适合车削且阳极氧化后具有低粗糙度的6XXX合金挤出产品 |
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| 申请号 | CN201580016463.X | 申请日 | 2015-03-20 | 公开(公告)号 | CN106133163B | 公开(公告)日 | 2019-07-23 |
| 申请人 | 肯联铝业机床杰钦有限公司; | 发明人 | L·多莱加; J-S·萨夫朗尼; I·科拉里克; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及适合 车削 的 铝 合金 挤出产品及其生产方法，其组成为，以重量％计，Si：0.4‑0.8；Mg：0.8‑1.2；Cu 0.20‑0.4；Fe:0.05‑0.4；Mn≤0.10；Ti 阳极 氧 化 的机械零件以及其生产方法。本发明的产品特别有利于生产 制动 活塞 或变速箱元件。 | ||||||
| 权利要求 | 1.适于车削的铝合金制的挤出产品，其组成为，以重量％计，Si：0.4-0.8；Mg：0.8-1.2； |
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| 说明书全文 | 适合车削且阳极氧化后具有低粗糙度的6XXX合金挤出产品技术领域背景技术[0003] 这些零件，特别是铝合金的情况下，一般是通过从坯料中挤出得到。 [0004] 这些零件还可以由手动或数控切割机高速地生产。 [0005] 最终零件的生产率、表面状态以及尺寸精度是这类生产的主要目标。机加工后，零件可以进行表面保护处理，通常是通过阳极氧化。所述的“硬质”阳极氧化，通常在低温(0-5℃)且存在硫酸的高电流密度下进行，获得特别耐用的涂层。 [0007] 通过车削获得的同时具有低粗糙度和耐受性涂层的机械零件的需求不断增长。此外，所获得的机械零件的抗晶间腐蚀性应该足够大，使得零件不会过于频繁地替换。尤其是对于某些应用，如制动活塞(piston de frein)或变速箱元件，粗糙度被降低而同时获得耐受性的涂层，能改善机械零件和连接件之间的接触从而减少磨损以及延长零件的寿命。然而，在车削中具有良好性能的合金一般有许多金属间相，在硬质阳极氧化过程中产生较大的粗糙度。因此使获得的挤出产品在车削中具有良好性能的同时还在阳极氧化后具有低的表面粗糙度是非常困难的。 [0008] 国际申请WO 2005/100623描述了下述合金，其优选为挤出的形式，适于车削且组成为，以重量％计，Si 0.6-2.0；Fe 0.2-1.0；Mg 0.5-2.0,Cu最大为1.0，Mn最大为1.5，Zn最大为1.0，Cr最大为0.35，Ti最大为0.35并且Zr 0.04-0.3。 [0010] 国际申请WO 2008/112698描述了一种对车削具有良好性能的挤出产品，其组成为，以重量％计，Si 0.8-1.5；Fe 1.0-1.8；Cu<0.1-Mn<1；Mg 0.6-1.2；Ni<3.0；Cr<0.25-Ti<0.1。 [0011] 国际申请WO 2013/170953描述了一种产品，其组成为，以重量％，Si 1.3-12；Fe:1.35-1.8，其中Fe+Si大于3.4；Cu 0.15-6；Mg:0.6-3；Mn<1；Cr<0.25；Ni<3-Zn<1-Ti<0.1-Bi<0.7-In<0.7-Sn<0.7。在机加工以及阳极氧化获得厚度为30μm的氧化层后，最小粗糙度的值达到1.80μm。 [0012] 能特别是在6XXX合金上产生氧化物层的阳极氧化方法是已知的，例如专利US 3524799或EP 1980651。但是在这些文献中测试的合金，如合金6063或合金6463，对于是否适合于车削是未知的。 [0013] 本发明试图解决的问题是获得既适用于车削又具有抗晶间腐蚀性能并且在机加工及阳极氧化后具有低粗糙度的挤出产品。 发明内容[0014] 本发明的第一个目的是适合车削的铝合金制的挤出产品，其组成为，以重量％计，Si：0.4-0.8；Mg：0.8-1.2；Cu：0.20-0.4；Fe:0.05-0.4；Mn≤0.10；Ti<0.15；Cr≤0.10；Bi≤0.8；Pb≤0.4；其他元素各自<0.05并且<0.15，余量为铝，特征在于其晶粒结构是基本上重结晶的。 [0015] 本发明的第二个目的是本发明的挤出产品用于生产制动活塞或者变速箱元件的用途。 [0016] 本发明的另一个目的是本发明挤出产品的生产方法，其中，依次地， [0017] a.准备一种具有本发明的组成的铝合金，并且浇注成通常坯料的形式 [0018] b.在至少550℃的温度下均化所述坯料 [0019] c.挤出所述由此均化的坯料以获得挤出产品，初始挤出温度低于550℃ [0021] e.任选地，进行矫直和/或通常通过牵引(traction)和/或拉长(étirage)进行冷变形，和/或使挤出产品熟化 [0022] f.在150-200℃的温度下进行5-25小时的回火 [0023] g.任选地，通常通过拉长对所述挤出产品进行冷变形。 [0024] 本发明的另一个目的是经车削且阳极氧化的机械零件的生产方法，其中，依次的[0025] a.通过本发明的挤出产品的生产方法制备挤出产品 [0026] b.机加工挤出产品以获得车削的机械零件， [0027] c.任选地，使由此获得的机械零件成型 [0028] d.对由此获得的机械零件进行阳极氧化，氧化层的厚度至少等于15μm。 [0030] 图1：根据标准EN ISO 11846:2008(方法B)在标准化腐蚀试验后样品的观察结果。 具体实施方式[0031] 除非另有说明，所有关于合金的化学组成的标示均以基于合金的总重量计的重量百分比表示。表述1.4Cu意指以重量％表示的铜含量乘以1.4。合金的命名符合铝业协会(The Aluminum Association)的规定，本领域技术人员对此是已知的。除非另有说明，适用标准EN 12258-1的定义。除非另有说明，适用标准EN 515的冶金状态的定义。除非另有说明，静态机械特性，也就是抗断裂性Rm、在0.2％的伸长率时的常规弹性极限(Rp0.2)和极限伸长率A％，通过根据标准ISO 6892-1的拉伸试验确定，且采样和测试方向通过标准EN 485-1而定义。 [0032] 车削的能力通过如国际申请WO2013/170953第[0039]段所述的机加工测试进行评估。测试是通过测定收集的一定质量(此处为100g)的碎屑的碎屑数量来确定碎屑的碎裂能力。采用车床(tour)SP 12CNC以及以SANDVIK Coromant 107为注册商标出售的基本形式为80°的CCGX 09T3 04-AL菱形刀片(已知用于铝合金)进行机加工。使用的机加工参数是3000转/分的旋转速度，0.3毫米/转进料，以及3.5毫米的切削深度。本发明的挤出产品适用于车削，也就是说，它们在记载于国际申请WO2013/170953的第[0039]段的测试中所具有的碎屑数量为，每百克碎屑中至少有3000个碎屑，优选至少有4000个。 [0033] 根据标准化测试EN ISO 11846：2008(方法B)对耐腐蚀性进行评价。样品表面积为20cm2。该样品通过用有机溶剂除油、在55℃的温度下在5％的氢氧化钠中浸泡2分钟、漂洗和在2％的硝酸中浸泡2分钟而制备。 [0034] 腐蚀性测试是在室温下将所制备的样品在含有30g/l的NaCl以及10ml/l的浓盐酸(ρ＝1.19g/ml)的溶液中浸泡24小时。 [0035] 使用了三个根据标准ISO 4287测量的粗糙度参数： [0036] ·Rmax：粗糙度曲线的最大高度，其是评估长度上的Rzi的最大值 [0037] ·Rz：曲线Rz的平均高度，其是评估长度上的各个Rzi值的算术平均值 [0038] ·Ra：粗糙度平均偏差，其是评估长度上的所有曲线坐标的算术平均值。 [0039] 在本发明的范围内，基本上重结晶的晶粒结构是指这样的晶粒结构，如1/4厚度处的重结晶率大于70％，优选大于90％。重结晶率被定义为在金属切面上被重结晶晶粒所占的面积分数。 [0040] 本发明人已发现，对于公知的车削合金，如合金AA6262，AA6064A或AA6042合金，或者在国际申请WO2013/170953中描述的合金，其在为获得至少20μm的厚度的氧化层的阳极氧化后的粗糙度比阳极氧化前的粗糙度高得多。通常即使机加工后得到一个诸如Rz＜0.01μm的粗糙度，然而阳极氧化后的粗糙度为至少1.80μm或更高。所以，阳极氧化期间，这种类型的合金中存在的大量金属间化合物产生一个较大的粗糙度。 [0041] 本发明人发现，这一问题通过控制本发明的合金组成及其晶粒结构解决。 [0042] 本发明适于车削的挤出产品由铝合金制成，其组成为，以重量％计，Si：0.4-0.8；Mg：0.8-1.2；Cu：0.20-0.4；Fe:0.05-0.4；Mn≤0.10；Ti<0.15；Cr≤0.10；Bi≤0.8；Pb≤0.4； 其他元素各自<0.05并且<0.15，余量为铝。 [0044] 优选地，该第一实施方案中的铜的含量为至少0.23重量％。在本发明的一个实施方案中，铜含量为至少0.30重量％。铁的含量优选为至少0.20重量％，有利地为0.25重量％。有利地，该组成为，以重量％计，Bi:0.4-0.8，Pb:0.2-0.4、优选Pb:0.2-0.34。 [0045] 优选地，硅含量为0.5-0.7重量％和/或镁含量为0.9-1.1重量％。特别地通过控制锰和铬的含量获得基本上重结晶的晶粒结构。优选地，锰含量为至多0.05重量％。优选地，铬含量为至多0.08重量％。有利的是，铬和锰的含量总和为，以重量计％，Cr+Mn≤0.15，优选Cr+Mn≤0.10。锆含量的控制对于获得基本上重结晶的晶粒结构也可能是重要的。有利地，锆含量小于0.04重量％，优选小于0.03重量％。 [0046] 本发明的挤出产品的合金以及冶金结构也是有利的，因为它的挤出性是优秀的，特别是引发挤出所需的压力更小，挤出速度高于已知合金以及没有发现挤出缺陷，例如热剥离(arrachements à chaud)。 [0047] 与已经预期的产品相反，本发明的挤出产品具有令人满意的静态机械强度特性:其弹性极限优选在T6状态下为至少300MPa并且伸长率至少为10％，它们的弹性极限优选在T9状态下为至少330MPa并且伸长率至少为8％。 [0048] 本发明人已发现，由本发明合金制成的基本上重结晶的挤出产品具有改进的耐晶间腐蚀性。因此，本发明的挤出产品根据ISO 11846方法B的耐晶间腐蚀性为，在挤出产品的横切面上的最大腐蚀深度小于200μm并且侵蚀相对面积小于50％。 [0049] 此外，本发明人已经发现，令人吃惊的是，在机加工以及阳极氧化后，由本发明合金制成的基本上重结晶的挤出产品具有改进的粗糙度。特别地，在进行镜面抛光和用包括180g/l硫酸、14g/l草酸和15g/l甘油的溶液在30℃温度下阳极氧化以得到厚度为30μm的氧化层后，在平行于挤出轴的母线上，本发明的挤出产品具有粗糙度Rz小于或等于1.7μm，优选小于1.2μm。 [0050] 同样，本发明的挤出产品还在以下方面是有利的：对于所述“硬质”阳极氧化，阳极氧化时间减少，这对生产率是有利的。因此，本发明挤出产品的特征在于，为了在5℃下在2 200g/l H2SO4溶液中得到厚度为30μm的阳极层，阳极氧化时间在电流密度为3A/dm时小于 30分钟，换句话说，氧化物生长速率大于1μm/min。本发明还涉及本发明挤出产品的制造方法。 [0051] 在本发明的制造方法中，准备了具有本发明组成的铝合金，且通常以坯料的形式浇注。随后坯料在至少550℃的温度下均化，优选至少580℃。所选均化温度特别有助于获得基本上重结晶的晶粒结构。然后由此均化的坯料被挤出，初始挤出温度低于550℃，优选低于540℃。初始挤出温度优选至少450℃。挤出后，固溶处理并且优选用水淬火所得的挤出产品，固溶处理可借助于挤出期间产生的热进行或在一个单独的热处理中实现。在挤压模出口用挤压热进行的淬火(通常用水)是有利的。 [0052] 任选地，进行矫直和/或通常通过牵引和/或拉长进行冷变形，和/或使挤出产品熟化。有利的是，冷变形(通常至少7％)足以影响回火后的机械性能。通常，可能的熟化是几小时到几天。随后挤出产品在150-200℃温度时进行5-25小时的回火，以获得回火状态T6或T8。 [0053] 在回火后，通常可以通过拉长进行冷变形，以获得状态T9。 [0054] 本发明还涉及一种经车削并且阳极氧化的机械零件的制造方法，其中，依次，[0055] a.制备本发明的挤出产品， [0056] b.机加工挤出产品以获得车削的机械零件， [0057] c.任选地，使由此获得的机械零件成型， [0058] d.使由此获得的机械零件阳极氧化，氧化层的厚度至少等于20μm。 [0059] 在一个实施方案中，在温度为0-10℃，用含有100-250g/l硫酸的溶液，以电流密度为1-3A/dm2且氧化物的生长速度大于1μm/min进行阳极氧化。本发明的挤出产品特别是在上述条件下，与现有技术的产品相比，能减少阳极氧化的时间。 [0060] 在另一个实施方案中，在温度为15-40℃下用含有100-250g/l硫酸、10-30g/l草酸以及5-30g/l至少一种多元醇的溶液进行阳极氧化。有利地，至少一种多元醇选自乙二醇，丙二醇或甘油。优选地，在电流密度为1-5A/dm2，优选电流密度为2-4A/dm2时进行阳极氧化。 [0061] 优选所得到的阳极层的厚度为15-40μm之间。 [0062] 本发明还涉及通过本发明的方法获得的经车削并且阳极氧化的机械零件。这些机械零件是有利的，因为在平行于挤出轴的母线上，本发明的挤出产品具有粗糙度Rz小于或等于2.3μm，优选小于或等于1.7μm，并且其根据ISO 11846方法B测试的耐晶间腐蚀性为，在挤出产品的横切面上的最大腐蚀深度小于200μm并且侵蚀相对面积小于50％。 [0063] 本发明的挤出产品用于制造车削的机械零件，例如制动活塞或者变速箱元件是有利的。 [0064] 实施例 [0065] 实施例1 [0066] 在此实施例中，制备了两种合金，表1给出了其组成。 [0067] 表1：合金组成(重量％) [0068] Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Zr Ni Pb Bi A 0,6 0,26 0,24 0,03 1,1 0,05 0,02 <0,01 <0,01 0,25 0,5 B 0,7 0,40 0,30 0,11 1,0 0,11 0,02 <0,01 0,01 0,38 0,7 [0069] 将合金浇铸成直径为254mm的坯料，在585℃下均化，然后通过直接挤出将其挤出成横截面为15×100mm的棒材，初始挤出温度为530℃。对于本发明合金A，引发挤出所需的压力为140bar，明显低于为引发合金B挤出所需的压力160bar。对于合金A的坯料，挤出速度为8.3m/min,而对于合金B，其挤出速度为7.2m/min。在挤出期间，观察到合金B出现剥离，而合金A却没有出现开裂。合金A因此相对于合金B具有较好的可靠性。 [0070] 挤出产品在挤压口淬火。由此获得的棒材拉伸1％然后进行回火以达到T6状态。 [0071] 由此得到的合金A的棒材具有1/4厚度处的重结晶晶粒结构，而合金B的棒材在1/4厚度处具有非重结晶晶粒结构。表2显示在挤出方向上测得的由此获得的棒材的机械性能[0072] 表2：所得机械性能 [0073]合金 Rm(MPa) Rp0,2(MPa) A％ A 327 306 12 B 370 348 13 [0074] 所得棒材适合车削。 [0075] 随后将棒材进行以下制备处理：机加工2mm，进行镜面抛光然后通过表3中所述的方法(1)或方法(2)进行阳极氧化。 [0076] 表3-阳极氧化方法1和2的描述 [0077] [0078] 表4给出了获得的粗糙度的结果。 [0079] 表4.阳极氧化处理后粗糙度的测量结果 [0080] [0081] 实施例2 [0082] 在此实施例中，制备了两种合金，其组成在表5中给出。 [0083] 表5：合金组成(重量％) [0084] Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Zr Ni Pb Bi A 0,6 0,26 0,24 0,03 1,1 0,05 0,02 <0,01 <0,01 0,25 0,5 C 0,7 0,37 0,32 0,12 1,0 0,12 0,03 <0,01 <0,01 0,35 0,7 [0085] 将合金浇铸成直径为254mm的坯料，在585℃下均化，然后挤出成圆柱形的棒材，在挤压口淬火。由此获得的棒材拉伸1％然后进行回火并且拉长以获得直径为14mm的棒材。 [0086] 由此得到的合金A的棒材具有1/4厚度处的重结晶晶粒结构，而合金B的棒材在1/4厚度处具有非重结晶晶粒结构。 [0087] 获得的棒材适合车削。 [0088] 根据标准测试EN ISO 11846：2008(方法B)评价棒材中央的耐腐蚀性。结果示于表6和图1中。 [0089] 表6-腐蚀性实验结果 [0090] [0091] 实施例3 [0092] 在此实施例中，制备了两种合金，其组成在表7中给出。 [0093] 表7：合金组成(重量％) [0094] Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Zr Ni Pb Bi D 0,6 0,24 0,21 0,01 1,04 0,05 0,02 <0,01 <0,01 0,23 0,4 E 0,7 0,40 0,30 0,11 1,01 0,12 0,02 <0,01 <0,01 0,34 0,7 [0095] 将合金浇铸成坯料，均化，然后挤出成直径为30mm的棒材。 [0096] 挤出产品在挤压口淬火。由此获得的棒材拉伸1％然后进行回火以达到T6状态。 [0097] 在T6状态下测试两种合金D和E，并且其晶粒结构不同。由此得到的合金D的棒材具有1/4厚度处的重结晶晶粒结构，而合金E的棒材在1/4厚度处具有非重结晶晶粒结构。表8显示由此获得的棒材在挤出方向上测得的机械性能。 [0098] 表8：获得的机械性能 [0099]合金 状态 棒材直径(mm) Rm(MPa) Rp0,2(MPa) A％ D T6 30 330 298 17,9 E T6 30 359 341 12,6 [0100] 实施例4 [0101] 在此实施例中，制备了两种合金，其组成在表9中给出。 [0102] 表9：合金组成(重量％) [0103] Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Zr Ni Pb Bi F 0,6 0,23 0,27 0,04 1,06 0,05 0,02 <0.01 0.01 0.28 0.5 G 0,6 0,26 0,24 0,01 1,03 0,07 0,02 <0.01 0,01 0,24 0,4 [0104] 将合金浇铸成直径为261mm的坯料，在585℃下均化，然后挤出成棒材。 [0105] 挤出产品在挤压口淬火。由此获得的棒材拉伸1％然后进行回火，随后进行冷变形以获得状态为T9的产品。合金F被拉长以获得直径为24.5mm的棒材，合金G获得直径为26mm的棒材。 [0106] 由此得到的合金F和G的棒材具有1/4厚度处的重结晶晶粒结构。 [0107] 表9显示由此获得的状态T9下的棒材在挤出方向上测得的机械性能。 [0108] 表9：获得的机械性能 [0109] [0110] [0111] 实施例5 [0112] 在此实施例中，制备了一种合金，其组成在表10中给出。 [0113] 表10：合金组成(重量％) [0114] Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Zr Ni Pb Bi H 0,6 0,24 0,21 0,01 1,04 0,05 0,02 <0.01 0.01 0.23 0.4 [0115] 将合金浇铸成直径为261mm的坯料，均化，然后挤出成棒材。 [0116] 一个棒材在挤压口淬火，拉伸1％，然后进行冷变形以获得最终直径为24.6mm，随后进行回火以获得状态T8的产品。 [0117] 另一个棒材在挤压口淬火，冷拉伸约1％，在进行冷变形以获得最终直径为24.5mm之后进行回火，以获得状态T9的产品。 [0118] 由此得到的合金H的棒材具有1/4厚度处的重结晶晶粒结构。 [0119] 表11显示由此获得的状态T8和T9下的棒材在挤出方向上测得的机械性能。 [0120] 车削的能力通过如国际申请WO2013/170953第[0039]段所述的机加工测试进行评估。测试是通过测定收集的一定质量的碎屑(此处为100g)的碎屑数量来确定其碎屑的碎裂能力。还确定了50个碎屑的重量。结果示于表11。 [0121] 采用车床SP 12CNC以及以SANDVIK Coromant 107为注册商标出售的基本形式为80°的CCGX 09T3 04-AL菱形刀片(已知用于铝合金)进行机加工。使用的机加工参数是3000转/分的旋转速度，0.3毫米/转进料，以及3.5毫米的切削深度。 [0122] 表11：国际申请WO2013/170953第[0039]段所述的车削能力的测试结果 [0123] [0124] |
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