[发明专利]一种高强度铝合金无缝管材

说明书

本发明公开了一种高强度铝合金无缝管材，其特征在于：以质量％计，所述铝合金含有Si：0.7～0.9％，Cu：1.2～1.8％，Mg：0.8～1.2％，其余为Al及不可避免的杂质。本发明的铝合金可同时兼具有高强度、容易塑性加工、固溶水淬后容易矫直整型以达精密尺寸、耐腐蚀及避免刮痕等优点，从而可大幅提高本发明的实用性。

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料，特别涉及一种用于铝合金无缝管的铝合金材料。

背景技术

铝合金无缝管在自行车或汽机车的车架或零组件中具有重要且广泛的应用，以避震型车架管件例如避震型前叉管件(suspension fork，即与前叉肩盖(fork crown)紧配之管件)为例，采用高强度铝合金管及表面进行硬阳处理，藉以减重并提升耐磨特性以符合受力及滑动的结构需求，已成为业界的主流与趋势。请参阅图1所示，其展示了一种现有可用于制作如上述所述的前叉管件的典型制程：首先将一铝合金无缝管经挤型(挤管)制成一无缝挤型管，退火后再经抽制(抽管)成为较薄及较精密的管件，接下来再对管件施予固溶水淬及时效热处理，最后再通过NC加工(数控加工)、研磨(外径)及搪磨(内径)等程序对管件进行加工以达到精密尺寸的要求，并进行必要的硬阳处理以提升管件的耐磨性能，从而完成前叉管件的制造流程。一般而言，前叉管通常需符合表面应达到滑动件的低表面粗度(如Ra值应在0.05～0.25μm的范围内)及高精密尺寸(如外径(O.D)误差在±0.03mm以内，内径(I.D)误差在±0.05mm以内)等结构上的要求。

在现有技术中，具有高强度特性的7xxx系铝合金(如7075或7050铝合金)是自行车车架管材或避震型前叉管件的主流材料之一，然而，当实际考虑上述的前叉管制程时，采用7xxx系铝合金的问题即逐一浮现：首先，7xxx系铝合金在挤型、抽管等无缝管制程的加工性明显劣于其他系列的铝合金(如6xxx系铝合金)，即存在有不易进行塑性加工的问题；其次，7xxx系铝合金在固溶水淬后一段时间其强度会大幅提升，如此将更不易对固溶水淬后所造成的尺寸变形问题进行矫直整型作业；此外，7xxx系铝合金在NC加工、研磨与搪磨等阶段容易产生腐蚀问题，使硬阳处理后的产品良率受到限制，如此可见7xxx系铝合金实际上并非是避震型前叉管件的理想材料。

在容易塑性加工的6xxx系铝合金方面，Alcoa公司发展出著名的6013铝合金，其经T6处理后，降伏强度(Yield Strength)可达317MPa，相似或接近于2024-T3铝合金，是高强度锻型铝合金中很重要的发展，然而，此一铝合金在强度上仍不能与一般的7xxx系铝合金相比。

美国专利US5571347号公开了一种高强度的6xxx系铝合金，典型的代表如6069铝合金，测试显示其降伏强度可达52ksi(358MPa)以上，然此专利文献仅是以挤制后的棒、型材及热处理等条件来测试，在上述条件下，此种6069铝合金中所添加的V、Be及Sr等元素容易维持未再结晶的组织而有强化的效果，若考虑前叉管的精密尺寸要求及常有不等厚的管材尺寸(例如与肩盖紧配的一端较厚)，需要以抽制来制作产品的情况，此时，由于抽制加工容易在热处理后产生再结晶而弱化强度，因此，虽然此种铝合金在挤管及T6处理后的降伏强度有些参数可达到55ksi(379MPa)，且在需要焊接的车架产业有重要应用，但仍较少被应用于前叉管上。

此外，业界也有推出一种高硅含量的6066无缝管，其为增加Si的含量来提升合金强度，通常此种铝合金的Si含量大于1.2wt％，此种高硅含量的6066铝合金若应用于前叉管制程，在挤型、抽管的加工性将明显优于高强度的7xxx系铝合金，在固溶及时效热处理阶段也更容易矫直整型以达精密尺寸，硬阳处理也较无腐蚀问题，然而，此种铝合金容易产生富含Si成分的介金属颗粒(intermetallic compound)，如此一来，在挤管等作业时该等介金属颗粒即容易粘附在模具上而对管件造成刮痕，从而导致在后续的NC加工等作业中，特别是管材的内径表面将不易搪磨至符合滑动件所要求的低表面粗度，此一技术问题也限制了此种高硅含量的6066铝合金在前叉管上的应用。