铝硅合金车身支架及其高压真空压铸制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铝硅合金车身支架及其高压真空压铸制备方法。车身支架采用的铝合金材料组分的重量百分比为：9.5‑11.5％Si，Fe＜0.1％，Cu＜0.03％，0.5～0.7％Mn，0.3～0.5％Mg，Zn＜0.07％，0.04‑0.15%Ti，0.01‑0.03%Sr，其余为Al。本发明专利技术所采用的铝合金成分尤其是微量元素的含量、Sr元素的加入方式、热处理工艺等保证车身支架同时具有高的强度与延展性的关键，经产品切片试验，T7处理后的抗拉强度大于240MPa;0.2%屈服强度大于180MPa，延伸率大于8％，完全满足承载式车身零部件的机械性能要求；本发明专利技术的铝合金车身支架高压真空铸造制备方法，能够适满足承载式车身支架对机械性能、生产效率、成本的要求，具有广阔的应用前景。

Aluminum silicon alloy body bracket and high pressure vacuum die-casting method for preparing the same

The invention relates to an aluminum silicon alloy body bracket and a high pressure vacuum die-casting preparation method thereof. The weight percentage of body support the Aluminum Alloy material component: 9.5 11.5%Si, Fe < 0.1%, Cu < 0.03%, 0.5 ~ 0.7%Mn, 0.3 ~ 0.5%Mg, Zn < 0.07%, 0.04 0.15%Ti, 0.01 0.03%Sr, except Al. Aluminum Alloy composition adopted by the invention especially adding trace element content, the Sr element to ensure, heat treatment process and has the key body support high strength and ductility, the product slice test, the tensile strength of T7 after the treatment of more than 240MPa; 0.2% yield strength greater than 180MPa, the elongation rate is greater than 8%, fully meet the requirements of mechanical properties of bearing body parts; the preparation method of Aluminum Alloy body support high vacuum of the invention can be suitable for casting, meet the unibody scaffold on the mechanical performance requirements, production efficiency, cost, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
铝硅合金车身支架及其高压真空压铸制备方法
本专利技术涉及一种铝硅合金车身支架及其高压真空压铸制备方法，属于汽车零部件

技术介绍
汽车车身支架是汽车中的承载受力件，与汽车安全性密切相关。在汽车车身中，许多支架装在车身结构的节点上并与其它部件连接形成抗变形的高强度框架，这类支架通常具有尺寸大、壁薄、结构复杂等特征。由于在行驶中要保证汽车可靠的安全性，所以对车身支架的力学性能要求高，一般要求抗拉强度≥240MPa，0.2％屈服强度大于180MPa,伸长率≥8％,传统的汽车支架大多采用铁或钢质材料，通过冲压、锻造、焊接、铆接等工艺生产。在世界汽车市场的激烈竞争中，各国都在向高质量、高可靠性、重量轻、节能、低成本方向发展，尤其是随着新能源汽车的快速发展，在材料方面表现为轻量化，用铝合金代替部分钢(铁)件，以达到汽车向高质量、低成本的发展的要求；在工艺方面表现为用先进工艺取代传统的工艺以达到提高毛坯精度，减少加工余量，减少原材料消耗，降低成本的目的；目前，多数铝合金高强度铸件一直是采用重力铸造或低压铸造生产，用这些传统的工艺制造出的车身支架在外观呈现冷隔、凹陷、裂纹等不同程度的质量问题，而在内部往往会出现气孔、缩孔、针孔等致命的缺陷，从而严重影响了产品的性能，同时，因成品率较低，资源和能源利用率低，铝废料再生利用率不高，环境污染严重等缺陷，使铝合金在车身支架上的应用受到了极大的限制。压铸工艺具有生产率高、铸件精密等一系列优点，用压铸工艺生产车身支架不但可以缩短生产周期，还可达到高精密接近净成形，省去大量的机加工序，节约成本，因此，压力铸造是生产铝、镁合金汽车结构件极具竞争力的一种工艺。但由于车身支架需要优秀的机械性能，为使铝合金支架获得高性能，往往需要热处理，如果支架与其他构件连接，还需要良好的焊接性或铆接性，显然，常规的压铸工艺无法满足车身支架的生产要求，结构件的压铸生产需要进行新的材料及工艺开发。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题：1、为了提高铝硅合金的强度，通常是提高铜、铁、镁等固溶强化合金的百分比，但这些合金组分的增加会同时带来合金延展性的下降，延伸率不能满足车身之架的要求，本专利技术需要解决车身之架满足高强度的同时满足高延伸率的要求。2、由于高压压铸采用热做模具钢做为模具成型部分的材料，在高温、高速、高压的生产过程中，铝合金会对模具材料产生侵蚀，导致粘模、拉伤、变形等严重缺陷，通常解决粘模倾向是保持0.6-1.0％的Fe含量，但含铁量高时，铁相的增加会严重降低铝合金的强度与延展性，本专利技术需要解决铝合金粘模与高强度、高延伸率的需求。3、本专利技术需要解决铝合金熔解过程的吸氢与氧化导致的铝合金脆性问题。4、要达到车身支架要求的高强度、高延伸率，铸件必须进行固溶强化处理，另外，车身支架可能会要求与其他车身部件进行焊接、铆接装配，在固溶强化或焊接时，如果铸件内部含有气泡，高温时就会膨胀，导致产品表面鼓泡报废，如何解决高压、高速压铸填充过程的金属紊流导致的卷入性气孔，是本专利技术需要解决的一个工艺问题。5、由于汽车轻量化的要求，车身支架通常采用网状、框架类设计结构，依靠结构整体强度满足车身的承载要求，在固溶及人工时效的高温下，产品容易产生变形，如何防止铸件变形，保证车身支架的与整车装配结构的位置精度是本专利技术需要解决的问题。本专利技术所要解决的技术问题是克服现在常规制造方法在材料、产品性能、模具、制造工艺的技术不足，提供一种高强度、高延展性、无气孔、可焊接、生产效率高和低成本的铝合金车身支架的制备方法。本专利技术的技术方案及实施工艺：1.铝硅合金车身支架，车身支架采用的铝合金材料组分的重量百分比为：9.5-11.5％Si，Fe＜0.1％，Cu＜0.03％，0.5～0.7％Mn，0.3～0.5％Mg，Zn＜0.07％，0.04-0.15%Ti，0.01-0.03%Sr，其余为Al。铝硅合金车身支架的高压真空压铸制备方法，按以下步骤进行：1）选取原料：组分的重量百分比为9.5-11.5％Si，Fe＜0.1％，Cu＜0.03％，0.5～0.7％Mn，0.34～0.55％Mg，Zn＜0.07％，0.04-0.15%Ti，其余为Al；2）铝合金熔炼与除气：将铝合金材料加入中央熔化炉中进行熔化，利用烟气的余热把铝锭与回收料预热到400-450°C，熔解室气氛温度控制880-900°C，保温室铝液温度控制750-770°，保持室内的铝液，每6-10小时一次，打开扒渣口，用涂过被覆剂并充分干燥的工具，将铝合金表面一层氧化浮渣打出；取用铝液时，把铝液放到浇包中，用燃气加热装置预热浇包，预热温度400-450°C，向浇包中放铝液时，预先将占铝液重量百分比0.03-0.06％的AL-Sr中间合金放在浇包底部，AL-Sr合金中Sr含量的重量百分比为50％，铝液放到浇包容积的80-90％；放到浇包中的铝液，采用旋转叉车转运到除气位置，采用惰性气体脱出溶解在铝合金液内的氢气，除气时，先将旋转喷头插入铝液中高速旋转，同时从喷头的孔中吹出高纯度高纯氮气，氮气流量流量10-20升/分中，氮气吹入压力3-3.5bar，低于3bar自动报警，喷头转速250-450转/分钟，在喷头插入铝液旋转25-50秒后，石墨挡板插入，氮气总吹入时间2-6分钟，除气完成先把旋转喷头与挡板提起，铝液静置后用涂过被覆剂并充分干燥的工具，把铝液表面的氧化浮渣打出；3）定量给汤：除气处理后合格的铝液转到压铸车间，倒入机边定量给汤炉，给汤炉内铝液温度控制670±5°C，给汤炉采用密闭结构防止铝合金氧化及热量散失，采用辐射式电加热保证铝液温度符合工艺要求，生产过程中每2-6小时一次从保温炉中取样进行化学成分的光谱分析，重点监控Sr与Mg元素是否符合要求；4）压铸模具：车身支架的压铸模具成型部分采用热做模具钢材，经过高频真空淬火及回火后达到基体硬度HRC46±1，表面采用软氮化处理，氮化层厚度0.08-0.1mmm，表面硬度HV900以上，模具采用一模一腔的布局，采用扇形内浇口，浇口厚度小于2mm，内浇口填充速度设计48-60米/秒，模具内部设计循环水通道，用恒温机控制模具温度平衡，恒温机的介质为水，水压7-12bar，出口温度120-180°C，在压铸过程中，每一模产品取出后，用自动喷雾机将水基离型剂雾化喷到模具表面，雾化气压4-8bar，喷雾时间1-4秒，喷雾结束后用压缩空气清吹模具表面，吹干残余的水分并使离型剂在模具表面形成一层0.003-0.008mm的膜，便于铸件成型后从模具中脱出；5）压力铸造：定量给汤炉的定量泵把铝合金液注入容杯后，压铸机的冲头启动，依次按照慢速启动、慢压射、快压射、增压压射四级把铝合金注入模具型腔：先以0-0.15m/s的匀加速移动，铝合金承受压力为零，使冲头的铍青铜密封环经过容杯入料口位置后，封闭冲头与容杯的间隙；然后进行慢压射，以0.2-0.3m/s的速度，铝合金承受压力为零，缓慢移动冲头，使铝合金液在容杯内的液面平稳上升，到达模具内浇口部位；快压射，在铝合金液到达模具内浇口部位的压射行程点称为高速转换点，冲头经过高速转换点后，以300-700m/s²的加速度达到2-6m/s的高速压射速度，铝合金通过模具内浇口的速度为48-60m/s，此时铝合本文档来自技高网...

【技术保护点】
铝硅合金车身支架，其特征在于，车身支架采用的铝合金材料组分的重量百分比为：9.5‑11.5％Si，Fe＜0.1％，Cu＜0.03％，0.5～0.7％Mn，0.3～0.5％Mg，Zn＜0.07％，0.04‑0.15%Ti，0.01‑0.03%Sr，其余为Al。

【技术特征摘要】
1.铝硅合金车身支架，其特征在于，车身支架采用的铝合金材料组分的重量百分比为：9.5-11.5％Si，Fe＜0.1％，Cu＜0.03％，0.5～0.7％Mn，0.3～0.5％Mg，Zn＜0.07％，0.04-0.15%Ti，0.01-0.03%Sr，其余为Al。2.铝硅合金车身支架的高压真空压铸制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：1）选取原料：组分的重量百分比为9.5-11.5％Si，Fe＜0.1％，Cu＜0.03％，0.5～0.7％Mn，0.34～0.55％Mg，Zn＜0.07％，0.04-0.15%Ti，其余为Al；2）铝合金熔炼与除气：将铝合金材料加入中央熔化炉中进行熔化，利用烟气的余热把铝锭与回收料预热到400-450°C，熔解室气氛温度控制880-900°C，保温室铝液温度控制750-770°，保持室内的铝液，每6-10小时一次，打开扒渣口，用涂过被覆剂并充分干燥的工具，将铝合金表面一层氧化浮渣打出；取用铝液时，把铝液放到浇包中，用燃气加热装置预热浇包，预热温度400-450°C，向浇包中放铝液时，预先将占铝液重量百分比0.03-0.06％的AL-Sr中间合金放在浇包底部，AL-Sr合金中Sr含量的重量百分比为50％，铝液放到浇包容积的80-90％；放到浇包中的铝液，采用旋转叉车转运到除气位置，采用惰性气体脱出溶解在铝合金液内的氢气，除气时，先将旋转喷头插入铝液中高速旋转，同时从喷头的孔中吹出高纯度高纯氮气，氮气流量流量10-20升/分中，氮气吹入压力3-3.5bar，低于3bar自动报警，喷头转速250-450转/分钟，在喷头插入铝液旋转25-50秒后，石墨挡板插入，氮气总吹入时间2-6分钟，除气完成先把旋转喷头与挡板提起，铝液静置后用涂过被覆剂并充分干燥的工具，把铝液表面的氧化浮渣打出；3）定量给汤：除气处理后合格的铝液转到压铸车间，倒入机边定量给汤炉，给汤炉内铝液温度控制670±5°C，给汤炉采用密闭结构防止铝合金氧化及热量散失，采用辐射式电加热保证铝液温度符合工艺要求，生产过程中每2-6小时一次从保温炉中取样进行化学成分的光谱分析，重点监控Sr与Mg元素是否符合要求；4）压铸模具：车身支架的压铸模具成型部分采用热做模具钢材，经过高频真空淬火及回火后达到基体硬度HRC46±1，表面采用软氮化处理，氮化层厚度0.08-0.1mmm，表面硬度HV900以上，模具采用一模一腔的布局，采用扇形内浇口，浇口厚度小于2mm，内浇口填充速度设计48-60米/秒，模具内部设计循环水通道，用恒温机控制模具温度平衡，恒温机的介质为水，水压7-12bar，出口温度120-180°C，在压铸过程中，每一模产品取出后，用自动喷雾机将水基离型剂雾化喷到模具表面，雾化气压4-8bar，喷雾时间1-4秒，喷雾结束后用压缩空气清吹模具表面，吹干残余的水分并使离型剂在模具表面形成一层0.003-0.008mm的膜，便于铸件成型后从模具中脱出；5）压力铸造：定量给汤炉的定量泵把铝合金液注入容杯后，压铸机的冲头启动，依次按照慢速启动、慢压射、快压射、增压压射四级把铝合金注入模具型腔：先以0-0.15m/s的匀加速移动，铝合金承受压力为零，使冲头的铍青铜密封环经过容杯入料口位置后，封闭冲头与容杯的间隙；然后进行慢压射，以0.2-0.3m/s的速度，铝合金承受压力为零，缓慢移动冲头，使铝合金液在容杯内的液面平稳上升，到达模具内浇口部位；快压射，在铝合金液到达模具内浇口部位的压射行程点称为高速转换点，冲头经过高速转换点后，以300-700m/s²的加速度达到2-6m/s的高速压射速度，铝合金通过模具内浇口的速度为48-60m/s，此时铝合金承受压力为300-350bar,通过高速、高压把铝合金注入模具型腔，铝合金的高速填充时间控制30-45ms；增压压射，随着铝合金充满型腔，压射冲头由于运动阻力加大，速度迅速下降，当冲头速度低于1.5m/s时，压铸机给出增压信号，增压阀打开，在20-30ms时间内达到85...

【专利技术属性】
技术研发人员：勾建勇，崔美卿，
申请(专利权)人：扬州嵘泰工业发展有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32