【汽车工艺】高性能铝合金汽车底盘型材的生产工艺

铝合金具有轻巧、坚固的优势，是“汽车轻量化”的理想材料。国际研究机构实验表明，若汽车整车重量降低10%，则燃油效率可提高6%～8%。近年来，全球汽车平均每年以4%的保有量增长，汽车保有量的持续增长加大了环境压力。在整车中，动力系统、底盘系统以及车身是质量最大的3大系统，其总质量达到整车质量的83%。因此，用铝合金材料制造汽车底盘零部件“以铝代钢”，对实现汽车轻量化，达到节能减排、提升动力、提高安全性的目标具有重要意义。

1、生产工艺流程

高性能铝合金汽车底盘型材的生产工艺流程为:配料→熔炼→精炼→转注→除气、除渣和细化→铸造→均匀化→机加工→质量检验→交货。

2、合金成分确定

(1)通过控制合金中Mg2Si和过剩硅的含量来保证合金的强度性能

6061属于Al－Mg－Si系合金，其抗拉强度和屈服强度通常会随着合金中Mg2Si和过剩硅的含量增加而提高，淬火敏感性也会相应提高，而伸长率和挤压性会有所下降。过剩硅虽然对挤压性和强度性能较好，但却容易产生晶间腐蚀和点蚀，使得二次加工性、韧性和可焊性变差。因此，合金成分应该确定在Al－Mg－Si相图中位于Mg2Si线上或略靠下的区域。根据上述思想，拟确定合金中的镁含量在0.85%～0.95%之间，而硅含量则确定为Si%=0.58×Mg%+(1/4)(Fe%+Mn%)≈0.60%～0.65%。此时，合金中Mg2Si的总量约为1.4%，理论设计强度值约为300MPa。在连续铸造的结晶过程中，合金中的硅优先与杂质铁和/或锰形成AlFeSi和/或(FeMn)3SiAl12金属间化合物，要消耗部分硅，因此新合金成分中硅的含量比Mg2Si化学计量中的要求稍大。

(2)降低合金的淬火敏感性

通常合金中添加少量的Cr，可以抑制合金的再结晶和晶粒长大，有效提高合金的韧性，但也极大地增加了合金的淬火敏感性，并对挤压速度和表面光洁度造成不利影响。因此，新合金的成分优化中，毫无疑问应将Cr的含量控制在最低标准，或者以锆代铬。

(3)合金中铜的作用

6061合金中的铜能降低自然时效速度，它是为了弥补停放效应的强度损失而加入的，但是Cu有抑制挤压效应，会降低合金因加入Mn、Cr后出现的各向异性的作用，提高了挤压力和合金淬火的敏感性，对挤压不利，且对合金耐蚀性和冲击韧性有害。合金成分设计时，Cu的含量按下限0.15%～0.20%选取。

(4)合金中铁的作用

(5)合金中钛的作用

钛具有细化铸造组织和焊缝组织、减少开裂倾向、提高材料力学性能的作用。钛的加入量只需0.01%～0.02%即可，加多了反而易形成含钛金属间化合物，对合金的挤压性、表面光洁度均有不利影响。

(6)合金中锌的作用

Zn是合金中的杂质元素，若单独加入合金中，在变形条件下，对合金强度的提高有限，同时有应力腐蚀开裂倾向，会使合金耐蚀性降低，应偏低控制。综上所述，最终确定6061C成分如表1所示。

3、熔铸条件、过程及主要工艺参数的优化

3.1熔铸条件

采用先进的熔炼(25t矩形固定型蓄热式炉)和铸造(25t立式半连续铸造机)设备，经除气、除渣、细化并优化熔铸工艺参数，同水平半连续铸造，然后经先进的均匀化处理和机加工后生产出6061CΦ360mm的优质铸锭，供挤压使用。

3.2熔铸过程及主要工艺参数的优化

(4)熔体在线过滤处理

4、挤压及热处理技术

汽车底盘铝合金型材是一种特殊的异型空心结构型材。其空腔较多、壁厚薄，既要有较好的强度和尺寸精度，还要考虑尽可能的轻量化，因此，生产难度系数大，技术含量高，批量生产困难。

5、产品的力学性能

根据试验研究确定的化学成分与生产工艺技术条件，在生产上获得的铝合金汽车底盘型材的力学性能，其检验结果如表4所示。

6、结束语

选择6061合金作为汽车底盘用铝合金型材的基础合金，根据产品所需的性能优化合金成分，制备出6061C－T6的铝合金棒。制定合理的熔炼、铸造、挤压和热处理工艺，在70MN挤压机Ф420mm×1200mm挤压筒上，采用一种特殊的分流组合模单孔正向挤压生产方式，可以生产出综合性能良好，符合用户要求的高性能铝合金汽车底盘型材产品。