一种铝合金的半挂车鞍体座的制备方法

技术领域

本发明汽车零部件加工领域，特别是涉及一种铝合金半挂车鞍体座及其制备方法。

技术背景

半挂车鞍体座也称作半挂车鞍式牵引座、半挂车牵引鞍座，作为半挂车中重要的配件，其质量将会直接影响半挂车的安全。对于半挂车鞍体座的制造材料方面，目前全球都在向着轻量化、安全性、环保性这三个趋势发展。铝合金由于具有重量轻、强度大、精度高、导热性好等许多优点，已被广泛应用于汽车零部件领域。

现有的大部分半挂车鞍体座制造企业都是采用钢件板材折弯焊接工艺来生产鞍体座的，但现有技术中采用的焊接技术，存在应力，影响鞍体座的使用寿命，钢材密度大，也不利于轻量化及节能减排。

发明内容

基于以上问题，本发明旨在提供适用于半挂车鞍体座的铝合金材料，并基于该铝合金材料，提供一种制备铝合金半挂车鞍体座的方法。本发明的铝合金半挂车鞍体座的表面形成钝化膜，提高了其耐腐蚀性，又因其材料特性，避免了鞍体座的磨损、磕碰、剐蹭导致保护层破裂。制备的铝合金半挂车鞍体座既能实现汽车零部件的轻量化，同时满足耐腐蚀、耐高温、消除内应力，增强机械强度，避免鞍体座的磨损、破裂，延长使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于半挂车鞍体座的6061铝合金材料，使用现有锻造铝合金材质(6061)，所述鞍体座外表面通过钝化处理，使产品表面产生一层保护膜而成。所述的铝合金材料按质量百分比，包括以下合金元素：Cu:0.15～0.40,Fe:0～0.70,Mg:0.80～1.20,Si:0.4～0.8,Mn:0～0.15,Cr:0.04～0.35,Zn:0～0.25,Ti:0～0.15,余量为Al及不可避免的杂质元素。

优选地，铝合金材料按质量百分比计，包括以下合金元素：

Cu:0～0.20,Fe:0～0.50,Mg:1.00～1.20,Si:0.4～0.8,Mn:0～0.15,Cr:0.20～0.35,Zn:0～0.25,Ti:0～0.15,余量为Al。

进一步的，优选该半挂车鞍体座的6061铝合金材料包括：

Cu:0.0229,Fe:0.1028,Mg:1.1186,Si:0.6717,Mn:0.1048,Cr:0.2510,Zn:0.0061,Ti:0.0171,余量为Al。

本发明还提供了一种基于6061铝合金材料锻件的铝合金半挂车鞍体座的制备方法，本发明的制备方法包括，模具预热、棒料锯切、棒料加热、锻造得鞍体座半成品、喷砂处理、热处理、机加工、表面钝化处理。

进一步地，表面钝化处理是，将工件表面清洗脱脂，让基体金属充分裸露出来，去除表面氧化膜并使其表面钝化以增强鞍体座的耐腐蚀性。

进一步地，喷砂处理为通过0.5mm的不锈钢钢丸去除表面脱模剂及氧化皮。

进一步地，热处理过程包括固溶处理、淬火、时效处理。具体为固溶温度为535～545℃，固溶时间为3h；淬火温度为65～75℃，保持时间为2-3min，时效温度为175～185℃，时效时间为6h。

一个较为具体的6061铝合金半挂车鞍体座的制备方法，具体包括：

步骤一、模具预热：将模具在483～497℃的模具炉中预热6h以上；

步骤二、棒料锯切：将棒料截成重量为55～56Kg的短棒；产品切面垂直度小于1°；产品重量误差±0.5Kg。

步骤三、棒料加热：将步骤二锯切的棒料在545～555℃的加热炉中预热185～240min；

步骤四、棒料锻造：使用6000T压力锻造机的棒料正反面进行预锻，锻成饼状，最后通过8000T压力锻造机将鞍体座造型锻造成形，得鞍体座半成品；

步骤五、喷砂处理：通过0.5mm的不锈钢钢丸去除鞍体座半成品表面脱模剂及氧化皮；

步骤六、热处理：将喷砂处理后的鞍体座半成品进行固溶处理，固溶温度为535～545℃，固溶时间为3h，之后在淬火温度为65～75℃，保持时间2～3min，淬火后时效处理，时效温度为175～185℃，时效时间为6h；

步骤七、机加工：对鞍体座底平面进行铣平，随后对其侧面造型及正面孔位进行加工；

步骤八、表面钝化处理：对机加工成品先进行清洗脱脂钝化处理，将工件表面清除干净让基体金属充分裸露出来，去除表面氧化膜并使其表面钝化以增强鞍体座的耐腐蚀性。

进一步地，表面钝化处理的具体实施如下：用自来水洗去除工件表面铝屑、灰尘，喷压设定1.0-1.5kg/cm

本发明铝合金组分设计原理：

一般来说镁可以改变合金的硬度在热处理中主要起固溶强化和时效硬化的作用，钛影响铝合金的细化，铬一方面能消除铁的一部分有害作用，另一方面又形成复杂耐热相从而提高它的高温性能，成分控制对产品的强度和材料性能至关重要。

与现有技术相比,本发明具有以下优点:

使用6061铝合金材质，优化内部金属元素配比，充分考虑了：

1、Mg对形成Mg2Si(是热处理时效处理后形成的主要强化相)硬质点金相结构必不可少的。

2、Ti，有效的晶粒细化元素，使组织的晶粒细化，提高机械性能。

3、Cr，一方面能消除Fe的一部分有害作用，另一方面又形成复杂耐热相从而提高它的高温性能。

4、在材质的筛选和配伍组合基础上，本发明采用钝化处理，使表面形成保护膜，实现对铝合金防护的目的，大大提高了鞍体座的耐腐蚀性和耐高温性。通过一系列的热处理工艺使铝合金内部应力消失，达到了分子间的熔融一体。

5、本申请的一种铝合金半挂车鞍体座，发挥了铝合金密度小，同体积下与钢件相比更轻，达到轻量化以及降低能耗的目的。同时采用锻造、热处理等关键步骤，旨在形成分子间熔融一体，避免了焊接导致的内应力，同时各种金属组分的配比与加工工艺的结合，实现了耐高温、耐腐蚀、高机械强度、消除内应力。热处理和表面钝化处理增加了产品耐磕碰耐剐蹭性能，增加使用寿命。

具体实施方式

下面将通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些描述并不是对本发明内容作进一步的限定。本领域的技术人员应理解，对本发明的技术特征所作的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。

下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得，下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。

本发明中使用的强碱性脱脂剂(PST-212)和酸洗液(PT-2)均购自北京新创日诚科技有限公司，为市售原料。

制备铝合金材料制备半挂车鞍体座，选择6061铝合金，按质量百分比计，各元素组成为：

Cu:0～0.20,Fe:0～0.50,Mg:1.00～1.20,Si:0.4～0.8,Mn:0～0.15,Cr:0.20～0.35,Zn:0～0.25,Ti:0～0.15,余量为Al。各元素组成在上述范围即可达到标准要求。列举以下优选实施例。

实施例1：

选择6061铝合金材料，按质量百分比计，组成为：

Cu:0.0229,Fe:0.1028,Mg:1.1186,Si:0.6717,Mn:0.1048,Cr:0.2510,Zn:0.0061,Ti:0.0171,余量为Al。

采用上述的铝合金材料制备半挂车鞍体座的方法包括：

步骤一、模具预热：将模具在483～497℃的模具炉中预热6h以上；

步骤二、棒料锯切：将6061棒料截成重量为55～56Kg的短棒；

步骤三、棒料加热：将步骤二锯切的棒料在545～555℃的加热炉中预热185～240min；该步骤通过棒料加热，应保证坯料温度在480～525℃范围内，以保证锻造过程稳定生产，使得坯料晶粒细化，得到外观及性能合格产品。

步骤四、棒料锻造：使用6000T压力锻造机的棒料正反面进行预锻，锻成饼状，最后通过8000T压力锻造机将鞍体座造型锻造成形，得鞍体座半成品；该步骤模具温度控制在390～440℃，使得保证可得到温度范围内的坯料，保证产品质量，若温度低，易造成晶粒粗大，性能降低。

步骤五、喷砂处理：通过0.5mm的不锈钢钢丸去除鞍体座半成品表面脱模剂及氧化皮；

步骤六、热处理：将喷砂处理后的鞍体座半成品进行固溶处理，固溶温度为535～545℃，固溶时间为3h，之后在淬火温度为65～75℃，保持时间2～3min，淬火后时效处理，时效温度为175～185℃，时效时间为6h；该步骤通过热处理工艺，消除6061铝合金锻件内部应力，可以使锻件内部晶粒细化，进一步提高铝合金鞍体座的强度。

步骤七、机加工：对鞍体座底平面进行铣平，随后对其侧面造型及正面孔位进行加工；

步骤八、表面钝化处理：对机加工成品先进行清洗脱脂钝化处理，将工件表面清除干净让基体金属充分裸露出来，去除表面氧化膜并使其表面钝化以增强鞍体座的耐腐蚀性。

进一步地，步骤八表面钝化处理具体为：用自来水洗去除工件表面铝屑、灰尘，喷压设定1.0-1.5kg/cm

根据铝合金鞍体座的模具结构和制造成型原理，通过设置锻造工艺参数，进一步保证金属可按照工艺要求完全充满模具型腔，并利用这些工艺参数和模具本身预热的温度、模具结构以及型腔的脱模剂控制，使得铝合金的温度变化更加可控，进而使得铝合金鞍体座生产出来后的质量也可控，有助于提高鞍体座的成品率。

实施例2：

选择6061铝合金材料，按质量百分比计，组成为：

Cu:0.0224,Fe:0.0928,Mg:1.1045,Si:0.6795,Mn:0.0983,Cr:0.2427,Zn:0.0053,Ti:0.0117,余量为Al。

采用上述的铝合金材料制备半挂车鞍体座的方法同实施例1。

实施例3：

选择6061铝合金材料，按质量百分比计，组成为：

Cu:0.0206,Fe:0.1014,Mg:1.1166,Si:0.6657,Mn:0.0936,Cr:0.2315,Zn:0.0063,Ti:0.0117,余量为Al。

采用上述的铝合金材料制备半挂车鞍体座的方法同实施例1。

实施例4：

下面考察上述铝合金鞍体座性能达到的效果：

1、考察不同热处理过程的性能差异：

对比实施例1：

制备过程中其他过程与上述实施例1保持一致，不同的是不进行步骤六的热处理过程。

对比实施例2：

制备过程中其他过程与上述实施例1保持一致，不同的是步骤六的热处理过程仅包括时效过程，时效温度180±5℃，时间6h。

对实施例1-3和对比实施例1-2制备的铝合金半挂车鞍体座性能进行分析，采用国标方法测定，结果如表1。

表1铝合金性能关系

从表1可知，热处理工艺可使6061锻件性能得到有效提升，合理的热处理工艺可满足锻件使用要求。所述步骤六中固溶处理加时效处理工艺参数限定的范围，加工后保证铝合金鞍体座的性能：抗拉≥330，屈服≥300，延伸率≥10，即可以得到强度满足使用要求的参数范围。

2、考察不同表面钝化处理过程的性能差异：

实施例1中步骤八表面钝化处理过程具体为：用自来水水洗去除工件表面铝屑、灰尘，喷压设定1.0-1.5kg/cm

上述实施例1中表面钝化处理过程流程为自来水洗+碱洗+自来水洗+酸洗+纯水洗。

对比实施例3：制备过程中其他工序、工艺条件与上述实施例1保持一致，不同的是步骤八表面钝化处理过程为：用自来水水洗去除工件表面铝屑、灰尘，喷压设定1.0-1.5kg/cm

对比实施例3中表面钝化处理过程流程为自来水洗+碱洗+自来水洗+纯水洗。

对实施例1-3和对比实施例3的制备的铝合金半挂车鞍体座进行防腐蚀性能分析。将制备的铝合金半挂车鞍体座产品放置于常温大气环境下4周，目测外观，结果如表2。

表2表面钝化处理清洗与防腐关系

从表2可以看出，改变表面钝化处理工艺后，对比实施例3仅去除表面灰尘、油污，表面易收到腐蚀，通过酸洗后在产品表面产生一层钝化膜，使表面形成保护膜，实现对铝合金防护的目的，大大提高了鞍体座的耐腐蚀性。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。