时效，一级温度为100℃保持8h，二级温度为130℃保持8h。

[0028] 对产品进行性能指标检测，抗拉强度430MPa，屈服强度400MPa，伸长率16％、布氏硬度130HBW。

[0029] 实施例2

[0030] 一种高密度、轻量化工程车用框架材料的制备方法，具体方法如下：

[0031] (1)取铝合金原料，在745℃下熔化，将各成分初步混合均匀。取试样检测，根据检测结果进行补料，补料温度745℃。之后进行精炼，精炼温度在743℃，精炼剂用量1.0kg/t‑Al，时间15分钟，所述精炼剂中包含MgCl2、KCl和MgO。采用W和Z型双管精炼，气泡高度在80mm以下，使各成分进一步混合均匀。然后将精炼后的产品进行一次扒渣，将熔体表面浮渣扒净，再次取样分析，合格后转炉，转炉温度控制在745℃，扒渣时间在10min，使物料表面光滑无污物。导炉之后进行二次扒渣，时间在5min，三次扒渣时间在10min。扒渣过程结束后静置，时间25min。最后进行除气、过滤，除气转速在400r/min，过滤采用40+60ppi过滤板双级过滤。熔炼之后的物料进行铸造，铸造盘头温度在710℃，氢含量≤0.15ml/100g‑Al。

[0032] (2)对铝合金铸锭进行均质，升温时间6h，均质温度470℃，保温时间16h，采用自然冷却。铝合金铸锭中元素的质量百分比Si为0.06％，Fe为0.12％，Cu为0.05％，Mn为0.48％，Mg为1.52％，Cr为0.12％，Zn为4.62％，Ti为0.02％，Zr为0.12％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为Al。

[0033] (3)挤压铝合金铸锭，将制备的铝合金铸锭加热到535℃，迅速装入挤压筒，挤压温度为445℃，挤压速度2.5m/min，模具温度520℃，保温4.5h，低温炉保温350℃≤24h。

[0034] (4)淬火，喷水冷上40％，下40％，强度100％。然后将型材依次进行压直处理和拉伸处理，拉伸率为2.95％。定尺锯切，切头长度3500mm，切尾长度1500mm。最后进行双级人工时效，一级温度为105℃保持8h，二级温度为130～135℃保持8h。

[0035] 对产品进行性能指标检测，抗拉强度435MPa，屈服强度403MPa，伸长率16.5％、布氏硬度132HBW。

[0036] 实施例3

[0037] 一种高密度、轻量化工程车用框架材料的制备方法，具体方法如下：

[0038] (1)取铝合金原料，在750℃下熔化，将各成分初步混合均匀。取试样检测，根据检测结果进行补料，补料温度750℃。之后进行精炼，精炼温度在745℃，精炼剂用量1.0kg/t‑Al，时间15分钟，所述精炼剂中包含MgCl2、KCl和MgO。采用W和Z型双管精炼，气泡高度在80mm以下，使各成分进一步混合均匀。然后将精炼后的产品进行一次扒渣，将熔体表面浮渣扒净，再次取样分析，合格后转炉，转炉温度控制在750℃，扒渣时间在10min，使物料表面光滑无污物。导炉之后进行二次扒渣，时间在5min，三次扒渣时间在10min。扒渣过程结束后静置，时间30min。最后进行除气、过滤，除气转速在450r/min，过滤采用40+60ppi过滤板双级过滤。熔炼之后的物料进行铸造，铸造盘头温度在720℃，氢含量≤0.15ml/100g‑Al。

[0039] (2)对铝合金铸锭进行均质，升温时间6h，均质温度475℃，保温时间16h，采用自然冷却。铝合金铸锭中元素的质量百分比百分比Si为0.05％，Fe为0.13％，Cu为0.04％，Mn为0.49％，Mg为1.68％，Cr为0.15％，Zn为4.60％，Ti为0.026％，Zr为0.15％，单个杂质≤
0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为Al。

[0040] (3)挤压铝合金铸锭，将制备的铝合金铸锭加热到535℃，迅速装入挤压筒，挤压温度为445℃，挤压速度2.5m/min，模具温度520℃，保温4.5h，低温炉保温350℃≤24h。

[0041] (4)淬火，喷水冷上40％，下40％，强度100％。然后将型材依次进行压直处理和拉伸处理，拉伸率为2.68％。定尺锯切，切头长度3500mm，切尾长度1500mm。最后进行双级人工时效，一级温度为110℃保持8h，二级温度为140℃保持8h。

[0042] 对产品进行性能指标检测，抗拉强度440MPa，屈服强度401MPa，伸长率16.3％、布氏硬度130HBW。

[0043] 尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。