CN101514420A

CN101514420A - 汽车轮毂用铝合金

Info

Publication number: CN101514420A
Application number: CNA2009101312828A
Authority: CN
Inventors: 李建国; 计国富; 臧立中; 叶珍
Original assignee: BAODING LIZHONG WHEEL MANUFACTURING Co Ltd; Tsinghua University
Current assignee: BAODING LIZHONG WHEEL MANUFACTURING Co Ltd; Tsinghua University
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2009-08-26

Abstract

本发明提供一种汽车轮毂用铝合金材料，是在现有A356.2合金的基础上进一步用Sr和混合稀土RE实施合金化而形成，Si：6.50～7.50wt％，Mg：0.25～0.40wt％，Cu：≤0.1wt％，Mn：≤0.35wt％，Zn：≤0.05wt％，Fe：≤0.25wt％，Ti：≤0.20wt％，Sr：0.001～0.025wt％，RE：0.05～0.35wt％，不可避免的杂质元素含量每个不大于0.05wt％，其余为Al。使用该材料生产铝合金汽车轮毂时，可有效解决高温金属型铸模连续性生产时轮辐与轮心部位的共晶Si相的变质不足问题。

Description

汽车轮毂用铝合金

技术领域

本发明涉及一种汽车轮毂用铝合金，特别涉及一种利用Sr和混合稀土RE对A356.2铝合金进一步实施了合金化的汽车轮毂用铝合金。

背景技术

以往，A356铝合金是Al-Si-Mg系合金中应用最广泛的合金，在陆、海、空的交通工具中都广泛使用着，尤其在汽车轮毂中的使用非常普遍，得到了良好的效果。A356铝合金的发展已经历了三个阶段，即从最初的A356.0到后来历时较短的A356.1，再到现在的已有相当长时间应用的A356.2。根据ASTM标准，它们的化学成分如下表1所示。

表1：

A356	Si	Mg	Cu(max)	Mn(max)	Zn(max)	Fe(max)	Ti(max)	其余杂质元素(max)	其余
A356	Si	Mg	Cu(max)	Mn(max)	Zn(max)	Fe(max)	Ti(max)	其余杂质元素(max)	其余	A356.0	6.50-7.50	0.20-0.40	0.20	0.10	0.10	0.20	0.20	0.05	Al
A356.1	6.50-7.50	0.25-0.40	0.10	0.05	0.05	0.13	0.20	0.05	Al	A356.0	6.50-7.50	0.20-0.40	0.20	0.10	0.10	0.20	0.20	0.05	Al
A356.1	6.50-7.50	0.25-0.40	0.10	0.05	0.05	0.13	0.20	0.05	Al	A356.2	6.50-7.50	0.25-0.40	0.10	0.05	0.05	0.12	0.20	0.05	Al

由于铝合金轮毂质量轻、散热快、减震性能好、轮胎寿命长，目前世界各国的铸造铝合金轮毂通常都利用A356.2铝合金(A356系列中的一个)进行生产。该合金除了必要的合金化元素Si、Mg以及不可避免的主要杂质元素Cu、Mn、Zn、Fe等外，还在原材料中或者后续熔铸过程中添加一定量的Ti、Sr等元素分别进行晶粒细化与共晶硅变质处理，从而获得良好的力学性能。

Al-Si系合金中的共晶Si的形貌与尺寸对合金性能有显著的影响，只有获得变质良好的共晶Si相，才能够得到良好的力学性能。因此，国内外许多研究者对Al-Si合金的变质问题进行了大量的研究，其中尤以研究不同变质元素的作用效果与作用规律最为多见，研究涉及的变质元素基本包括了Na、Sr、RE、Ba、Y、Sb、Te等元素，其中Na变质法因长效性欠佳未能在工业化连续性生产中获得应用，在同样加入量下RE、Ba、Y、Sb、Te等元素变质效果不如Sr，只是RE、Sb、Te变质时不会发生熔体吸气现象，因而仍受到人们的关注；然而在工业化连续性生产中能够获得稳定应用的还是以Sr变质法为主。

另外，由于铝合金汽车轮毂形状各异，各部位厚薄不均，再加上连续性的工业化生产方式，金属型铸模长时间处于高温下，使得对共晶硅相起变质作用的Sr的变质能力大为减弱，从而进一步引起力学性能下降、铸件质量不稳定等问题。以往，针对上述问题所采取的解决方法是：根据轮毂的具体形状，设计模具及其冷却方式和冷却路径。然而，这些设计上的工艺措施仍然不能应对形状千变万化的轮毂，所以，在生产过程中常常出现轮毂轮辐、轮心部位共晶硅变质不稳定、力学性能不达标或不稳定的现象，从而给汽车驾驶者带来安全隐患。

发明内容

本发明是为解决汽车轮毂用A356.2铝合金中广泛存在的上述问题而提出的，其目的在于提供一种在A356.2铝合金基础上进行了改进的汽车轮毂用铝合金，可以解决铝合金在金属型铸模高温下连续生产时Si相变质不足的问题。

根据本发明的一种汽车轮毂用铝合金材料，其化学成分为：Si：6.50～7.50wt％，Mg：0.25～0.40wt％，Cu：≤0.1wt％，Mn：≤0.35wt％，Zn：≤0.05wt％，Fe：≤0.25wt％，Ti：≤0.20wt％，Sr：0.001～0.025wt％，RE：0.05～0.35wt％，不可避免的杂质元素含量每个不大于0.05wt％，其余为Al。

此外，在上述汽车轮毂用铝合金材料的化学成分中，也可以是，Sr：0.020～0.025wt％，RE：0.05～0.20wt％，其余元素的含量不变。

另外，在上述汽车轮毂用铝合金材料的化学成分中，也可以是，Sr：0.015～0.020wt％，RE：0.20～0.35wt％，其余元素的含量不变。

经试验与检验，本发明涉及的汽车轮毂用铝合金材料作为一种新型材料，易于组织生产，性价比高；在轮毂生产过程中的重熔与精炼之后、浇铸或压铸之后、模具千变万化之后，轮毂中最不稳定的轮幅、轮心部位的共晶硅变质良好，力学性能稳定。

附图说明

图1是表示利用本发明的第一实施例涉及的铝合金进行轮毂压铸成型及热处理之后的轮辐部位的显微组织。

图2是表示利用本发明的第二实施例涉及的铝合金进行轮毂压铸成型及热处理之后的轮辐部位的显微组织。

图3是表示利用本发明的第三实施例涉及的铝合金进行轮毂压铸成型及热处理之后的轮辐部位的显微组织。

图4是表示利用本发明的第四实施例涉及的铝合金进行轮毂压铸成型及热处理之后的轮辐部位的显微组织。

图5是表示利用本发明的第五实施例涉及的铝合金进行轮毂压铸成型及热处理之后的轮辐部位的显微组织。

图6是表示利用本发明的第六实施例涉及的铝合金进行轮毂压铸成型及热处理之后的轮辐部位的显微组织。

图7是表示利用本发明的第七实施例涉及的铝合金进行轮毂压铸成型及热处理之后的轮辐部位的显微组织。

图8是表示利用比较例1涉及的铝合金进行轮毂压铸成型及热处理之后的轮辐部位的显微组织。

图9是表示利用比较例2涉及的铝合金进行轮毂压铸成型及热处理之后的轮辐部位的显微组织。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的具体实施方式。

为解决在使用A356.2铝合金制造汽车轮毂过程中，因上述金属型铸模的高温连续生产而导致的Si相变质不足的问题，本发明人采取了使用适量稀土元素进一步实施合金化的方法。

由于稀土元素(尤其是成本更低的镧铈混合稀土元素)在金属型铸模高温连续生产时也具有较好的变质能力，而且熔体不吸气，铸件不产生针孔，因此首选镧铈混合稀土元素实施合金化。但是，对汽车轮毂这种连续性生产方式而言，用稀土直接实施合金化有一定的难度，其原因是，如果在轮毂生产过程中、即熔化炉中直接添加混合稀土合金化，由于每天或每炉的新料与回炉料比不固定，使得含量不易控制；如果在熔炼后的中间包中添加稀土或Al-RE中间合金实施合金化，则同样存在上述问题。再者，如果采用添加Al-RE中间合金实施合金化，则添加量太大，中间包中熔体降温太多，也不利于组织生产。因此，本发明采取了在A356合金原料(锭)生产过程中添加混合稀土进行合金化的方法，由此也催生了新型的A356合金。

另外，为了解决Si相变质不足的问题，仅仅依靠稀土元素达不到充分变质的效果，还必须同时保留原有的Sr变质工艺。因此本发明采用了如下技术方案，即在保持原A356.2合金成分中各元素含量部分不变的基础上，利用Sr和混合稀土RE实施合金化。

本发明的汽车轮毂用铝合金材料的具体生产方法为：

①按照与A356.2合金相似的生产方法准备好合金熔体；

②按熔炼吨位、将预定比例的、称量好的、按特殊方法包装好的混合稀土(主要是镧铈混合稀土)按规定方法分批加入到上述①之合金熔体中，并采取通常搅拌方法使之搅拌均匀；

③将上述②之合金熔体按照原有的A356.2合金熔体的浇铸方式铸成锭。

本发明的汽车轮毂用铝合金材料可应用于原来所有A356.2合金所适用的范围与场合，尤其适用于轮毂这种高温金属型连续性生产的方式。

在用本发明涉及的汽车轮毂用铝合金材料代替现有的A356.2铝合金来生产汽车轮毂时，生产方式与以前用A356.2铝合金生产汽车轮毂时完全一样，不需要有任何原有工艺的改变。原有的Sr变质方法及变质量仍然保持不变，即Sr可以先行加在原料锭中，也可于重熔后加在中间包中。但采用本发明的铝合金材料生产的轮毂，其原来易出现共晶Si变质不足的轮幅与轮心部位变得变质优良，从而获得了优良与稳定的拉伸、冲击与疲劳性能。

本发明的发明人为了验证本发明涉及的汽车轮毂用铝合金材料的技术效果，在保持Sr和稀土金属RE之外的元素成分基本不变的情况下，改变Sr和稀土金属RE的含量制作了若干种汽车轮毂用铝合金材料，然后使用该汽车轮毂用铝合金材料制作汽车轮毂，并观察该汽车轮毂的轮辐部位的显微组织。经过实际检测，发现具有如下化学成分的铝合金材料同已有的A356.2铝合金相比具有显著的效果：Si：6.50～7.50wt％，Mg：0.25～0.40wt％，Cu：≤0.1wt％，Mn：≤0.35wt％，Zn：≤0.05wt％，Fe：≤0.25wt％，Ti：≤0.20wt％，Sr：0.001～0.025wt％，RE：0.05～0.35wt％，不可避免的杂质元素含量每个不大于0.05wt％，其余为Al。

尤其是，当Sr：0.020～0.025wt％、RE：0.05～0.20wt％，或者Sr：0.015～0.020wt％、RE：0.20～0.35wt％的情况下，汽车轮毂的变质效果更加明显。

下面，举出几个具体实施例来说明本发明的技术效果。在以下记载的实施例中，除了Sr和稀土金属RE之外的其他元素成分为：Si：6.50～7.50wt％，Mg：0.25～0.40wt％，Cu：≤0.1wt％，Mn：≤0.35wt％，Zn：≤0.05wt％，Fe：≤0.25wt％，Ti：≤0.20wt％，不可避免的杂质元素含量每个不大于0.05wt％，其余为Al。

实施例1：

在本实施例涉及的铝合金材料的成分中，Sr：0.020wt％，RE：0.05wt％。

利用上述的铝合金进行轮毂压铸成型并实施热处理之后，轮毂的轮辐部位的显微组织如图1所示，可以清楚地观察到其变质比较充分。

实施例2：

在本实施例涉及的铝合金材料的成分中，Sr：0.020wt％，RE：0.20wt％。

利用上述的铝合金进行轮毂压铸成型并实施热处理之后，轮毂的轮辐部位的显微组织如图2所示，可以清楚地看到其变质很充分。

实施例3：

在本实施例涉及的铝合金材料的成分中，Sr：0.020wt％，RE：0.35wt％。

利用上述的铝合金进行轮毂压铸成型并实施热处理之后，轮毂的轮辐部位的显微组织如图3所示，可以清楚地观察到其变质比较充分。

实施例4：

在本实施例涉及的铝合金材料的成分中，Sr：0.015wt％，RE：0.20wt％。

利用上述的铝合金进行轮毂压铸成型并实施热处理之后，轮毂的轮辐部位的显微组织如图4所示，可以清楚地观察到其变质比较充分。

实施例5：

在本实施例涉及的铝合金材料的成分中，Sr：0.015wt％，RE：0.35wt％。

利用上述的铝合金进行轮毂压铸成型并实施热处理之后，轮毂的轮辐部位的显微组织如图5所示，可以清楚地观察到其变质比较充分。

实施例6：

在本实施例涉及的铝合金材料的成分中，Sr：0.025wt％，RE：0.05wt％。

利用上述的铝合金进行轮毂压铸成型并实施热处理之后，轮毂的轮辐部位的显微组织如图6所示，可以清楚地观察到其变质比较充分。

实施例7：

在本实施例涉及的铝合金材料的成分中，Sr：0.025wt％，RE：0.20wt％。

利用上述的铝合金进行轮毂压铸成型并实施热处理之后，轮毂的轮辐部位的显微组织如图7所示，可以清楚地观察到其变质很充分。

比较例1：

为了与如上所述的本发明涉及的铝合金进行对比，从上述汽车轮毂用铝合金中去除RE成分(即还原为A356.2合金)而形成比较例1的铝合金。利用上述比较例1的铝合金进行轮毂压铸成型(经过常规的Sr变质处理)并实施热处理之后，轮毂的轮辐部位的显微组织如图8所示，此时，可以清楚地观察到其变质不充分。

比较例2：

为了与如上所述的本发明涉及的铝合金进行对比，从上述铝合金中去除Sr成分而形成比较例2的铝合金。利用上述比较例2的铝合金进行轮毂压铸成型(未经过常规的Sr变质处理)并实施热处理之后，轮毂的轮辐部位的显微组织如图9所示，可以清楚地观察到其变质也不充分。

经试验与检验，本发明涉及的汽车轮毂用铝合金作为一种新型材料，易于组织生产，性价比高；在轮毂生产过程中的重熔与精炼之后、浇铸或压铸之后、模具千变万化之后，轮毂中最不稳定的轮幅、轮心部位的共晶硅变质良好，力学性能稳定。

Claims

1.一种汽车轮毂用铝合金材料，其特征在于，其化学成分为：

Si：6.50～7.50wt％，Mg：0.25～0.40wt％，Cu：≤0.1wt％，Mn：≤0.35wt％，Zn：≤0.05wt％，Fe：≤0.25wt％，Ti：≤0.20wt％，Sr：0.001～0.025wt％，RE：0.05～0.35wt％，不可避免的杂质元素含量每个不大于0.05wt％，其余为Al。

2.根据权利要求1所述的汽车轮毂用铝合金材料，其特征在于，在上述化学成分中，

Sr：0.020～0.025wt％，RE：0.05～0.20wt％，其余元素的含量不变。

3.根据权利要求1所述的汽车轮毂用铝合金材料，其特征在于：在上述化学成分中，

Sr：0.015～0.020wt％，RE：0.20～0.35wt％，其余元素的含量不变。