[发明专利]紧固件用高强度铝合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及紧固件用高强度铝合金材料及其制备方法，所述紧固件用高强度铝合金材料按重量百分比包含如下元素：铁0.3％‑0.5％，硅0.2％‑1.0％，铜0.4％‑1.2％，钪0.1％‑0.6％，锰0.3％‑1.1％，锂0.01％‑0.1％，锆0.1％‑0.5％，镁0.5％‑1.3％，铈0.01％‑0.1％，钇0.01％‑0.1％，铬0.05％‑0.25％，镍0.002％‑0.02％，锌0.1％‑0.5％，硼0.01％‑0.06％，钛0.01％‑0.05％，钒0.01％‑0.05％，余量为铝；其中，镁和硅的重量百分比的比值不小于1.042，铁和硅的重量百分比的比值不小于0.32，钪和锆的重量百分比合计小于或者等于1.2％，锂、铈、钇以及锌的重量百分比合计小于或者等于0.52％，铬、钛以及钒的重量百分比合计小于或者等于0.3％。本发明与现有技术相比，根据本发明实施例的紧固件用高强度铝合金材料，具有高的比强度、高的剪切强度、优异的塑性和韧性及耐腐蚀性能，可以在大幅降低紧固件重量的同时，显著提高安全可靠性。

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及紧固件用材料及其制备方法，尤其涉及紧固件用高强度铝合金材料及其制备方法。

背景技术

紧固件是用于紧固两个或两个以上零件(或构件)，使其紧固连接成为一件整体的机械零件，广泛应用于能源、电子、电器、机械、化工、冶金、模具、液压等等行业。特别是随着汽车、新能源、航空航天、船舶、轨道交通、IT、电子电器、建筑等重点产业不断升级，轻量化和集成化要求不断提高，对紧固件的优化和升级也提出了新的要求。

紧固件材料的性能很大程度上决定了紧固件的性能，如何制造性能优异的紧固件用材料至关重要。传统的紧固件采用碳素钢材料，比强度低，需要进行镀锌防腐处理才能应用，生产成本高，工艺复杂，对环境具有污染性。

近年来有铝质材料的紧固件母材开始应用，现有的制造方式主要有水平引铸和挤压法两种。水平引铸的工艺流程包括铝锭熔化、合金化处理、引杆和收线。挤压法的工艺流程包括铝锭熔化、合金化处理、浇铸圆锭、均匀化处理、固溶处理和挤压。

采用上述两种方式进行制造存在以下不足：1、性能不均匀，炉内残余炉料不能彻底清除，每炉之间化学成分不一致，导致杆材性能有波动；2、卷重小，卷重仅为30kg，杆的长度短，需要焊接来增加长度；3、成本高，能耗大，产能小，小炉子的热效率低；4、晶粒大，因为生产速度慢，铝合金熔体在炉内停留时间长，晶粒容易粗大；5、劳动强度大，引杆成卷后的上下卷、杆材的焊接、堆料、热处理需要人工；6、仅能生产Φ9.5mm以下的杆材，当杆材规格大于Φ9.5mm时无法成卷。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种紧固件用高强度铝合金材料以及紧固件用高强度铝合金材料的制备方法。

根据本发明的一方面，所述紧固件用高强度铝合金材料按重量百分比包含如下元素：铁Fe 0.3％-0.5％，硅Si 0.2％-1.0％，铜Cu 0.4％-1.2％，钪Sc 0.1％-0.6％，锰Mn0.3％-1.1％，锂Li 0.01％-0.1％，锆Zr 0.1％-0.5％，镁Mg 0.5％-1.3％，铈Ce 0.01％-0.1％，钇Y 0.01％-0.1％，铬Cr 0.05％-0.25％，镍Ni 0.002％-0.02％，锌Zn 0.1％-0.5％，硼B 0.01％-0.06％，钛Ti 0.01％-0.05％，钒V 0.01％-0.05％，余量为铝Al；其中，Mg和Si的重量百分比的比值不小于1.042，Fe和Si的重量百分比的比值不小于0.32，Sc和Zr的重量百分比合计小于或者等于1.2％，Li、Ce、Y以及Zn的重量百分比合计小于或者等于0.52％，Cr、Ti以及V的重量百分比合计小于或者等于0.3％。

根据本发明的示例性实施例，所述紧固件用高强度铝合金材料的晶粒平均粒径≤25μm，抗拉强度≥650MPa，屈服强度≥590MPa，延伸率≥6％，硬度≥225HB。

根据本发明的另一方面，一种紧固件用高强度铝合金材料的制备方法，所述方法包括：