CN107574343B - 提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺及其生产的汽车承载部件专用铝型材 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺及其生产的汽车承载部件专用铝型材，涉及铝合金挤压工艺领域。该工艺包括将加热至470～515℃的铝合金锭依次进行挤压、固溶淬火处理、拉伸处理和时效处理；铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn0.3～0.65％、Mg1.3～1.7％、Cr0.10～0.20％、Zn4.0～4.5％、Ti0.01～0.05％、Zr0.10～0.18％，余量为Al。本发明缓解了目前的6xxx系铝合金未对铝型材疲劳性能进行考虑和控制的缺陷。本发明合金成分配比和工艺方法生产的铝合金挤压材在耐疲劳性能上效果优异。

Description

提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺及其生产 的汽车承载部件专用铝型材

技术领域

本发明涉及铝合金挤压工艺技术领域，具体而言，涉及一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺及其生产的汽车承载部件专用铝型材。

背景技术

在能源危机和经济利益的综合作用下，罐车、厢式车、洒水车等专用汽车轻量化已成为国内专用汽车厂家的重点转型方向。铝合金因密度低、耐腐蚀、可成型性优异等特点被视为汽车轻量化的首选材料，伴随先进钢铝连接技术(焊接、铆接及粘接等)的发展，铝合金在专用汽车上的占比正日益增大，现已广泛应用于防护装置、围板、尾灯架以及横梁和纵梁等承载部件。对于专用汽车承载部件，在装载和卸载以及汽车运行中的提速和刹车过程中，汽车底架会将力传递给承载部件，使其承受一定程度的疲劳载荷。因此，在使用铝材进行专用汽车承载部件轻量化替换前，必须保证铝材疲劳性能符合设计要求。

虽然国内现有多家专用汽车制造厂已成功将铝挤压材应用于汽车大梁、纵梁等承载部件，但多采用6061、6082、6A01等6xxx系铝合金，且多未对铝型材疲劳性能进行考虑和控制，相应部件的整体强度、潜在安全隐患和服役寿命可想而知。7005/7B05/A7N01S铝合金自被开发以来，已被广泛应用于轨道交通列车承载部位，其在强度、可焊性能、耐蚀性、服役寿命等方面均展现了较强的优势。

有鉴于此，特提出一种以7005/7B05/A7N01S等汽车承载部件专用铝合金为基础的疲劳性能优异的汽车承载部件专用铝型材生产工艺。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，优化了铝合金锭中各类强化相的比例，通过挤压、固溶淬火处理、拉伸处理和时效处理，能够获得耐疲劳性能优异的铝型材，通过本发明合金成分配比和工艺方法生产的铝合金挤压材，疲劳寿命可达1000万次以上。此外，本发明的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺简单，可通过普通的挤压生产设备进行批量生产。

本发明的目的之二在于提供一种所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺生产的汽车承载部件专用铝型材，该铝型材不仅强度高，而且耐疲劳性能优异，疲劳寿命长。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，包括以下步骤：

将加热至470～515℃的铝合金锭依次进行挤压、固溶淬火处理、拉伸处理和时效处理，得到汽车承载部件专用铝型材；

所述铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn 0.3～0.65％、Mg 1.3～1.7％、Cr 0.10～0.20％、Zn 4.0～4.5％、Ti 0.01～0.05％、Zr 0.10～0.18％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn 0.43～0.51％、Mg 1.33～1.67％、Cr0.12～0.18％、Zn 4.08～4.35％、Ti 0.02～0.04％、Zr 0.12～0.16％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.1％，余量为Al。

优选地，所述铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.25％、Fe≤0.16％、Cu≤0.05％、Mn 0.46～0.51％、Mg 1.33～1.65％、Cr 0.15～0.18％、Zn 4.08～4.3％、Ti0.03～0.04％、Zr 0.12～0.15％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.1％，余量为Al。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，固溶处理温度为520～540℃，优选525～535℃，进一步优选530～535℃。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，时效处理包括二阶段时效处理，第一阶段时效处理在75～85℃下保温9～12h，第二阶段时效处理在160～170℃下保温7～10h；

优选地，第一阶段时效处理在78～85℃下保温10～12h，第二阶段时效处理在162～168℃下保温8～10h；

进一步优选，第一阶段时效处理在80～85℃下保温10～12h，第二阶段时效处理在165～168℃下保温8～10h。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，挤压时挤出速度为1～5m/min，优选2～4m/min，进一步优选2～3m/min。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，拉伸处理时沿挤压材长度方向进行1～3％的拉伸。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，淬火处理方式为水冷、水雾冷或风冷；

优选地，冷却速率为180～200℃/min，优选185～198℃/min，进一步优选190～195℃/min。

优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，一种典型的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，包括以下步骤：

(a)将7005铝合金锭加热至470～515℃；

所述铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn 0.3～0.65％、Mg 1.3～1.7％、Cr 0.10～0.20％、Zn 4.0～4.5％、Ti 0.01～0.05％、Zr 0.10～0.18％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al；

(b)对模具和挤压装置的挤压容器加热；

(c)将加热后的铝合金锭加入挤压装置中进行挤压；

(d)对挤出后的挤压材进行在线固溶淬火处理；

(e)对淬火冷却后的挤压材进行拉伸处理；

(f)对拉伸后的挤压材进行时效处理，得到汽车承载部件专用铝型材；

优选地，步骤(b)中，将模具加热至450～480℃；优选地，将挤压装置的挤压容器加热至420～445℃；

优选地，步骤(c)中，挤出速度为1～5m/min；

优选地，步骤(d)中，在线固溶淬火处理具体包括：调整铝合金锭温度和挤出速度，使挤压材在挤压机出口位置温度达到520～540℃；采用水冷、水雾冷或风冷方式对挤压材冷却，冷却速率为180～200℃/min；

优选地，步骤(e)中，沿挤压材长度方向进行1～3％的拉伸；

优选地，步骤(f)中，时效处理包括二阶段时效处理，第一阶段时效处理在75～85℃下保温9～12h，第二阶段时效处理在160～170℃下保温7～10h。

一种上述提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺生产的汽车承载部件专用铝型材。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提出一种以7005/7B05/A7N01S等汽车承载部件专用铝合金为基础的铝型材生产工艺，采用优化后成分配比的铝合金锭，通过挤压、固溶淬火处理、拉伸处理和时效处理，获得的铝型材耐疲劳性能优异。通过本发明铝合金成分配比和工艺方法生产的铝合金挤压材，按照GB/T3075金属材料疲劳试验轴向力控制方法进行室温疲劳性能试验，疲劳寿命可达1000万次以上(加载方式为轴向力、正弦波，频率f＝110Hz，应力比R＝0，最大应力为170MPa)，用于汽车承载部件中，能够承受较高的疲劳载荷。

(2)本发明的铝合金成分配比优化了合金中各类强化相的比例，易于通过国内现有铝合金熔炼和铸造设备实现，采用优化成分的铝合金使最终得到的铝合金型材强度高、耐疲劳性能明显提高。

(3)本发明的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺简单，可通过普通的挤压生产设备进行批量生产。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

根据本发明的一个方面，提供了一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，包括以下步骤：

将加热至470～515℃的铝合金锭依次进行挤压、固溶淬火处理、拉伸处理和时效处理，得到汽车承载部件专用铝型材；

铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn0.3～0.65％、Mg 1.3～1.7％、Cr 0.10～0.20％、Zn 4.0～4.5％、Ti 0.01～0.05％、Zr0.10～0.18％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

本发明典型但非限制性的铝合金锭指由7005、7B05或A7N01S铝合金材料制成的锭，典型的为7005铝合金材料制成的锭。对铝合金锭成分进行优化，包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn 0.3～0.65％、Mg 1.3～1.7％、Cr 0.10～0.20％、Zn 4.0～4.5％、Ti 0.01～0.05％、Zr 0.10～0.18％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

Si成分典型但非限制性的重量百分比例如为0.18％、0.25％、0.27％或0.30％；Fe成分典型但非限制性的重量百分比例如为0.12％、0.16％、0.18％或0.20％；Cu成分典型但非限制性的重量百分比例如为0.05％、0.07％或0.10％；Mn成分典型但非限制性的重量百分比例如为0.3％、0.43％、0.46％、0.51％或0.65％；Mg成分典型但非限制性的重量百分比例如为1.3％、1.33％、1.65％、1.67％或1.7％；Cr成分典型但非限制性的重量百分比例如为0.1％、0.12％、0.15％、0.18％或0.2％；Zn成分典型但非限制性的重量百分比例如为4.0％、4.08％、4.1％、4.2％、4.3％、4.35％、4.4％或4.5％；Ti成分典型但非限制性的重量百分比例如为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％或0.05％；Zr成分典型但非限制性的重量百分比例如为0.10％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.17％或0.18％。

所述“包括”意指其除所述成分外，还可以包括其他成分，所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

需要注意的是，余量为Al，指本发明铝合金锭的成分中除去Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、Zr和其他元素之外的余量为Al，Al与Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、Zr和其他元素成分的重量百分含量之和为100％。

将铝合金锭加热至470～515℃，例如470℃、480℃、490℃、500℃、510℃或515℃，进行挤压、固溶淬火处理、拉伸处理和时效处理。

挤压指在模具的作用下利用挤压装置将铝合金锭挤压成挤压型材。

固溶处理是指将合金加热至第二相能全部或最大限度地溶入固溶体的温度，保持一段时间后，以快于第二相自固溶体中析出的速度冷却，获得过饱和固溶体的过程。

通过固溶处理保证合金元素的固溶与基体晶粒再结晶之间的协调。

淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却的过程。

拉伸处理指淬火后的铝合金挤压材沿挤压方向施加一定量的永久拉伸塑性变形，使拉伸应力与原来的淬火残余应力叠加后发生塑性变形，使残余应力得以缓和与释放。

时效处理指金属或合金工件(如低碳钢等)经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置，使其性能随时间而变化的热处理工艺。

本发明的挤压、固溶淬火处理、拉伸处理和时效处理可以采用7005、7B05或A7N01S铝合金型材的常规方式进行。

合金成分中Si元素可提高合金液态下的流动性，还可以形成少量Mg₂Si强化相，但其含量对合金最终性能影响不大，参照GB/T3190中7005合金成分要求，对其含量适当进行控制，即≤0.30％；Fe可以与Si形成AlFeSi等物相，增大挤压难度，且Fe含量过高不利于焊接性能，但鉴于熔炼过程中Fe含量的控制难度，参照GB/T3190按≤0.40％控制；Cu元素为微量元素，按照GB/T3190中要求控制即可，即≤0.10％；Mg元素是形成MgZn₂、Al₂CuMg和少量Mg₂Si强化相的主要合金元素之一，为保证合金强度，应控制在上限，即1.3～1.7％；Zn为主要强化相MgZn₂相的形成元素之一，为适当控制第二相数量，控制在下限，即4.0～4.50％；Mn、Cr、Ti及Zr元素对控制粗晶环和细化晶粒有积极作用，按照上限或GB/T3190成分要求控制，即Mn：0.3～0.65％、Cr：0.10～0.20％、Ti：0.01～0.05％及Zr：0.10～0.18％。

本发明通过对汽车承载部件专用铝合金成分配比进行优化，此成分配比的合金锭经过挤压、固溶淬火处理、拉伸处理和时效处理工艺方法生产出的铝型材耐疲劳性能好、强度高，疲劳寿命可达1000万次以上，用于汽车承载部件中，能够承受较高的疲劳载荷。

在一种优选的实施方式中，铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn 0.43～0.51％、Mg 1.33～1.67％、Cr 0.12～0.18％、Zn 4.08～4.35％、Ti 0.02～0.04％、Zr 0.12～0.16％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.1％，余量为Al。

在一种优选的实施方式中，铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.25％、Fe≤0.16％、Cu≤0.05％、Mn 0.46～0.51％、Mg 1.33～1.65％、Cr 0.15～0.18％、Zn 4.08～4.3％、Ti 0.03～0.04％、Zr 0.12～0.15％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.1％，余量为Al。

通过对铝合金的化学成分进行进一步优化，优化合金中各类强化相的比例可以充分发挥铝合金的性能，避免合金在淬火或升温时由于温差较大而产生裂纹，热处理后可以进一步提高铝合金型材的性能，特别是耐疲劳性能。

作为一种优选的实施方式，固溶处理温度为520～540℃，优选525～535℃，进一步优选530～535℃。

典型但非限制性的固溶处理温度为520℃、530℃或540℃。

固溶处理温度直接决定了溶质原子的固溶程度，影响热处理后的铝型材的性能，固溶处理温度过高或过低超出520～540℃工艺参数范围，将无法保证固溶效果，从而降低合金室温拉伸性能，最终影响铝合金型材耐疲劳性能。

优选地，固溶处理采用在线固溶热处理，具体为通过调整锭温和挤压速度，使铝材在挤压机出口可测温位置温度达到520～540℃，从而实现在线固溶热处理。

优选地，淬火处理方式为水冷、水雾冷或风冷；

优选地，冷却速率为180～200℃/min，例如180℃/min、190℃/min或200℃/min，优选185～198℃/min，进一步优选190～195℃/min。

冷却方式的选择应在保证冷却速率前提下使型材冷却变形程度最小。

优选地，淬火处理采用在线水冷淬火，在距离挤压机出口1米处开始采用长度为8米的在线水冷淬火方式，冷却速率为180～200℃/min，该冷却速率型材变形程度可通过在线拉伸矫正。

作为一种优选的实施方式，时效处理包括二阶段时效处理，第一阶段时效处理在75～85℃下保温9～12h，第二阶段时效处理在160～170℃下保温7～10h。

第一阶段时效处理典型但非限制性的处理时间例如为75℃、80℃或85℃，典型但非限制性的保温时间例如为9h、10h、11h或12h。

第二阶段时效处理典型但非限制性的处理时间为160℃、165℃或170℃，典型但非限制性的保温时间为7h、8h、9h或10h。

本发明的时效处理采用二阶段时效处理，第一阶段在较低温度75～85℃下保温9～12h，第二阶段在较高温度160～170℃下保温7～10h。通过采用双级时效，通过在75～85℃下保温9～12h的预时效处理，形成高密度GP区，在高温时效温度下GP区会优先成核再转化为过渡相，然后再在160～170℃下保温7～10h的稳定化阶段，在晶内形成均匀分布的盘状相组织，在亚晶界形成尺寸较大的过渡相组织和晶界上形成粗大稳定相组织。通过采用不同温度和不同保温时间的两阶段时效处理使最终得到的铝合金挤压材的室温疲劳寿命长，耐疲劳性能和强度、拉伸等综合性能优异。

优选地，第一阶段时效处理在78～85℃下保温10～12h，第二阶段时效处理在162～168℃下保温8～10h；

进一步优选，第一阶段时效处理在80～85℃下保温10～12h，第二阶段时效处理在165～168℃下保温8～10h。

需要注意的是，人工时效时间参数选择时，应参考型材壁厚和装炉量，型材壁厚小且装炉量小时应选择下限，型材壁厚大且装炉量大时应选择上限，否则有可能导致室温疲劳性能达不到预期效果。

在一种优选的实施方式中，挤压时挤出速度为1～5m/min，优选2～4m/min，进一步优选2～3m/min。

挤压时挤出速度典型但非限制性的例如为1m/min、2m/min、3m/min、4m/min或5m/min。

挤压速度是影响铝合金挤压过程的主要因素之一，挤压速度过大，挤压变形抗力增大，挤压温升提高，导致局部裂纹的产生，在1～5m/min的挤出速度下，所得的挤压件质量最好。

在一种优选的实施方式中，拉伸处理时沿挤压材长度方向进行1～3％的拉伸。

1～3％指挤压材被拉伸的长度占挤压材拉伸前长度的百分比为1～3％。

通过沿挤压材长度方向进行1～3％的拉伸能够使残余应力得以缓和与释放，能够进一步提升最终得到的铝型材的耐疲劳性能和综合性能。

优选地，一种典型的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，包括以下步骤：

(a)将7005铝合金锭加热至470～515℃；

铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn0.3～0.65％、Mg 1.3～1.7％、Cr 0.10～0.20％、Zn 4.0～4.5％、Ti 0.01～0.05％、Zr0.10～0.18％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al；

(b)对模具和挤压装置的挤压容器加热；优选地，挤压装置为挤压机，挤压容器为挤压筒；

(c)将加热后的铝合金锭加入挤压装置中进行挤压；

(d)对挤出后的挤压材进行在线固溶淬火处理；

(e)对淬火冷却后的挤压材进行拉伸处理；

(f)对拉伸后的挤压材进行时效处理，得到汽车承载部件专用铝型材；

优选地，步骤(b)中，将模具加热至450～480℃；优选地，将挤压装置的挤压容器加热至420～445℃；

优选地，步骤(c)中，挤出速度为1～5m/min；

优选地，步骤(d)中，在线固溶淬火处理具体包括：调整铝合金锭温度和挤出速度，使挤压材在挤压机出口位置温度达到520～540℃；采用水冷、水雾冷或风冷方式对挤压材冷却，冷却速率为180～200℃/min；

优选地，步骤(e)中，沿挤压材长度方向进行1～3％的拉伸；

优选地，步骤(f)中，时效处理包括二阶段时效处理，第一阶段时效处理在75～85℃下保温9～12h，第二阶段时效处理在160～170℃下保温7～10h。

该典型的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺通过将加热优化成分后的7005合金材料制成的锭、模具和挤压装置的挤压容器装入挤压装置进行挤压、在线固溶淬火处理、拉伸和人工时效处理后，并优选通过工艺参数的选择，得到的汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性能优异，疲劳寿命长，疲劳断裂时循环次数在1000万次以上。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种上述提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺生产的汽车承载部件专用铝型材。

通过采用本发明的铝合金成分配比和工艺方法生产的铝合金挤压材，该铝型材不仅强度高，而且耐疲劳性能优异，疲劳寿命长。按照GB/T3075金属材料疲劳试验轴向力控制方法进行室温疲劳性能试验，疲劳寿命可达1000万次以上(加载方式为轴向力、正弦波，频率f＝110Hz，应力比R＝0，最大应力为170MPa)，用于汽车承载部件中，能够承受较高的疲劳载荷。

为了进一步了解本发明，下面结合具体实施例和对比例对本发明方法和效果做进一步详细的说明。下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

其中实施例和对比例均以7005合金为例。

实施例1

生产产品为H型实心铝型材，挤压比18.76。

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，包括以下步骤：

(1)合金锭加热：7005合金挤压用合金锭加热温度为470℃，所用合金锭合金成分包括按重量百分比计的：

Si：0.27％、Fe：0.18％、Cu：0.07％、Mn：0.51％、Mg：1.67％、Cr：0.18％、Zn：4.3％、Ti：0.03％、Zr：0.15％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为450℃，挤压筒温度为420℃。

(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在2m/min进行挤压。

(4)在线固溶淬火处理：根据上述锭温和挤压速度的配合，使铝材挤压出口温度为520℃；在距离挤压机出口1米处开始采用长度为8米的在线水冷淬火方式，冷却速率为180℃/min，该冷却速率型材变形程度可通过在线拉伸矫正。

(5)拉伸：将冷却后的H型实心铝型材沿长度方向上进行1％的拉伸。

(6)人工时效：将拉伸后的H型实心铝型材在75℃范围内保温12小时进行第一阶段时效处理，紧接着在162℃范围内保温10小时进行第二阶段时效处理。

实施例2

生产产品为H型实心铝型材，挤压比32.17。

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，包括以下步骤：

(1)合金锭加热：7005合金挤压用合金锭加热温度为515℃，所用合金锭合金成分包括按重量百分比计的：

Si：0.25％、Fe：0.16％、Cu：0.05％、Mn：0.46％、Mg：1.65％、Cr：0.15％、Zn：4.35％、Ti：0.02％、Zr：0.16％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为480℃，挤压筒温度为445℃。

(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在1m/min进行挤压。

(4)在线固溶淬火处理：根据上述锭温和挤压速度的配合，使铝材挤压出口温度为540℃；在距离挤压机出口1米处开始采用长度为8米的在线水冷淬火方式，冷却速率为194℃/min，该冷却速率型材变形程度可通过在线拉伸矫正。

(5)拉伸：将冷却后的H型实心铝型材沿长度方向上进行3％的拉伸。

(6)人工时效：将拉伸后的H型实心铝型材在85℃范围内保温9小时进行第一阶段时效处理，紧接着在168℃范围内保温7小时进行第二阶段时效处理。

实施例3

生产产品为L型实心铝型材，挤压比15.34。

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，包括以下步骤：

(1)合金锭加热：7005合金挤压用合金锭加热温度为485℃，所用合金锭合金成分包括按重量百分比计的：

Si：0.27％、Fe：0.18％、Cu：0.07％、Mn：0.51％、Mg：1.67％、Cr：0.18％、Zn：4.3％、Ti：0.03％、Zr：0.15％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为470℃，挤压筒温度为436℃。

(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在4m/min进行挤压。

(4)在线固溶淬火处理：根据上述锭温和挤压速度的配合，使铝材挤压出口温度为525℃；在距离挤压机出口1米处开始采用长度为8米的在线水冷淬火方式，冷却速率为195℃/min，该冷却速率型材变形程度可通过在线拉伸矫正。

(5)拉伸：将冷却后的H型实心铝型材沿长度方向上进行2％的拉伸。

(6)人工时效：将拉伸后的H型实心铝型材在80℃范围内保温11小时进行第一阶段时效处理，紧接着在165℃范围内保温9小时进行第二阶段时效处理。

实施例4

生产产品为L型实心铝型材，挤压比29.66。

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，包括以下步骤：

(1)合金锭加热：7005合金挤压用合金锭加热温度为508℃，所用合金锭合金成分包括按重量百分比计的：

Si：0.25％、Fe：0.16％、Cu：0.05％、Mn：0.46％、Mg：1.65％、Cr：0.15％、Zn：4.35％、Ti：0.02％、Zr：0.16％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为465℃，挤压筒温度为440℃。

(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在3m/min进行挤压。

(4)在线固溶淬火处理：根据上述锭温和挤压速度的配合，使铝材挤压出口温度为535℃；在距离挤压机出口1米处开始采用长度为8米的在线水冷淬火方式，冷却速率为192℃/min，该冷却速率型材变形程度可通过在线拉伸矫正。

(5)拉伸：将冷却后的L型实心铝型材沿长度方向上进行1.8％的拉伸。

(6)人工时效：将拉伸后的L型实心铝型材在78℃范围内保温10小时进行第一阶段时效处理，紧接着在163℃范围内保温9小时进行第二阶段时效处理。

实施例5

生产产品为T型实心铝型材，挤压比17.23。

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，包括以下步骤：

(1)合金锭加热：7005合金挤压用合金锭加热温度为500℃，所用合金锭合金成分包括按重量百分比计的：

Si：≤0.18％、Fe：0.12％、Cu：0.05％、Mn：0.43％、Mg：1.33％、Cr：0.12％、Zn：4.08％、Ti：0.04％、Zr：0.12％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为460℃，挤压筒温度为435℃。

(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在5m/min进行挤压。

(4)在线固溶淬火处理：根据上述锭温和挤压速度的配合，使铝材挤压出口温度为530℃；在距离挤压机出口1米处开始采用长度为8米的在线水冷淬火方式，冷却速率为190℃/min，该冷却速率型材变形程度可通过在线拉伸矫正。

(5)拉伸：将冷却后的T型实心铝型材沿长度方向上进行2.1％的拉伸。

(6)人工时效：将拉伸后的T型实心铝型材在82℃范围内保温10.5小时进行第一阶段时效处理，紧接着在166℃范围内保温9.5小时进行第二阶段时效处理。

实施例6

生产产品为T型实心铝型材，挤压比30.51。

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，包括以下步骤：

(1)合金锭加热：7005合金挤压用合金锭加热温度为510℃，所用合金锭合金成分包括按重量百分比计的：

Si：≤0.18％、Fe：0.12％、Cu：0.05％、Mn：0.43％、Mg：1.33％、Cr：0.12％、Zn：4.08％、Ti：0.04％、Zr：0.12％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为468℃，挤压筒温度为445℃。

(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在3.5m/min进行挤压。

(4)在线固溶淬火处理：根据上述锭温和挤压速度的配合，使铝材挤压出口温度为532℃；在距离挤压机出口1米处开始采用长度为8米的在线水冷淬火方式，冷却速率为185℃/min，该冷却速率型材变形程度可通过在线拉伸矫正。

(5)拉伸：将冷却后的T型实心铝型材沿长度方向上进行2.5％的拉伸。

(6)人工时效：将拉伸后的T型实心铝型材在80℃范围内保温9.5小时进行第一阶段时效处理，紧接着在165℃范围内保温7.5小时进行第二阶段时效处理。

对比例1

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其中步骤(1)中所用合金锭合金成分包括按重量百分比计的：

Si：0.27％、Fe：0.18％、Cu：0.07％、Mn：0.51％、Mg：1％、Cr：0.18％、Zn：4.3％、Ti：0.03％、Zr：0.15％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

其余工艺条件与实施例1相同。

对比例2

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其中步骤(1)中所用合金锭合金成分包括按重量百分比计的：

Si：0.27％、Fe：0.18％、Cu：0.07％、Mn：0.51％、Mg：1％、Cr：0.18％、Zn：5％、Ti：0.03％、Zr：0.15％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

其余工艺条件与实施例1相同。

对比例3

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其中步骤(1)中所用合金锭合金成分包括按重量百分比计的：

Si：0.27％、Fe：0.18％、Cu：0.07％、Mn：0.2％、Mg：1％、Cr：0.05％、Zn：4.3％、Ti：0.005％、Zr：0.005％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。

其余工艺条件与实施例1相同。

对比例4

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其中步骤(1)中合金锭加热温度为530℃，合金成分和其余工艺条件与实施例2相同。

对比例5

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其中步骤(1)中合金锭加热温度为450℃，合金成分和其余工艺条件与实施例3相同。

对比例6

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其中步骤(4)中铝材挤压出口温度为550℃，合金成分和其余工艺条件与实施例4相同。

对比例7

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其中步骤(4)中铝材挤压出口温度为500℃，合金成分和其余工艺条件与实施例5相同。

对比例8

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其中步骤(6)人工时效为将拉伸后的T型实心铝型材在165℃范围内保温7.5小时进行时效处理。合金成分和其余工艺条件与实施例6相同。

对比例9

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其中步骤(6)人工时效为将拉伸后的T型实心铝型材在80℃范围内保温6小时进行第一阶段时效处理，紧接着在165℃范围内保温5小时进行第二阶段时效处理。合金成分和其余工艺条件与实施例6相同。

对比例10

一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其中步骤(6)人工时效为将拉伸后的T型实心铝型材在90℃范围内保温9.5小时进行第一阶段时效处理，紧接着在175℃范围内保温7.5小时进行第二阶段时效处理。合金成分和其余工艺条件与实施例6相同。

对以上实施例和对比例所得成品取样进行室温疲劳性能试验。

试验方法参照GB/T3075金属材料疲劳试验轴向力控制方法进行，加载方式为轴向力、正弦波，频率f＝110Hz，应力比R＝0，最大应力为170MPa。相关试验结果见表1。

表1各实施例和对比例取样的室温疲劳性能结果

由表1可以看出，经本发明合金成分配比和工艺方法生产的7005合金T5态挤压材不仅强度高，而且耐疲劳性能优异，疲劳寿命长，室温疲劳试验中循环次数均在1000万次以上(试验条件：加载方式为轴向力、正弦波，频率f＝110Hz，应力比R＝0，最大应力为170MPa)。

对比例1与实施例1相比，对比例1所用合金锭的合金成分中Mg元素的重量百分比较实施例1所用的合金锭的合金成分中Mg元素的重量百分比小，其余工艺条件相同，结果发现，对比例1得到的挤压材疲劳试验中循环次数比实施例1有所降低，耐疲劳性能有所下降，这是由于，Mg元素是形成MgZn₂、Al₂CuMg和少量Mg₂Si强化相的主要合金元素，Mg元素含量过低，合金强度下降，不能充分发挥合金性能，影响挤压热处理后的挤压材的性能，特别是耐疲劳性能。

对比例2与实施例1相比，对比例2所用合金锭的合金成分中Zn元素的重量百分比较实施例1所用的合金锭的合金成分中Zn元素的重量百分比高，其余工艺条件相同，结果发现，对比例2得到的挤压材疲劳试验中循环次数比实施例1有所降低，耐疲劳性能有所下降，这是由于，Zn元素为主要强化相MgZn₂的形成元素，要适当控制第二相数量，Zn元素含量不宜过高，Zn元素含量过高，也会影响挤压热处理后的挤压材的耐疲劳性能。

对比例3与实施例1相比，对比例3所用合金锭的合金成分中Mn、Cr、Ti和Zr元素含量与本发明中Mn、Cr、Ti和Zr元素含量不同，Mn、Cr、Ti和Zr元素含量均过少，其余工艺条件相同，结果发现，对比例3得到的挤压材疲劳试验中循环次数比实施例1有所降低，耐疲劳性能有所下降，这是由于，Mn、Cr、Ti及Zr元素对控制粗晶环和细化晶粒有积极作用，保证一定含量的Mn、Cr、Ti及Zr元素合金性能较好，最终通过挤压热处理后的挤压材的耐疲劳性能和综合性能较好。

对比例4与实施例2相比，步骤(1)中合金锭加热温度较高，对比例5与实施例3相比，步骤(1)中合金锭加热温度较低，得到的挤压材的耐疲劳性能有小幅下降，这是由于合金锭加热温度会影响最终挤压材的耐疲劳性能，合金锭加热温度在470～515℃范围内才能保证最终挤压材具有更长的循环次数和使用寿命。

对比例6与实施例4相比，步骤(4)中铝材挤压出口温度为550℃，即固溶温度高于520～540℃的固溶温度的上限值，对比例7与实施例5相比，固溶温度低于520～540℃的固溶温度的下限值，得到的挤压材的耐疲劳性能有所下降，这是由于固溶温度对最终挤压材的耐疲劳性能具有重要影响，固溶温度在520～540℃范围内得到挤压材具有更长的循环次数和使用寿命。

对比例8与实施例6相比，步骤(6)人工时效采用单阶段人工时效，在165℃范围内保温7.5小时，对比例9与实施例6相比，二阶段人工时效的保温时间短，对比例10与实施例6相比，二阶段人工时效的保温温度高，得到的挤压材的耐疲劳性能有所下降，这是由于人工时效是强化相析出过程，采用先75～85℃下保温9～12h，再160～170℃下保温7～10h的二阶段人工时效能够显著提升挤压材的耐疲劳性能，保温温度和保温时间直接决定了析出强化相的类型、数量、尺寸，从而影响7005合金挤压材的耐疲劳性能，超出75～85℃保温9～12h以及160～170℃保温7～10h的人工时效参数范围，挤压材的耐疲劳性能不能达到最佳水平。

综上可以看出，通过对7005铝合金成分配比进行优化，以此成分配比的合金锭经过挤压、固溶淬火处理、拉伸处理和时效处理工艺方法生产出的挤压材耐疲劳性能好、强度高，可用于汽车承载部件中，能够承受较高的疲劳载荷。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (13)

1.一种提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

将加热至470～515℃的铝合金锭依次进行挤压、固溶淬火处理、拉伸处理和时效处理，得到汽车承载部件专用铝型材；

所述铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn0.3～0.65％、Mg 1.3～1.7％、Cr 0.10～0.20％、Zn 4.0～4.5％、Ti 0.01～0.05％、Zr0.10～0.18％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al；

固溶处理温度为520～540℃；

时效处理包括二阶段时效处理，第一阶段时效处理在75～85℃下保温9～12h，第二阶段时效处理在160～170℃下保温7～10h；

挤压时挤出速度为1～5m/min；

拉伸处理时沿挤压材长度方向进行1～3％的拉伸；

淬火处理方式为水冷、水雾冷或风冷；冷却速率为180～200℃/min。

2.按照权利要求1所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，所述铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn0.43～0.51％、Mg 1.33～1.67％、Cr 0.12～0.18％、Zn 4.08～4.35％、Ti 0.02～0.04％、Zr 0.12～0.16％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.1％，余量为Al。

3.按照权利要求1所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，所述铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.25％、Fe≤0.16％、Cu≤0.05％、Mn0.46～0.51％、Mg 1.33～1.65％、Cr 0.15～0.18％、Zn 4.08～4.3％、Ti 0.03～0.04％、Zr 0.12～0.15％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.1％，余量为Al。

4.按照权利要求1-3任一项所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，固溶处理温度为525～535℃。

5.按照权利要求4所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，固溶处理温度为530～535℃。

6.按照权利要求1-3任一项所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，第一阶段时效处理在78～85℃下保温10～12h，第二阶段时效处理在162～168℃下保温8～10h。

7.按照权利要求6所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，第一阶段时效处理在80～85℃下保温10～12h，第二阶段时效处理在165～168℃下保温8～10h。

8.按照权利要求1-3任一项所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，挤压时挤出速度为2～4m/min。

9.按照权利要求8所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，挤压时挤出速度为2～3m/min。

10.按照权利要求1-3任一项所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，冷却速率为185～198℃/min。

11.按照权利要求10所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，冷却速率为190～195℃/min。

12.按照权利要求1所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(a)将7005铝合金锭加热至470～515℃；

所述铝合金锭包括重量百分比的如下成分：Si≤0.30％、Fe≤0.20％、Cu≤0.10％、Mn0.3～0.65％、Mg 1.3～1.7％、Cr 0.10～0.20％、Zn 4.0～4.5％、Ti 0.01～0.05％、Zr0.10～0.18％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al；

(b)对模具和挤压装置的挤压容器加热；

(c)将加热后的铝合金锭加入挤压装置中进行挤压；

(d)对挤出后的挤压材进行在线固溶淬火处理；

(e)对淬火冷却后的挤压材进行拉伸处理；

(f)对拉伸后的挤压材进行时效处理，得到汽车承载部件专用铝型材；

步骤(b)中，将模具加热至450～480℃；将挤压装置的挤压容器加热至420～445℃；

步骤(c)中，挤出速度为1～5m/min；

步骤(d)中，在线固溶淬火处理具体包括：调整铝合金锭温度和挤出速度，使挤压材在挤压机出口位置温度达到520～540℃；采用水冷、水雾冷或风冷方式对挤压材冷却，冷却速率为180～200℃/min；

步骤(e)中，沿挤压材长度方向进行1～3％的拉伸；

步骤(f)中，时效处理包括二阶段时效处理，第一阶段时效处理在75～85℃下保温9～12h，第二阶段时效处理在160～170℃下保温7～10h。

13.一种权利要求1-12任一项所述的提高汽车承载部件专用铝型材耐疲劳性的生产工艺生产的汽车承载部件专用铝型材。