阅读说明：本技术 一种用于车桥的高强度铝合金材料 (High-strength aluminum alloy material for axle ) 是由 史力喜 陈喜增 马冬冬 韩东东 齐天润 于 2020-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明属于铝合金技术领域,提出了一种用于车桥的高强度铝合金材料,按质量百分比计,包括：Cu 1.2-3.5％,Mg 1.0-1.8％,Zn 5.0-9.0％,Mn 0.05-1.0％,Ti 0.01-0.5％,Cr 0.01-0.2％,Cd 0.01-0.25％,Zr 0.01-0.12％,B 0.001-0.01％,其余为Al及微量杂质元素,其中Zr和B的质量百分比含量满足Zr/B的比值在10-12。通过上述技术方案,解决了现有技术中铝合金强度低以及抗腐蚀性能差的问题。(The invention belongs to the technical field of aluminum alloy, and provides a high-strength aluminum alloy material for an axle, which comprises the following components in percentage by mass: 1.2 to 3.5 percent of Cu, 1.0 to 1.8 percent of Mg, 5.0 to 9.0 percent of Zn, 0.05 to 1.0 percent of Mn, 0.01 to 0.5 percent of Ti, 0.01 to 0.2 percent of Cr, 0.01 to 0.25 percent of Cd, 0.01 to 0.12 percent of Zr, 0.001 to 0.01 percent of B, and the balance of Al and trace impurity elements, wherein the content of Zr and B in percentage by mass meets the requirement that the ratio of Zr/B is between 10 and 12. Through the technical scheme, the problems of low strength and poor corrosion resistance of the aluminum alloy in the prior art are solved.)

一种用于车桥的高强度铝合金材料

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，涉及一种用于车桥的高强度铝合金材料。

背景技术

铝是产量仅次于钢铁的第二大类金属材料，由于性能好，用途广，需量大，且回收成本低，被誉为“万能金属”。统计表明：我国现有124个产业中有113个行业使用铝制品，产业关联度高达91％，因而铝产业是国民经济持续发展的重要支柱性原材料产业之一。铝合金，是以铝为基体元素，然后加入一种或多种合金元素组成的合金，如在纯铝中添加锰元素研制出的Al-Mn合金、在纯铝中添加铜元素研制出Al-Cu合金、在纯铝中同时添加铜和镁元素研制出Al-Cu-Mg系硬铝合金、在纯铝中同时添加锌、镁、铜元素研制出Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝合金等。铝合金的密度低，但强度比较高，而且具有优良的导电性、导热性和抗蚀性等，使得铝合金材料在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中得到了较为广泛的应用。

随着现代化工业的不断发展，国家汽车产业的振兴，人们对高质量的汽车的需求迅猛增长。在将铝合金用于车身零部件时，现有的挤压成型部件或板材，强度不足，抗腐蚀性能也有进一步提升的空间。

发明内容

本发明提出一种用于车桥的高强度铝合金材料，解决了现有技术中铝合金强度低以及抗腐蚀性能差的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种用于车桥的高强度铝合金材料，按质量百分比计，由如下组分组成：Cu 1.2-3.5％，Mg 1.0-1.8％，Zn 5.0-9.0％，Mn 0.05-1.0％，Ti0.01-0.5％，Cr0.01-0.2％，Cd 0.01-0.25％，Zr 0.01-0.12％，B 0.001-0.01％，其余为Al及微量杂质元素，其中Zr和B的质量百分比含量满足Zr/B的比值在10-12。

进一步地，按质量百分比计，由如下组分组成：Cu 1.2-3.5％，Mg 1.4-1.5％，Zn8.0-9.0％，Mn 0.05-1.0％，Ti 0.01-0.5％，Cr 0.01-0.2％，Cd 0.01-0.25％，Zr 0.01-0.06％，B 0.001-0.01％，其余为Al及微量杂质元素，Zr和B的质量百分比含量满足Zr/B的比值在10-12。

一种用于车桥的高强度铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

A、按照上述用于车桥的高强度铝合金材料的组成配比准备各组分；

在750～900℃熔炼铝，得到铝熔体；

B、在步骤A得到的铝熔体中依次加入Cu、Mg、Zn、Mn、Cr、Cd、Zr，在750～900℃保温1-2h，得到合金液；

C、对步骤B得到的合金液进行除渣除气处理，然后依次加入Ti、B，得到合金熔体；

D、将步骤C得到的合金熔体浇注在模具中，然后冷却至室温，得到高强度铝合金材料。

进一步地，所述步骤C加入Ti、B时，合金液降温至680-700℃。

进一步地，所述步骤D模具在200-300℃下预热1-3小时。

进一步地，所述步骤C中Ti为质量比为1:1的二氧化钛和单质钛的组合物。

进一步地，所述步骤C和步骤D之间还包括热处理步骤，所述热处理步骤为将合金熔体在450-500℃保温24-72h。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明通过对铝合金材料的成分优化配比设计，使得最终铝合金的抗拉强度达275-325MPa，屈服强度达220-278MPa，伸长率5-15％，布氏硬度80-98HB，经耐腐蚀性测试，质量损失在6.0-6.8mg/cm²，解决了现有技术中铝合金强度低以及抗腐蚀性能差的问题。

2、本发明中通过控制铝合金成分满足Zr/B的质量百分数含量比值在10-12，使得铝合金的力学性能和抗腐蚀性能得到了提高；在铝合金成分满足Zr/B的质量百分数含量比值在10-12的前提下，将Zn/Mg的质量百分数含量比值控制在6，进一步提高了铝合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和布氏硬度；同时本发明在步骤C合金液中加入质量比为1:1的二氧化钛和单质钛的组合物，协同提高了最终铝合金的力学性能。

3、1031前驱动桥，是匹配皮卡车型的全新平台产品，前桥采用双叉臂螺旋簧式独立悬架，后桥采用板簧整体式驱动桥。其中前桥可兼容四驱系统，而国内皮卡车型四驱前桥壳体主要采用无缝钢管与锻造法兰焊接的形式，主要的缺陷是自重大；双叉臂形式独立悬架的上摆臂、下摆臂本体多采用钢板冲压焊接或铸铁材质，为了在不改变驱动桥强度的基础上减轻自身重量，上臂材质一般选用按照国标GB/T6892中的6082-T6牌号要求的性能，本发明通过控制铝合金成分满足Zr/B的质量百分数含量比值在10-12的前提下，将Zn/Mg的质量百分数含量比值控制在6，所制备的高强度铝合金材料可以满足上述要求，驱动桥下臂材质的选用按照国标GB/T1173中的ZL101A牌号要求的性能，而本发明高强度铝合金材料完全可以满足上述要求，进而替代传统钢材或铸铁材质应用于桥壳及摆臂零件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下述实施例和对比例中除渣除气处理采用除气除渣机，型号CQJ-1，品牌鼎力信。除气除渣机通过高速旋转的石墨转子将精炼介质(氮气和氩气)带入合金液，经过石墨转子与合金液的相对高速剪切，产生细小的气泡并均匀分散在合金液中；由于气泡中氢分压为零，合金液中的氢分压高，促使合金液中的氢渐渐向气泡中扩散，同时合金液中的金属及非金属夹杂物被吸附在气泡表面，气泡及携带的夹杂物上浮，从而达到去除合金液中氢及夹杂物的目的，达到净化合金液的效果。

实施例1

一种用于车桥的高强度铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

A、按照表1的组成配比准备各组分；

在800℃熔炼铝，得到铝熔体；

B、在步骤A得到的铝熔体中依次加入Cu、Mg、Zn、Mn、Cr、Cd、Zr，在800℃保温1h，得到合金液；

C、对步骤B得到的合金液进行除渣除气处理，然后合金液降温至690℃，依次加入Ti、B，得到合金熔体；

D、将合金熔体在480℃保温36h；模具在250℃下预热2小时，将步骤C得到的合金熔体浇注在模具中，然后冷却至室温后，得到高强度铝合金材料。

实施例2

一种用于车桥的高强度铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

A、按照表1的组成配比准备各组分；

在750℃熔炼铝，得到铝熔体；

B、在步骤A得到的铝熔体中依次加入Cu、Mg、Zn、Mn、Cr、Cd、Zr，在750℃保温2h，得到合金液；

C、对步骤B得到的合金液进行除渣除气处理，然后合金液降温至680℃，依次加入Ti、B，得到合金熔体；

D、将合金熔体在450℃保温72h；模具在200℃下预热3小时，将步骤C得到的合金熔体浇注在模具中，然后冷却至室温后，得到高强度铝合金材料。

实施例3

一种用于车桥的高强度铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

A、按照表1的组成配比准备各组分；

在900℃熔炼铝，得到铝熔体；

B、在步骤A得到的铝熔体中依次加入Cu、Mg、Zn、Mn、Cr、Cd、Zr，在900℃保温1.5h，得到合金液；

C、对步骤B得到的合金液进行除渣除气处理，然后合金液降温至700℃，依次加入Ti、B，得到合金熔体；

D、将合金熔体在500℃保温24h；模具在300℃下预热1小时，将步骤C得到的合金熔体浇注在模具中，然后冷却至室温后，得到高强度铝合金材料。

实施例4

制备方法同实施例1，组成配比见表1。

实施例5

一种用于车桥的高强度铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

A、按照表1的组成配比准备各组分；

在850℃熔炼铝，得到铝熔体；

B、在步骤A得到的铝熔体中依次加入Cu、Mg、Zn、Mn、Cr、Cd、Zr，在850℃保温1h，得到合金液；

C、对步骤B得到的合金液进行除渣除气处理，然后合金液降温至700℃，依次加入Ti、B，得到合金熔体；

D、模具在280℃下预热2小时，将步骤C得到的合金熔体浇注在模具中，然后冷却至室温后，得到高强度铝合金材料。

实施例6

制备方法同实施例1，组成配比见表1。

实施例7

一种用于车桥的高强度铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

A、按照表1的组成配比准备各组分；

在900℃熔炼铝，得到铝熔体；

B、在步骤A得到的铝熔体中依次加入Cu、Mg、Zn、Mn、Cr、Cd、Zr，在900℃保温1h，得到合金液；

C、对步骤B得到的合金液进行除渣除气处理，然后合金液降温至700℃，依次加入Ti、B，得到合金熔体；

D、将合金熔体在500℃保温24h；模具在300℃下预热1小时，将步骤C得到的合金熔体浇注在模具中，然后冷却至室温后，得到高强度铝合金材料。

上述实施例1-7中所述Ti为单质钛。

实施例8

一种用于车桥的高强度铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

A、按照表1的组成配比准备各组分；

在800℃熔炼铝，得到铝熔体；

B、在步骤A得到的铝熔体中依次加入Cu、Mg、Zn、Mn、Cr、Cd、Zr，在800℃保温1h，得到合金液；

C、对步骤B得到的合金液进行除渣除气处理，然后合金液降温至690℃，依次加入Ti、B，得到合金熔体；Ti为质量比为1:1的二氧化钛和单质钛的组合物；

D、将合金熔体在480℃保温36h；模具在250℃下预热2小时，将步骤C得到的合金熔体浇注在模具中，然后冷却至室温后，得到高强度铝合金材料。

实施例9

一种用于车桥的高强度铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

A、按照表1的组成配比准备各组分；

在800℃熔炼铝，得到铝熔体；

B、在步骤A得到的铝熔体中依次加入Cu、Mg、Zn、Mn、Cr、Cd、Zr，在800℃保温1h，得到合金液；

C、对步骤B得到的合金液进行除渣除气处理，然后合金液降温至690℃，依次加入Ti、B，得到合金熔体；Ti为二氧化钛；

D、将合金熔体在480℃保温36h；模具在250℃下预热2小时，将步骤C得到的合金熔体浇注在模具中，然后冷却至室温后，得到高强度铝合金材料。

对比例1

制备方法同实施例1，组成配比见表1，Ti为单质钛。

对比例2

制备方法同实施例1，组成配比见表1，Ti为单质钛。

表1各实施例和对比例的组成配比

性能试验

对实施例1-9及对比例1和2进行如下测试：

1、按照GB/T 1173-2013铸造铝合金进行抗拉强度、屈服强度、伸长率和布氏硬度的测定；

2、按照ASTM G67进行耐腐蚀测试：从铝合金板或铝合金带裁下的长50mm且宽60mm的测试条，在30℃硝酸中保存24小时，测试条中存在沿晶界析出的β相，那么硝酸优先从晶界上溶解β相，由此引起质量损失，通过质量损失测得铝合金的易受晶间腐蚀性。

测试结果见表2。

表2抗拉强度、屈服强度、伸长率和布氏硬度的测定结果

由表2可知，本发明实施例1-9的铝合金成分满足Zr/B的质量百分数含量比值在10-12，铝合金的抗拉强度在275-325MPa，屈服强度在220-278MPa，伸长率5-15％，布氏硬度80-98HB，耐腐蚀性测试，质量损失在6.0-6.8mg/cm²，而对比例1和对比例2的铝合金成分不满足Zr/B的质量百分数含量比值在10-12，铝合金的抗拉强度和屈服强度有明显的下降，耐腐蚀性测试，质量的损失量增大，可见本发明铝合金成分中将Zr/B的质量百分数含量比值控制在10-12，使得铝合金的力学性能和抗腐蚀性能得到了提高。

由实施例1、实施例4、实施例6比较可知，铝合金成分满足Zr/B的质量百分数含量比值在10-12的前提下，实施例6将Zn/Mg的质量百分数含量比值控制在6，使得铝合金的抗拉强度达325MPa，屈服强度达278MPa，伸长率达15％，布氏硬度98HB，而实施例1中Zn/Mg的比值小于6，实施例4中Zn/Mg的比值大于6，铝合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和布氏硬度均有所下降，可见本发明中铝合金成分满足Zr/B的质量百分数含量比值在10-12的前提下，将Zn/Mg的质量百分数含量比值控制在6，可以使得铝合金的力学性能得到最大的提升；同时由实施例8、实施例9和实施例1比较可知，本发明在步骤C合金液中加入质量比为1:1的二氧化钛和单质钛的组合物，铝合金的抗拉强度达295MPa，屈服强度达240MPa，而仅在步骤C合金液中加入单质钛或二氧化钛，最终制得的铝合金材料的抗拉强度和屈服强度均有一定程度降低，可见在步骤C合金液中加入二氧化钛和单质钛的组合物，协同提高了最终铝合金的力学性能。

1031前驱动桥，是匹配皮卡车型的全新平台产品，前桥采用双叉臂螺旋簧式独立悬架，后桥采用板簧整体式驱动桥。其中前桥可兼容四驱系统，而国内皮卡车型四驱前桥壳体主要采用无缝钢管与锻造法兰焊接的形式，主要的缺陷是自重大；双叉臂形式独立悬架的上摆臂、下摆臂本体多采用钢板冲压焊接或铸铁材质，为了在不改变驱动桥强度的基础上减轻自身重量，上臂材质的选用一般按照国标GB/T6892-2015一般工业用铝及铝合金挤压型材中的牌号6082的T6要求的性能，下臂材质的选用按照GB/T1173-2013铸造铝合金中的牌号ZL101A的T6要求的性能，进而来替代传统钢材或铸铁材质应用于摆臂零件，国标GB/T6892-2015一般工业用铝及铝合金挤压型材中的牌号6082的T6参考值为：抗拉强度310Mpa，屈服强度260Mpa，伸长率10％，硬度95HB，而本发明实施例6制备的高强度铝合金材料可以满足上述要求；GB/T1173-2013铸造铝合金中的牌号ZL101A的T6参考值为：抗拉强度275Mpa，屈服强度220Mpa，伸长率2％，硬度80HB，本发明实施例1-9制备的高强度铝合金材料完全可以满足上述要求来替代传统钢材或铸铁材质。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。