本发明属于高强度铝合金制备技术领域；具体涉及一种汽车传动轴用高强度铝合金及其制备方法。
背景技术：
随着社会的不断进步，人们的生活水平也在不断提升，汽车的需求和要求比之前增加了许多，并且随着各国推行强制汽车制造商降低汽车油耗的政策，汽车轻量化就成为了各大车企的一个重要突破口。随着轻量化研究的开展，难度越来越高，越来越接近汽车的核心部件。
汽车传动轴主要是在开放的环境下支撑回转体、传递动力。选材时材料应具有：足够的强度、刚度和韧性，良好的耐磨性，耐蚀性以及加工性，即具有良好的综合性能。汽车常用的轴类零件材料有35、45、50优质碳素钢，以45钢应用最为广泛。在《gb/t699-2015优质碳素结构钢》标准中规定45钢抗拉强度≥600mpa，屈服强度≥355mpa，伸长率≥16％。
在各类铝合金中，1系列铝合金与3系列铝合金强度较低，5系列铝合金屈服强度较低，不做考虑，2系列铝合金强度高，但耐蚀性差，7系列铝合金强度高耐蚀性好，但塑性较低。6系列铝合金具有中等强度，耐蚀性好，无应力腐蚀破裂倾向，焊接性能好，焊接区腐蚀性能不变，同时成形性和工艺性能良好，仅强度略低，故优化6系列铝合金提高其强度，取代钢材做为汽车传动轴十分可行。
技术实现要素：
本发明目的是提供了一种汽车传动轴用高强度铝合金及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金包括1.0～1.5wt％的si、0.3wt％的fe、0.6～1.1wt％的cu、0.4～1.0wt％的mn、1.2～1.8wt％的mg、0.2wt％的cr、0.3～0.7wt％的zn、0.04～0.08wt％的ti、0.1～0.2wt％的zr、余量为al。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金为1.2wt％的si、0.3wt％的fe、0.8wt％的cu、0.5wt％的mn、1.5wt％的mg、0.2wt％的cr、0.4wt％的zn、0.06wt％的ti、0.15wt％的zr、余量为al。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金为1.0wt％的si、0.3wt％的fe、0.6wt％的cu、0.4wt％的mn、1.2wt％的mg、0.2wt％的cr、0.3wt％的zn、0.04wt％的ti、0.1wt％的zr、余量为al。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金为1.5wt％的si、0.3wt％的fe、1.1wt％的cu、1.0wt％的mn、1.8wt％的mg、0.2wt％的cr、0.7wt％的zn、0.08wt％的ti、0.2wt％的zr、余量为al。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，其工艺流程为原材料配备→熔炼→除渣→成分测试→成分调整→倒炉→固气双级精炼→静置→在线晶粒细化→在线除气→在线除渣→铸造→均质化处理→挤压→淬火→时效。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，均质化处理后的挤压步骤为将合金加热到480～540℃温度后，在75mn反向挤压机上进行挤压，挤压温度460℃～480℃，挤压速度2.0mm/s。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，挤压后的淬火步骤为将合金放于530～550℃淬火炉内保温240～300min进行固溶处理。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，淬火后的时效步骤为将铝合金在150～170℃范围内进行720min时效。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，si和mg形成mg2si相，mg2si相做为6系合金的主要强化相，mg与si的比例为2：1，而固定mg2si相的含量，增加si含量时，合金强化效果和伸长率均会提高；并且al-mg-si合金三元合金抗拉强度的最大值就位于α(al)-mg2si-si三相区内，而α(al)-mg2si-si三相区内，成分为1.2％-2.0％si、0.8％-2.0％mg的合金，其焊接裂纹倾向性较小。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，al-mg-si合金中添加cu后，cu在组织中的存在形式不仅取决于cu含量，而且受mg、si含量的影响。当cu含量较多，mg、si比小于1.08时，可能形成w(al4cumg5si4)相，剩余的cu则形成cual2；mg、si比大于1.73时，可能形成s(al2cumg)和cual2相。w相与s相、cual2相和mg2si相不同，固态下只部分溶解参与强化，其强化作用不如mg2si相大，但合金中加入cu，不仅显著改善了合金在热加工时的塑性，而且增加热处理强化效果，还能抑制挤压效应，降低合金因加mn后所出现的各向异性。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，合金中加mn，可以提高强度，改善耐蚀性、冲击韧性和弯曲性能。但mn在α相中产生严重的晶内偏析，影响合金的再结晶过程，造成制品的晶粒粗化。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，合金中加zr能细化晶粒，在al-zn-mg系合金中能显著提高其可焊性，加入0.2％zr时焊接裂纹即可显著降低，含mn的al-zn-mg合金添加0.1％～0.2％zr，还可提高合金的耐应力腐蚀性能。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，合金中添加ti能细化合金在铸态时的晶粒，并可改善合金的可焊性，但其效果比zr低。ti和zr同时加入效果更好。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，优化合金减少了中fe和cr杂质元素的含量，降低其对合金强度和耐蚀性的伤害。优化合金中各个元素的加入量均较低，如此形成的固溶体浓度也偏低，可以降低固溶体分解的倾向，从而提高优化合金的耐热性和耐蚀性。
本发明所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，优化后的合金力学性能达到了抗拉强度≥450mpa，屈服强度≥420mpa，延伸率≥11％，满足了汽车传动轴用铝合金要求的力学指标；优化合金使用5356焊丝进行焊接后随着腐蚀时间的加长，腐蚀的速率降低，其结果满足汽车使用的环境；优化合金焊接接头腐蚀14天后的抗拉强度仍可到达母材的75％以上，满足焊接到达母材70％以上的要求。
具体实施方式
具体实施方式一：
一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金包括1.0～1.5wt％的si、0.3wt％的fe、0.6～1.1wt％的cu、0.4～1.0wt％的mn、1.2～1.8wt％的mg、0.2wt％的cr、0.3～0.7wt％的zn、0.04～0.08wt％的ti、0.1～0.2wt％的zr、余量为al。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金为1.2wt％的si、0.3wt％的fe、0.8wt％的cu、0.5wt％的mn、1.5wt％的mg、0.2wt％的cr、0.4wt％的zn、0.06wt％的ti、0.15wt％的zr、余量为al。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，其工艺流程为原材料配备→熔炼→除渣→成分测试→成分调整→倒炉→固气双级精炼→静置→在线晶粒细化→在线除气→在线除渣→铸造→均质化处理→挤压→淬火→时效。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，均质化处理后的挤压步骤为将合金加热到500℃温度后，在75mn反向挤压机上进行挤压，挤压温度480℃，挤压速度2.0mm/s。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，挤压后的淬火步骤为将合金放于530～550℃淬火炉内保温240min进行固溶处理。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，淬火后的时效步骤为将铝合金在160℃范围内进行720min时效。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，力学性能如表1所示：
表1优化合金t6状态的力学性能指标
与本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金进行对比的6系列铝合金，力学性能如表2所示：
表2对比例6061合金t6状态的力学性能指标
在表1和表2中能够看出在φ100mm至φ160mm3个规格的挤压棒材中优化合金的抗拉强度和屈服强度以及硬度都远优于6061合金，延伸率略低，完全满足汽车传动轴用铝合金要求的力学指标(抗拉强度≥450mpa，屈服强度≥380mpa，延伸率≥10％)。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，抗拉强度≥450mpa，屈服强度≥380mpa，延伸率≥10％。
具体实施方式二：
一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金包括1.0～1.5wt％的si、0.3wt％的fe、0.6～1.1wt％的cu、0.4～1.0wt％的mn、1.2～1.8wt％的mg、0.2wt％的cr、0.3～0.7wt％的zn、0.04～0.08wt％的ti、0.1～0.2wt％的zr、余量为al。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金为1.5wt％的si、0.3wt％的fe、1.1wt％的cu、1.0wt％的mn、1.8wt％的mg、0.2wt％的cr、0.7wt％的zn、0.08wt％的ti、0.2wt％的zr、余量为al。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，其工艺流程为原材料配备→熔炼→除渣→成分测试→成分调整→倒炉→固气双级精炼→静置→在线晶粒细化→在线除气→在线除渣→铸造→均质化处理→挤压→淬火→时效。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，均质化处理后的挤压步骤为将合金加热到540℃温度后，在75mn反向挤压机上进行挤压，挤压温度480℃，挤压速度2.0mm/s。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，挤压后的淬火步骤为将合金放于550℃淬火炉内保温300min进行固溶处理。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，淬火后的时效步骤为将铝合金在170℃范围内进行720min时效。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，熔炼：将优化合金原材料进行熔炼，经打渣处理后，对成分进行分析，合格后导入保温炉进行固气双级精炼处理，经静置处理后，对熔体进行在线晶粒细化、在线除气和在线除渣后，进行铸造。铸造后尽快对铸棒进行均质化处理。固气双级精炼保证熔炼时熔体质量，在线细化、除气和除渣进一步保证铸造时熔体纯净，以减少铸棒缺陷，确保铸造顺利。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，采用5356焊丝进行焊接，焊接湿度分别控制在40％、50％、60％、70％、80％，并根据gb/t10125进行人造气氛盐雾腐蚀试验，试验箱内ph值为6.5—7.2之间，溶液ph值可以用盐酸或氢氧化钠调整，试验时间分别为7天和14天。腐蚀速率如表3所示，腐蚀后的拉伸强度如表4所示：
表3不同湿度焊接部位的腐蚀速率
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，从表3可以得出，随着腐蚀时间的加长，腐蚀的速率降低，试验的结果满足汽车使用的环境。
表4焊接接头腐蚀14天后的拉伸强度
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，从表4能够看出，腐蚀后的焊接接头仍可到达母材的75％以上，满足焊接到达母材70％以上的要求。
具体实施方式三：
一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金包括1.0～1.5wt％的si、0.3wt％的fe、0.6～1.1wt％的cu、0.4～1.0wt％的mn、1.2～1.8wt％的mg、0.2wt％的cr、0.3～0.7wt％的zn、0.04～0.08wt％的ti、0.1～0.2wt％的zr、余量为al。
本实施方式所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，si和mg形成mg2si相，mg2si相做为6系合金的主要强化相，mg与si的比例为2：1，而固定mg2si相的含量，增加si含量时，合金强化效果和伸长率均会提高；并且al-mg-si合金三元合金抗拉强度的最大值就位于α(al)-mg2si-si三相区内，而α(al)-mg2si-si三相区内，成分为1.2％-2.0％si、0.8％-2.0％mg的合金，其焊接裂纹倾向性较小。
本实施方式所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，al-mg-si合金中添加cu后，cu在组织中的存在形式不仅取决于cu含量，而且受mg、si含量的影响。当cu含量较多，mg、si比小于1.08时，可能形成w(al4cumg5si4)相，剩余的cu则形成cual2；mg、si比大于1.73时，可能形成s(al2cumg)和cual2相。w相与s相、cual2相和mg2si相不同，固态下只部分溶解参与强化，其强化作用不如mg2si相大，但合金中加入cu，不仅显著改善了合金在热加工时的塑性，而且增加热处理强化效果，还能抑制挤压效应，降低合金因加mn后所出现的各向异性。
本实施方式所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，合金中加mn，可以提高强度，改善耐蚀性、冲击韧性和弯曲性能。但mn在α相中产生严重的晶内偏析，影响合金的再结晶过程，造成制品的晶粒粗化。
本实施方式所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，合金中加zr能细化晶粒，在al-zn-mg系合金中能显著提高其可焊性，加入0.2％zr时焊接裂纹即可显著降低，含mn的al-zn-mg合金添加0.1％～0.2％zr，还可提高合金的耐应力腐蚀性能。
本实施方式所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，合金中添加ti能细化合金在铸态时的晶粒，并可改善合金的可焊性，但其效果比zr低。ti和zr同时加入效果更好。
本实施方式所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，优化合金减少了中fe和cr杂质元素的含量，降低其对合金强度和耐蚀性的伤害。优化合金中各个元素的加入量均较低，如此形成的固溶体浓度也偏低，可以降低固溶体分解的倾向，从而提高优化合金的耐热性和耐蚀性。
本实施方式所述的所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，优化后的合金力学性能达到了抗拉强度≥450mpa，屈服强度≥420mpa，延伸率≥11％，满足了汽车传动轴用铝合金要求的力学指标；优化合金使用5356焊丝进行焊接后随着腐蚀时间的加长，腐蚀的速率降低，其结果满足汽车使用的环境；优化合金焊接接头腐蚀14天后的抗拉强度仍可到达母材的75％以上，满足焊接到达母材70％以上的要求。
具体实施方式四：
根据具体实施方式三所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金为1.2wt％的si、0.3wt％的fe、0.8wt％的cu、0.5wt％的mn、1.5wt％的mg、0.2wt％的cr、0.4wt％的zn、0.06wt％的ti、0.15wt％的zr、余量为al。
具体实施方式五：
根据具体实施方式三所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金为1.0wt％的si、0.3wt％的fe、0.6wt％的cu、0.4wt％的mn、1.2wt％的mg、0.2wt％的cr、0.3wt％的zn、0.04wt％的ti、0.1wt％的zr、余量为al。
具体实施方式六：
根据具体实施方式三所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金，所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金为1.5wt％的si、0.3wt％的fe、1.1wt％的cu、1.0wt％的mn、1.8wt％的mg、0.2wt％的cr、0.7wt％的zn、0.08wt％的ti、0.2wt％的zr、余量为al。
具体实施方式七：
根据具体实施方式三所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，其工艺流程为原材料配备→熔炼→除渣→成分测试→成分调整→倒炉→固气双级精炼→静置→在线晶粒细化→在线除气→在线除渣→铸造→均质化处理→挤压→淬火→时效。
具体实施方式八：
根据具体实施方式七所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，均质化处理后的挤压步骤为将合金加热到480～540℃温度后，在75mn反向挤压机上进行挤压，挤压温度460℃～480℃，挤压速度2.0mm/s。
具体实施方式九：
根据具体实施方式七所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，挤压后的淬火步骤为将合金放于530～550℃淬火炉内保温240～300min进行固溶处理。
具体实施方式十：
根据具体实施方式七所述的一种汽车传动轴用高强度铝合金的制备方法，淬火后的时效步骤为将铝合金在150～170℃范围内进行720min时效。