汽車(chē)焊接夾具合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車(chē)的裝焊車(chē)間夾具技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種汽車(chē)焊接夾具合金材料及 其制備方法，在降低夾具整體重量的同時(shí)利用一種新型的制備方法保證夾具的強(qiáng)度及其耐 磨性，實(shí)現(xiàn)夾具的輕量化。
【背景技術(shù)】
[0002] 在機(jī)動(dòng)車(chē)組裝生產(chǎn)廠的生產(chǎn)線上，裝焊車(chē)間屬于必須的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。焊接的夾具一 般要求具有良好的耐磨性、強(qiáng)度高、體積穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。目前的汽車(chē)焊接夾具的材料基本 為Q235鋼及45號(hào)鋼，由于其自身重量過(guò)重，大型夾具運(yùn)輸過(guò)程中浪費(fèi)了許多人力物力，手 持夾具不方便工人操作，造成零件焊接困難，對(duì)零件的尺寸以及白車(chē)身的匹配有較大的影 響；同時(shí)由于這種不便于運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)導(dǎo)致廠房的布置以及零件的加工受到種種限制，增加 了額外的成本。同時(shí)由于額外的重量增加了夾具運(yùn)輸時(shí)的油耗，也不符合當(dāng)今社會(huì)低碳環(huán) 保的主題。而且，鋼的熱膨脹系數(shù)相對(duì)較大，溫度變化劇烈時(shí)，使用Q235鋼或45號(hào)鋼制作 的夾具的尺寸有一定的改變。目前，有許多整車(chē)廠所處的地理位置季節(jié)溫度差較大，夾具尺 寸的改變?cè)斐闪税总?chē)身尺寸的波動(dòng)，為整車(chē)質(zhì)量的控制帶來(lái)了較大的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種在保證夾具的強(qiáng)度及耐磨性的前提下，降低夾具重量， 便于夾具的運(yùn)輸及轉(zhuǎn)移，保證夾具的尺寸穩(wěn)定性的汽車(chē)焊接夾具合金材料及其制備方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案： 一種汽車(chē)焊接夾具合金材料，其特征在于：所述的焊接夾具合金材料成分為Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金。
[0005] 本發(fā)明具體地說(shuō)：合金中的成分按重量百分比：Si為18%;Cu為3. 5%;Mg為0. 5% ; Cr為0. 5%;Mo為0. 5% ;雜質(zhì)總和彡0. 5% ;余量為Al。
[0006] 本發(fā)明還包括一種汽車(chē)焊接夾具合金材料的制備方法，其特征在于：先將純鋁及 鋁硅中間合金放入坩堝中，在熔煉爐中熔化后，加入純鎂、鋁銅中間合金、鋁鉻中間合金及 鋁鉬中間合金進(jìn)行熔煉，金屬的熔煉溫度為710~720°C，熔煉時(shí)間為融清；熔煉時(shí)同時(shí)加入 精煉劑為C2Cl6，加入量為金屬液總質(zhì)量的0. 5%，以粉末形式壓入金屬液并攪拌；金屬液的 成分按重量百分比為：硅為18% ;Cu為3. 5%;Mg為0. 5% ;Cr為0. 5%;Mo為0. 5%，雜質(zhì)總和 彡0. 5% ;余量為鋁；然后對(duì)金屬液進(jìn)行精煉，保溫10~15min后扒渣、再保溫IOmin后澆入預(yù) 熱溫度為200~300°C的金屬模具中制成坯錠； 熱擠壓加工工藝：將預(yù)熱時(shí)間2h、預(yù)熱溫度為400~450°C的坯錠放入預(yù)熱好的送 料膛中，然后利用擠壓機(jī)將坯錠擠壓到溫度為450-500°C的金屬模具型腔當(dāng)中，金屬 模具預(yù)熱時(shí)間2h，擠壓頭行進(jìn)的應(yīng)變速率為0.Is\擠壓比為20MPa~120MPa，制備成 Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金坯錠。
[0007] 本發(fā)明還包括擠壓所采用的潤(rùn)滑劑為礦物油。
[0008] 本發(fā)明還包括在金屬模具上涂有脫模涂料。
[0009] 在720°C熔煉純鋁及Al-26Si中間合金，融清后加入A1-50CU、Al-10Cr、Al-IOMo 和純Mg。
[0010] 本發(fā)明的過(guò)共晶Al-18Si-3. 5CU-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金質(zhì)輕、具有良好的耐磨 性、低熱膨脹系數(shù)以及更好的體積穩(wěn)定性，這幾項(xiàng)過(guò)共晶鋁硅合金的優(yōu)點(diǎn)均滿(mǎn)足夾具所需 特點(diǎn)。鋁合金質(zhì)輕，使用鋁合金制作的手持夾具便于工人操作及運(yùn)輸，大幅度的節(jié)約了人力 物力，降低了生產(chǎn)的成本及周期，提高了勞動(dòng)的效率；其次，過(guò)共晶鋁硅合金具有優(yōu)良的體 積穩(wěn)定性，保證了夾具在北方地區(qū)低溫時(shí)的尺寸穩(wěn)定性，避免了由于低溫導(dǎo)致夾具尺寸改 變，造成公差累計(jì)，白車(chē)身匹配不穩(wěn)定的問(wèn)題。但是過(guò)共晶鋁硅合金由于硅含量較高，使得 合金的組織中出現(xiàn)了粗大塊狀的初生硅相以及板條狀的共晶硅相，大塊硬質(zhì)相的尖角造成 了應(yīng)力集中，使得合金的強(qiáng)度降低，并且削弱了合金的加工性能。因此，添加了Cu、Mg、Cr和 Mo等微量元素，改善了合金的組織，增加了合金的強(qiáng)度，同時(shí)選擇了熱擠壓加工工藝，使得 合金中大塊的初生硅相變得細(xì)小，改善組織的形貌，增加了合金的強(qiáng)度，提高了合金的加工 性能，并進(jìn)一步增加了合金的耐磨性。
[0011] 通過(guò)本發(fā)明所述技術(shù)方案的實(shí)施，方法簡(jiǎn)單，便于控制，可以保證新型夾具材料的 強(qiáng)度及耐磨性，降低夾具的重量，提高夾具的尺寸穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0013] 圖1為本發(fā)明熱擠壓結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明過(guò)共晶Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金熱加工圖； 圖3為本發(fā)明過(guò)共晶Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金坯料顯微組織示意圖； 圖4為本發(fā)明過(guò)共晶Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金熱擠壓后顯微組織示意 圖； 圖5為本發(fā)明的工藝成形過(guò)程示意圖。
[0014] 附圖符號(hào)說(shuō)明：1.擠壓頭，2.坯料，3.送料膛，4.模具。
[0015] 下面將結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但下述實(shí)例僅僅是本發(fā) 明的例子而已，并不代表本發(fā)明所限定的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍以權(quán)利要 求書(shū)為準(zhǔn)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017] 本發(fā)明采用Al-18Si-3. 5CU-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金作為夾具的合金材料，該合 金材料的制備方法是先采用重力鑄造制成所需的Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合 金坯錠，將純鋁及鋁硅中間合金放入坩堝中，在熔煉爐中熔化后，加入純鎂、鋁銅中間合金、 鋁鉻中間合金及鋁鉬中間合金進(jìn)行熔煉，金屬的熔煉溫度為710~720°C，熔煉時(shí)間為融清； 熔煉時(shí)同時(shí)加入精煉劑為C2Cl6，加入量為金屬液總質(zhì)量的0. 5%，以粉末形式壓入金屬液并 攪拌；金屬液的成分按重量百分比為：硅為18% ;Cu為3. 5% ;Mg為0. 5% ;Cr為0. 5% ;Mo為 0. 5%，雜質(zhì)總和彡0. 5% ;余量為鋁；然后對(duì)金屬液進(jìn)行精煉，保溫10~15min后扒渣、再保溫 IOmin后澆入預(yù)熱溫度為200~300°C的金屬模具中制成坯錠； 熱擠壓加工工藝：將預(yù)熱時(shí)間2h、預(yù)熱溫度為400~450°C的坯錠放入預(yù)熱好的送料膛 中，然后利用擠壓機(jī)將坯錠擠壓到溫度為450-500°C的金屬模具型腔當(dāng)中，金屬模具預(yù)熱時(shí) 間2h，擠壓頭行進(jìn)的應(yīng)變速率為0.1 s\擠壓比為20MPa~120MPa，潤(rùn)滑劑采用礦物油，，制備 成Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金坯錠。
[0018] 為保證金屬液的融化，并且降低其他元素氧化量，液態(tài)金屬的澆注溫度為 710~720°C;為了防止模具鋼回火，模具溫度為200~300°C;金屬模具直徑為?130mm，金屬 模具上還涂有脫模涂料；高度為80mm。
[0019] 在金屬模具中取出合金坯錠，車(chē)削掉坯錠外層氧化皮，然后在保溫爐中保溫一段 時(shí)間，使得其組織在設(shè)定溫度下達(dá)到穩(wěn)定，此時(shí)金屬塑性良好，變形抗力低，使得隨后的擠 壓熱擠壓力大幅度降低，也使模具的單位載荷減小，同時(shí)也將模具及送料膛同時(shí)預(yù)熱，避免 坯料擠壓過(guò)程中溫度急劇降低，影響擠壓效果。相關(guān)工藝參數(shù)：坯料預(yù)熱溫度400~450°C， 送料膛及模具預(yù)熱溫度450°C，保溫時(shí)間2h。
[0020] 圖1為熱擠壓結(jié)構(gòu)示意圖，坯料預(yù)熱好后用擠壓頭1將坯料2擠入送料膛3,然后 通過(guò)模具4將坯料通過(guò)大擠壓比變形得到最終夾具材料。在此過(guò)程中，由于變形程度較大， 合金組織改善較多，經(jīng)過(guò)回復(fù)再結(jié)晶后，組織更加圓整，進(jìn)而提升合金強(qiáng)度。相關(guān)工藝參數(shù)： 坯錠的直徑為? 128_，高度為80_，擠壓比120MPa，擠壓頭擠壓應(yīng)變速率0.Is\擠壓過(guò)程 采用潤(rùn)滑劑為礦物油。本發(fā)明的整體工藝過(guò)程如圖5所示。
[0021] 以下僅以新材料合金熱擠壓成型工藝說(shuō)明問(wèn)題。
[0022] 熱擠壓的工藝參數(shù)是有合金的熱壓縮實(shí)驗(yàn)得到的，圖2為該材料的合金熱加工 圖，圖2中的陰影區(qū)域?yàn)榧庸なХ€(wěn)的區(qū)域，等值線上的數(shù)值越高越適合熱加工。由圖可 知，該合金在高變形溫度，中應(yīng)變速率時(shí)合金的熱加工性能較高。但是由于變形溫度為 450~500°C時(shí)，加工圖大部分被失穩(wěn)區(qū)域覆蓋，所以通過(guò)熱加工圖的分析，可以知道該合金 在溫度為400~450°C，應(yīng)變速率為0.Is1時(shí)進(jìn)行熱擠、熱乳、熱鍛等熱變形工藝是比較合理 的。
[0023] 圖3和圖4為熱擠壓工藝前后合金顯微組織的照片，可以明顯的看出初生硅在合 金動(dòng)態(tài)回復(fù)再結(jié)晶的作用下數(shù)量減少，形貌改善；共晶硅也由明顯的版條狀變?yōu)榱?，削?了尖角應(yīng)力集中的情況，同時(shí)在大擠壓比的作用下，合金組織中的縮松、縮孔等缺陷也被焊 合，大幅提高合金的強(qiáng)度。新材料與Q235鋼的力學(xué)性能及熱膨脹系數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。
[0024] 表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種汽車(chē)焊接夾具合金材料，其特征在于：所述的焊接夾具合金材料成分為 Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo 合金。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車(chē)焊接夾具合金材料，其特征在于：合金中的成分按重量 百分比：Si為18% ;Cu為3. 5% ;Mg為0. 5% ;Cr為0. 5% ;Mo為0. 5% ;雜質(zhì)總和彡0. 5% ;余量 為AL3. -種汽車(chē)焊接夾具合金材料的制備方法，其特征在于：先將純鋁及鋁硅中間合金放 入坩堝中，在熔煉爐中熔化后，加入純鎂、鋁銅中間合金、鋁鉻中間合金及鋁鉬中間合金進(jìn) 行熔煉，金屬的熔煉溫度為710~720°C，熔煉時(shí)間為融清；熔煉時(shí)同時(shí)加入精煉劑為C 2Cl6, 加入量為金屬液總質(zhì)量的〇. 5%，以粉末形式壓入金屬液并攪拌；金屬液的成分按重量百分 比為：硅為18% ;Cu為3. 5% ;Mg為0. 5% ;Cr為0. 5% ;Mo為0. 5%，雜質(zhì)總和彡0. 5% ;余量為鋁； 然后對(duì)金屬液進(jìn)行精煉，保溫l〇~15min后扒渣、再保溫IOmin后澆入預(yù)熱溫度為200~300°C 的金屬模具中制成坯錠； 熱擠壓加工工藝：將預(yù)熱時(shí)間2h、預(yù)熱溫度為400~450°C的坯錠放入預(yù)熱好的送 料膛中，然后利用擠壓機(jī)將坯錠擠壓到溫度為450-500°C的金屬模具型腔當(dāng)中，金屬 模具預(yù)熱時(shí)間2h，擠壓頭行進(jìn)的應(yīng)變速率為0.1 s \擠壓比為20MPa~120MPa，制備成 Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo 合金坯錠。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車(chē)焊接夾具合金材料的制備方法，其特征在于：擠壓所采 用的潤(rùn)滑劑為礦物油。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車(chē)焊接夾具合金材料的制備方法，其特征在于：在金屬模 具上涂有脫模涂料。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明為一種汽車(chē)焊接夾具合金材料及其制備方法，涉及夾具材料的改良及制備工藝。選用了Al-18Si-3.5Cu-0.5Mg-0.5Cr-0.5Mo合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Q235鋼等材料制作夾具。其優(yōu)點(diǎn)在于，鋁合金質(zhì)輕，使用鋁合金制作的夾具，特別是手持夾具便于工人操作、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移，更適合廠房?jī)?nèi)夾具的布置以及移動(dòng)；同時(shí)過(guò)共晶鋁硅合金有較好的耐磨性以及較低的熱膨脹系數(shù)，北方一年四季的溫度變化較大，低的熱膨脹系數(shù)可以保證較高的夾具尺寸精度，避免由于夾具尺寸變化導(dǎo)致白車(chē)身匹配不穩(wěn)定的問(wèn)題；添加微量元素Cu、Mg、Cr和Mo以及使用熱擠壓工藝，大幅提高了鋁硅合金的強(qiáng)度，使其滿(mǎn)足夾具的使用。
【IPC分類(lèi)】C22C1/03, C22F1/043, C22C21/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105088024
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510530243
【發(fā)明人】張磊, 楊葉, 高琳琳, 孫艷, 李雪, 周宇, 韓磊
【申請(qǐng)人】華晨汽車(chē)集團(tuán)控股有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年8月27日