【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铝合金，具体涉及一种吸能合金型材的设计方法及其应用。
技术介绍
1、挤压型材用于汽车防撞结构件时，其吸能性能是产品质量验收的关键项。目前，车厂普遍采用全截面压溃试验方法对挤压型材的吸能性能进行评价。压溃试验方法采用上下两个压板对中间直段型材进行轴向压缩，对应的型材长度为300mm，压缩行程为200mm，压缩速度为100mm/min。压溃性能的评价通常涉及压溃后的开裂状态和吸能值两个方面，为了保证产品在压溃过程中稳定吸收能量，通常要求压溃后的产品表面无裂纹。当压溃开裂状态低于等级3时，压溃开裂对吸能值将产生严重影响。材料的断后伸长率无法有效表征压溃开裂，并且压溃吸能值与材料性能指标间的关联规律尚不明确。由于缺乏解决方案的指导，型材厂商在进行产品开发时，需要通过大量工程实验来解决产品压溃开裂问题。同时还发现，尽管压溃开裂问题得到解决，但压溃吸能值仍无法达到设计要求，最终需要通过更改设计方案来解决。
2、因此，当前亟需提供一种吸能型材的设计方法，从而有效解决抗拉强度在200mpa-300mpa范围内的吸能型材的开发问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决吸能型材开发长期长、成本高、成功率低等问题。为此，本专利技术提出一种吸能合金型材的设计方法，通过精准设计材料性能指标、合金配方和热处理工艺方案，使得开发制备的吸能合金型材的强度、折弯性能和压溃性能与设计值较吻合，从而有效缩短了开发周期，降本了开发成本，提高了产品开发成功率。
2、本专利技术还提出一
3、本专利技术还提出了一种上述设计方法得到的合金型材在车用型材中的应用。
4、本专利技术的专利技术构思为：
5、本专利技术先通过折弯实验方法评价合金的折弯性能，采用纵向和横向等效折弯角表征压溃开裂状态；为了保证挤压型材压溃后不开裂，定义挤压型材纵向等效折弯角≥100°和横向等效折弯角≥80°；在挤压型材压溃无开裂前提下，再通过公式(1)表征压溃吸能值，公式(1)中σb为合金峰值抗拉强度(单位：mpa)；k1为合金强度损失因子，考虑制造过程的可靠性和过时效处理对强度的损失，在本专利技术中取0.8；k2(单位：kj/mpa)为型材结构因子，c(单位：kj)为常数，k2和c值通过压溃实验仿真确认,具体为：以300mm“口字型”挤压型材为例，采用abaqus软件中建模功能，建立长300mm“口字型”挤压型材压溃实验仿真模型；随后在解析功能下，设定相关材料参数(密度、泊松比、杨氏模量)和压溃实验参数(下压速度；下压位移)，并分别导入抗拉强度为(k1σb1)和(k1σb2)的真应力-应变数据，进行压溃实验模拟，获得两组压溃吸能值数据(ec1、ec2)；根据两组ec-k1σb数据，结合公式(1)计算获得对应的k2和c值，根据要求的能量吸收值(ec，单位：kj)和公式(1)可计算获得σb值。当σb小于或等于300mpa时，选择a窗口成分进行成分设计；当σb高于300mpa时，选择b窗口成分进行成分设计。
6、本专利技术中为了提高合金的强度，并保证其耐腐蚀性能和焊接性能，合金中cu元素含量需要严格控制在0.30wt.％以下。
7、在a窗口中，添加微量mn元素并配合特定的均值工艺，从而改善fe元素的对压溃和折弯开裂的不利影响。
8、在b窗口中，由于mg和si总量≥1.2wt.％，需要添加0.3-0.6wt.％的mn元素，并配合特定的均值工艺，形成更多亚微米级含fe相粒子，抑制挤压过程中晶粒长大，从而获得细小的再结晶晶粒组织。
9、根据本专利技术的第一个方面，提出了一种吸能合金型材的设计方法，包括以下步骤：
10、s1.在合金型材压溃无开裂的前提下，通过式(1)计算合金的峰值抗拉强度σb，
11、
12、其中，k1为0.8，k2和c值通过压溃实验仿真确认；ec为合金型材的吸能值，由设计要求确认，
13、合金型材压溃无开裂的表征方法为：将合金型材通过折弯实验方法获得纵向等效折弯角和横向等效折弯角；定义挤压型材纵向等效折弯角≥100°，并且横向等效折弯角≥80°，
14、s2.当合金的峰值抗拉强度σb小于或等于300mpa时，选择a窗口成分进行成分设计；当合金的峰值抗拉强度σb值大于300mpa时，选择b窗口成分进行成分设计，
15、a窗口成分：mg:0.3-0.6，si:0.3-0.6，fe＜0.30，cu:＜0.30，mn:0.08-0.12，cr＜0.01，v＜0.01，zn＜0.1，ti＜0.1，
16、b窗口成分：mg:0.6-1.0，si:0.6-1.0，fe＜0.30，cu:＜0.30，mn:0.3-0.60，cr＜0.01，v＜0.01，zn＜0.1，ti＜0.1。
17、本专利技术提供了一种合金型材的设计方法，首先，将纵向等效折弯角和横向等效折弯角作为压溃开裂的评价指标，定义挤压型材纵向等效折弯角≥100°和横向等效折弯角≥80°，从而确保合金型材压溃无开裂；然后，采用公式ec＝k1k2σb+c表征压溃的吸能值，并根据实验仿真确定k2和c的值；选择合适的合金成分和热处理工艺，从而快速、准确、有效解决抗拉强度在200mpa-300mpa范围内的吸能型材的开发问题。该设计方法保持合金型材的力学性能的同时，可显著提高合金型材的折弯性能和压溃性能，因此，具有较高的能量吸收能力。本专利技术对于解决现有技术中吸能型材的实际吸能值与设计值存在较大偏差的问题具有显著的效果。在设计阶段，本专利技术可辅助设计人员对产品设计方案和性能指标进行有效的修正；在开发阶段，本专利技术还可以辅助开发人员设计合金成分和热处理方案。因此，本专利技术可快速、有效解决吸能型材的开发问题，从而可缩短产品开发周期和开发成本。
18、在本专利技术的一些实施方式中，按重量比计，所述mg和所述si的重量比为1:1。
19、本专利技术中，mg和si元素以质量比1.73:1结合形成mg2si，固溶于铝基体中的mg2si通过时效处理析出β”和β’相，引起析出强化。为了保证强度、改善折弯和压溃性能、提高挤出效率，并确保产品性能的设计值和实际值相吻合，将两种合金mg：si质量比均规定为1：1，对应相当的mg和si含量。
20、在本专利技术的一些实施方式中，所述a窗口成分中，cu和mg的质量百分数含量与合金σb值的对应关系为式(2)所示；
21、
22、所述b窗口成分中，cu和mg质量百分数含量与合金σb值的对应关系为式(3)所示；
23、
24、a窗口和b窗口中引起强化效应的元素含量与产品抗拉强度σb的对应关系可分别表达为公式(2)和公式(3)。根据a窗口或b窗口成分优先设计cu元素含量，然后通过σb值和公式(2)或公式(3)计算获取mg和si元素含量。
25、根据本专利技术的第二个方面，提出了一种铝合金型材所述铝合金型材由所述的合金型材的设计方法设计得到。
26、在本专利技术的一些本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种吸能合金型材的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的合金型材的设计方法，其特征在于，按重量比计，所述Mg和所述Si的重量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的合金型材的设计方法，其特征在于，所述A窗口成分中，Cu和Mg的质量百分数含量与合金型材的抗拉强度值σb的对应关系为式(2)所示；
4.一种铝合金型材，其特征在于，所述铝合金型材由权利要求1～3中任一项所述的合金型材的设计方法设计得到。
5.一种如权利要求4所述的铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤S2中，选择A窗口成分进行合金设计时，所述均匀化处理步骤为：以150-220℃/h的加热速度升温至560-580℃，保温12-16h，优选地，步骤S2中，选择A窗口成分进行合金设计时，冷却速率为100-200℃/h；优选地，步骤S3中，择A窗口成分进行合金设计时，所述挤压的步骤为：将所述铝合金铸锭加热至470～490℃，在大于10m/min挤出速度下挤压成铝合金型材；
7.根据权利要求5所述的铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤S2中，选择B窗口成分进行合金设计时，所述均匀化处理步骤为：以150-220℃/h的加热速度升温至390-460℃，保温3-5h后再以100-200℃/h加热速度持续升温至550-570℃，保温4-6h。
8.根据权利要求5所述的铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤S2中，选择B窗口成分进行合金设计时，所述冷却的步骤为风冷至450℃后进行水雾冷；优选地，所述风冷的冷却速率为100-200℃/h；优选地，所述水雾冷的冷却速率为300-400℃/h。
9.根据权利要求5所述的铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤S3中，择B窗口成分进行合金设计时，所述挤压的步骤为：将所述铝合金铸锭加热至490～510℃，在8～12m/min挤出速度下挤压成铝合金型材；优选地，所述淬火的步骤包括水冷淬火，所述水冷速率≥1500℃/min。
10.一种如权利要求1～3中任一项所述的吸能合金型材的设计方法在车用型材中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种吸能合金型材的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的合金型材的设计方法，其特征在于，按重量比计，所述mg和所述si的重量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的合金型材的设计方法，其特征在于，所述a窗口成分中，cu和mg的质量百分数含量与合金型材的抗拉强度值σb的对应关系为式(2)所示；
4.一种铝合金型材，其特征在于，所述铝合金型材由权利要求1～3中任一项所述的合金型材的设计方法设计得到。
5.一种如权利要求4所述的铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤s2中，选择a窗口成分进行合金设计时，所述均匀化处理步骤为：以150-220℃/h的加热速度升温至560-580℃，保温12-16h，优选地，步骤s2中，选择a窗口成分进行合金设计时，冷却速率为100-200℃/h；优选地，步骤s3中，择a窗口成分进行合金设计时，所述挤压的步骤为：将所述铝合金铸锭加热至470～490℃，在大于10m/min挤出速度下挤压成铝合金型材；...
【专利技术属性】
技术研发人员：张奇，罗杰，许栩达，
申请(专利权)人：马鞍山市新马精密铝业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。