不同铝合金材质在汽车轻量化运用归纳Word文档下载推荐.docx
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具有极好的热塑性,可以高速挤压成结构复杂、薄壁、中空的各种型材或锻造成结构复杂的锻件,其淬火敏感性低,挤压后只要温度高于淬火温度(≥500℃)即可实现在线风淬、喷水或过水淬火;
焊接和耐腐蚀性能优良,无应力腐蚀开裂倾向。
挤压加工后型材表面十分光洁,易于阳极氧化和着色。
1.1.1力学性能:
6063合金的主要强化相为Mg2Si,合金中Mg2Si含量为1.2%左右,Mg、Si含量是按照形成Mg2Si要求(Mg:
Si=1.73)而设计,根据不同需求配比出不同6063成分,得出不同力学性能6063材质表1,当作汽车工业材使用时,根据在汽车上需求,装饰件多为6063、6063P材质,对表面要求后道阳极氧化多选择6063P,非受力安全结构件又需求有一定强度要求可选择6063A。
表1为6063工业用成分(质量分数%)及力学性能
元素
牌号
Si
Mg
Fe
Cu
Mn
Zn
Cr
Ti
6063
0.38-0.44
0.5-0.58
0.1-0.25
0.03
0.05
0.006-0.015
T6性能
Rm
≥180Mpa
A%
12
HW
≥9
6063A
0.53-0.58
0.65-0.75
0.15-0.22
0.04-0.08
0.02-0.08
0.02
0.01-0.02
≥230Mpa
11
≥12
6063P
0.4-0.44
0.51-0.55
0.12
0.01
≥200Mpa
≥10
6063为易挤压(通用工业),6063P为中等(高要求表面型材),6063A(难挤压型对力学性能有要求)
1.1.2焊接性能:
我司生产汽车电池托盘6063合金材质占有一定比例,其中底板及通水冷却板、电池端板,电池托盘对焊接后表面有比较高要求。
搅拌摩擦焊(FSW)作为一种固相连接技术图2,与其他焊接相比,有焊接质量高、美观,变形小、环保等优点。
搅拌摩擦焊分两大类,一类为单轴肩搅拌摩擦焊(FSW),顾名思义只有单一方向焊接,母材需要由一定结构刚性或被牢固固定来实现焊接,缺点也明显,焊缝背面必须加一耐摩擦垫板,受该特点影响,对型材拼接焊产生不小的限制。
我司现有的搅拌摩擦焊以单肩轴搅拌为主,据赵刚[1]工艺参数:
搅拌转头转速在800-1600r/min,焊接速度在100-300mm/min,获得成型美观、性能良好的搭接接头,拉伸试样断裂全在母材,焊接强度系数为母材的81.9%。
对于选取参数上看,取决于实际情况6063材质焊接,对于薄板(1-6mm)搅拌头倾斜角采用小角度通常为1-2.5。
,下压量在0.1-0.3mm,对于中厚板(≥6mm)搅拌头倾斜角采用小角度通常为3-5。
,下压量在0.3-0.5mm,焊接转头转速和进给焊接速度,根据下压量图3大小,优化出较佳工艺参数组合,才能获得良好性能焊接接头,单一考虑到转速和焊速比值(ω∕ν),并不能完全掌控焊接接头质量和外观。
图2为单肩轴搅拌摩擦焊示意图
另一类为双轴肩搅拌摩擦焊(BT-FSW),双轴肩克服单轴肩搅拌摩擦焊接进行焊接操作时,必须提供支承座对工件进行严格支撑不足如图4,完美解决中空部件焊接。
通过双轴肩搅拌摩擦焊接6063材质,比单肩轴焊接效果更均匀,焊接接头搅拌区内,上、中、下各层硬度分布较为均匀,据赵运强[2]对6063搅拌摩擦焊研究:
当搅拌转头转速在400-700r/min,焊接速度在100-300mm/min的范围内,均可以获得完美、内无缺陷的优质接头,焊接接头强度达到母材87%,断裂位置位于热影响区。
图3为焊接质量取决于综合优化主要工艺参数
图4为双轴肩搅拌摩擦焊接示意图
1.1.3表面处理:
6063合金在汽车工业材上用途,主要有装饰件美观和功能性耐腐蚀,故所需要表面处理主要以阳极氧化为主,而阳极氧化中选择以硫酸阳极氧化为主,通过实践证明,最佳工艺参数为:
a、抛光处理(根据需求选择机械抛光,及高光表面电解抛光)
b、H2SO4:
140±
15g/L;
AL3+:
≤18g/L;
Fe3+:
≤3g/L;
c、温度:
20±
2℃;
d、直流电压20V;
e、时间:
AA10:
30±
5min;
若当材质Cu含量超过0.08以上,或槽液中Cu2+浓度大于0.02g/L,及Fe3+、Mn2+浓度超过极限值,都会引起黑斑。
当槽液中Zn2+浓度不小于4x10-6时,对于63合金Zn含量在0.035%型材氧化后,会出现大批量“闪烁花纹”和“雪花斑”缺陷。
当AL3+:
≥20g/L时,会导致型材表面出现点状或块状白斑,并使氧化膜的吸附性能大大降低,从而着色困难。
同时6063会出现晶间腐蚀现象[3](在6061合金表现比较明显),形成α-AlFeSi和β-AlFeSi相成都会作为阳极相,对后道氧化表面产生腐蚀及黑斑块生成,高铜含量氧化会直接造成大面积变黑及古铜色影响氧化效果如图5,对有需求后道氧化63合金Cu和Fe含量控制在0.03%和0.2%范围内。
图5为6063空调面板拉丝阳极氧化后变黑及古铜色
f、中和(出光):
如果选择采用15%(体积比浓度)HNO3或稀H2SO4与稀HNO3的混合溶液作为中和出光液,可以克服只用稀H2SO4出光时不能消除“雪花斑”缺陷。
若后道专用于染色,则选用20kg/m3NAHCO3,浸泡2-5min。
g、着色:
根据客户需求,采用不同金属盐电解槽液表2,目前普遍采用锡盐(或锡镍混合盐)电解着色工艺,使用电解电源为交流电源比较简单(10-20V),推荐工艺:
锡槽H2SO4(24±
4)g/l、SnSO4(9.5±
1.5)g/l;
PH值在3.6-4.5;
温度:
18±
2℃。
表2、为不同金属盐着色效果
简而言之电解着色质量均匀性分别与着色电压、SnSO4浓度、槽液温度、PH值及着色时间对着色颜色深度(ΔΕ1值越小则颜色深)和颜色均匀度(ΔΕ2值越小均匀性好)如下图6。
图6为着色深度和均匀性与电压、电解液浓度、温度、PH、时间关系
g、封孔:
针对6063用途选择成本、效率、操作简便封孔工艺为冷封孔工艺:
1)、镍:
1~1.3g/L,氟:
0.20-0.50g/L;
PH:
5.7~6.3,温度30~35℃;
2)、PH值:
5.5-6.5
3)、时间:
8-12min;
4)、冷封孔处理后:
60-80℃热水陈化10-15min,提高封孔质量。
相对于热封孔技术而言,热封孔技术对水质、PH、水温要求比较高,水中各种杂质原子对封孔质量有很大影响如表3,往往造就质量不稳定,造成批量报废得不偿失。
表3、为沸水封孔中各种杂质离子对封孔质量影响
1.26005合金
6005铝合金属于6系铝合金可热处理强化中等强度、良好的塑性、抗腐蚀性、焊接性及加工成型材质,力学性能介于6063和6061合金,个别成分通过调整后T6态性能超过6061。
目前大批量使用在交通轨道和汽车轻量化车体结构中如图7,比如动车车厢行李架、门机梁等,汽车车厢及挂车中空侧板。
图7为福建南平铝业使用6005合金在客车和集装箱车体上运用
1.2.1力学性能:
6005合金成分配比上注重Si含量往高比例配,Mg/Si值在0.7-1之间,Si的含量往往是过剩,致使Mg含量被完全被消耗,生成致密强化相Mg2Si,第二强化相α-AlFeSi及AlMnSi为辅,为此6005合金型材T5标准Rm远高于6063-T6,6005-T6标准Rm同6061持平甚至超越,据刘静安[4]研究四种微调成分6005合金表4,采用表中四种6005合金挤压中空型材,经175±
5℃时效,通过三个变量正交拉伸试验发现:
微调6005合金化学成分对相同挤压处理方式影响不大,影响最大还是淬火方式,即和使用淬火介质有关系,表明6005合金淬火敏感性高,对淬火快速冷却要求高,在保证力学性能前提下适当减低Mn+Cr含量,总量控制在0.3-0.4%,Mn含量控制在0.15-0.3%,Cr含量控制在0.1%以内,既保证不增加淬火敏感性,又能保证Mn+Cr起到细化晶粒。
故生产中空大截面型材,铸棒选择6005:
合金Mn+Cr含量0.2-0.4%,保证挤压出口温度在530-550℃,在优先保证尺寸时,选择强风冷,风冷强度最好达到淬后温度在≤150℃,挤压速度控制在3m/min;
在优先保证性能前提时,自然选择水雾冷来保证强度。
例如苏州海德鲁(SAPA)使用6005合金生产大中空车用电池盒如图8。
表4为6005A合金微调后几款挤压铸棒
Mn+Cr
6005A
0.68~0.73
0.59~0.65
0.16~0.21
0.06~0.10
0.15~0.20
0.00~0.02
0~0.02
0.15~0.22
1
0.66
0.59
0.18
0.095
0.1
≤0.1
0.052
0.021
0.152
2
0.69
0.64
0.16
0.2
0.15
0.35
3
0.63
0.19
0.29
0.097
0.387
4
0.73
0.65
0.11
0.31
0.014
0.46
表5为设计三个变量正交试验法研究6005A力学性能
图8
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