汽車焊接夾具合金材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于汽車的裝焊車間夾具技術領域，具體指一種汽車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利用一種新型的制備方法保證夾具的強度及其耐 磨性，實現夾具的輕量化。
【背景技術】
[0002] 在機動車組裝生產廠的生產線上，裝焊車間屬于必須的生產環節。焊接的夾具一 般要求具有良好的耐磨性、強度高、體積穩定性好等特點。目前的汽車焊接夾具的材料基本 為Q235鋼及45號鋼，由于其自身重量過重，大型夾具運輸過程中浪費了許多人力物力，手 持夾具不方便工人操作，造成零件焊接困難，對零件的尺寸以及白車身的匹配有較大的影 響；同時由于這種不便于運輸的缺點導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。同時由于額外的重量增加了夾具運輸時的油耗，也不符合當今社會低碳環 保的主題。而且，鋼的熱膨脹系數相對較大，溫度變化劇烈時，使用Q235鋼或45號鋼制作 的夾具的尺寸有一定的改變。目前，有許多整車廠所處的地理位置季節溫度差較大，夾具尺 寸的改變造成了白車身尺寸的波動，為整車質量的控制帶來了較大的困難。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種在保證夾具的強度及耐磨性的前提下，降低夾具重量， 便于夾具的運輸及轉移，保證夾具的尺寸穩定性的汽車焊接夾具合金材料及其制備方法。
[0004] 為實現上述目的，本發明采用以下的技術方案： 一種汽車焊接夾具合金材料，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] 本發明具體地說：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% ;雜質總和彡0. 5% ;余量為Al。
[0006] 本發明還包括一種汽車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 鋁鉬中間合金進行熔煉，金屬的熔煉溫度為710~720°C，熔煉時間為融清；熔煉時同時加入 精煉劑為C2Cl6，加入量為金屬液總質量的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%，雜質總和 彡0. 5% ;余量為鋁；然后對金屬液進行精煉，保溫10~15min后扒渣、再保溫IOmin后澆入預 熱溫度為200~300°C的金屬模具中制成坯錠； 熱擠壓加工工藝：將預熱時間2h、預熱溫度為400~450°C的坯錠放入預熱好的送 料膛中，然后利用擠壓機將坯錠擠壓到溫度為450-500°C的金屬模具型腔當中，金屬 模具預熱時間2h，擠壓頭行進的應變速率為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] 本發明還包括擠壓所采用的潤滑劑為礦物油。
[0008] 本發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] 本發明的過共晶Al-18Si-3. 5CU-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金質輕、具有良好的耐磨 性、低熱膨脹系數以及更好的體積穩定性，這幾項過共晶鋁硅合金的優點均滿足夾具所需 特點。鋁合金質輕，使用鋁合金制作的手持夾具便于工人操作及運輸，大幅度的節約了人力 物力，降低了生產的成本及周期，提高了勞動的效率；其次，過共晶鋁硅合金具有優良的體 積穩定性，保證了夾具在北方地區低溫時的尺寸穩定性，避免了由于低溫導致夾具尺寸改 變，造成公差累計，白車身匹配不穩定的問題。但是過共晶鋁硅合金由于硅含量較高，使得 合金的組織中出現了粗大塊狀的初生硅相以及板條狀的共晶硅相，大塊硬質相的尖角造成 了應力集中，使得合金的強度降低，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，增加了合金的強度，同時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小，改善組織的形貌，增加了合金的強度，提高了合金的加工 性能，并進一步增加了合金的耐磨性。
[0011] 通過本發明所述技術方案的實施，方法簡單，便于控制，可以保證新型夾具材料的 強度及耐磨性，降低夾具的重量，提高夾具的尺寸穩定性。
【附圖說明】
[0012] 下面將結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0013] 圖1為本發明熱擠壓結構示意圖； 圖2為本發明過共晶Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金熱加工圖； 圖3為本發明過共晶Al-18Si-3. 5Cu-0. 5Mg-0. 5Cr-0. 5Mo合金坯料顯微組織示意圖； 圖4為本發明過共晶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為本發明的工藝成形過程示意圖。
[0014] 附圖符號說明：1.擠壓頭，2.坯料，3.送料膛，4.模具。
[0015] 下面將結合附圖通過實例，對本發明作進一步詳細說明，但下述實例僅僅是本發 明的例子而已，并不代表本發明所限定的權利保護范圍，本發明的權利保護范圍以權利要 求書為準。
【具體實施方式】
[0016] 下面將結合附圖對本發明進行詳細說明。
[0017] 本發明采用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行熔煉，金屬的熔煉溫度為710~720°C，熔煉時間為融清； 熔煉時同時加入精煉劑為C2Cl6，加入量為金屬液總質量的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%，雜質總和彡0. 5% ;余量為鋁；然后對金屬液進行精煉，保溫10~15min后扒渣、再保溫 IOmin后澆入預熱溫度為200~300°C的金屬模具中制成坯錠； 熱擠壓加工工藝：將預熱時間2h、預熱溫度為400~450°C的坯錠放入預熱好的送料膛 中，然后利用擠壓機將坯錠擠壓到溫度為450-500°C的金屬模具型腔當中，金屬模具預熱時 間2h，擠壓頭行進的應變速率為0.1 s\擠壓比為20MPa~120MPa，潤滑劑采用礦物油，，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，車削掉坯錠外層氧化皮，然后在保溫爐中保溫一段 時間，使得其組織在設定溫度下達到穩定，此時金屬塑性良好，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，同時也將模具及送料膛同時預熱，避免 坯料擠壓過程中溫度急劇降低，影響擠壓效果。相關工藝參數：坯料預熱溫度400~450°C， 送料膛及模具預熱溫度450°C，保溫時間2h。
[0020] 圖1為熱擠壓結構示意圖，坯料預熱好后用擠壓頭1將坯料2擠入送料膛3,然后 通過模具4將坯料通過大擠壓比變形得到最終夾具材料。在此過程中，由于變形程度較大， 合金組織改善較多，經過回復再結晶后，組織更加圓整，進而提升合金強度。相關工藝參數： 坯錠的直徑為? 128_，高度為80_，擠壓比120MPa，擠壓頭擠壓應變速率0.Is\擠壓過程 采用潤滑劑為礦物油。本發明的整體工藝過程如圖5所示。
[0021] 以下僅以新材料合金熱擠壓成型工藝說明問題。
[0022] 熱擠壓的工藝參數是有合金的熱壓縮實驗得到的，圖2為該材料的合金熱加工 圖，圖2中的陰影區域為加工失穩的區域，等值線上的數值越高越適合熱加工。由圖可 知，該合金在高變形溫度，中應變速率時合金的熱加工性能較高。但是由于變形溫度為 450~500°C時，加工圖大部分被失穩區域覆蓋，所以通過熱加工圖的分析，可以知道該合金 在溫度為400~450°C，應變速率為0.Is1時進行熱擠、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 金動態回復再結晶的作用下數量減少，形貌改善；共晶硅也由明顯的版條狀變為粒狀，削弱 了尖角應力集中的情況，同時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，大幅提高合金的強度。新材料與Q235鋼的力學性能及熱膨脹系數對比見表1。
[0024] 表 1
【主權項】
1. 一種汽車焊接夾具合金材料，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. 根據權利要求1所述的汽車焊接夾具合金材料，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% ;雜質總和彡0. 5% ;余量 為AL3. -種汽車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 行熔煉，金屬的熔煉溫度為710~720°C，熔煉時間為融清；熔煉時同時加入精煉劑為C 2Cl6, 加入量為金屬液總質量的〇. 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%，雜質總和彡0. 5% ;余量為鋁； 然后對金屬液進行精煉，保溫l〇~15min后扒渣、再保溫IOmin后澆入預熱溫度為200~300°C 的金屬模具中制成坯錠； 熱擠壓加工工藝：將預熱時間2h、預熱溫度為400~450°C的坯錠放入預熱好的送 料膛中，然后利用擠壓機將坯錠擠壓到溫度為450-500°C的金屬模具型腔當中，金屬 模具預熱時間2h，擠壓頭行進的應變速率為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. 根據權利要求3所述的汽車焊接夾具合金材料的制備方法，其特征在于：擠壓所采 用的潤滑劑為礦物油。5. 根據權利要求3所述的汽車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。
【專利摘要】本發明為一種汽車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合金代替傳統的Q235鋼等材料制作夾具。其優點在于，鋁合金質輕，使用鋁合金制作的夾具，特別是手持夾具便于工人操作、運輸和轉移，更適合廠房內夾具的布置以及移動；同時過共晶鋁硅合金有較好的耐磨性以及較低的熱膨脹系數，北方一年四季的溫度變化較大，低的熱膨脹系數可以保證較高的夾具尺寸精度，避免由于夾具尺寸變化導致白車身匹配不穩定的問題；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度，使其滿足夾具的使用。
【IPC分類】C22C1/03, C22F1/043, C22C21/02
【公開號】CN105088024
【申請號】CN201510530243
【發明人】張磊, 楊葉, 高琳琳, 孫艷, 李雪, 周宇, 韓磊
【申請人】華晨汽車集團控股有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月27日